Ποιες είναι οι στρατηγικές ελέγχου φόρτισης για συστήματα μπαταριών ισχύος;

Ποιες είναι οι στρατηγικές ελέγχου φόρτισης για συστήματα μπαταριών ισχύος;

Στρατηγική ελέγχου φόρτισης συστήματος μπαταριών

Για την ολοκληρωμένη εφαρμογή μεγάλης-κλίμακας πακέτων μπαταριών ισχύος, εκτός από την εξέταση των χημικών και φυσικών ιδιοτήτων της ίδιας της μπαταρίας ισχύος, είναι επίσης απαραίτητο να ληφθούν υπόψη η μέθοδος αποθήκευσης της μπαταρίας, το περιβάλλον αποθήκευσης, οι συνθήκες του εξοπλισμού φόρτισης, τα θέματα ασφάλειας που σχετίζονται με την κεντρική αποθήκευση και φόρτιση και ο αντίκτυπος στο δίκτυο τροφοδοσίας.

Μεταξύ πολλών παραγόντων, η κύρια εγγύηση και η προσοχή πρέπει να είναι η ασφάλεια φόρτισης της μπαταρίας ισχύος, που σημαίνει τη διαμόρφωση εξατομικευμένων προτεραιοτήτων παραμέτρων ελέγχου φόρτισης με βάση διαφορετικούς τύπους μπαταριών ισχύος και παρακολούθηση και έλεγχος της διαδικασίας κατά τη φόρτιση. Στο τρέχον επίπεδο των συστημάτων διαχείρισης μπαταριών ισχύος και της τεχνολογίας φόρτισης, έχει καταστεί δυνατός ο εντοπισμός των παραμέτρων μεμονωμένων στοιχείων στο σύστημα μπαταρίας κατά τη διαδικασία φόρτισης. Επομένως, για να διασφαλιστεί η ασφάλεια φόρτισης, οι παράμετροι των μεμονωμένων στοιχείων μπαταρίας θα πρέπει να παρακολουθούνται όσο το δυνατόν περισσότερο.

Όσον αφορά τις στρατηγικές ελέγχου φόρτισης, υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ των συναρμολογημένων μπαταριών και των μεμονωμένων κυψελών. Επί του παρόντος, χρησιμοποιούνται πολλαπλές μέθοδοι, κυρίως μέσω της επικοινωνίας μεταξύ του Συστήματος Διαχείρισης Μπαταριών (BMS) και του φορτιστή, για τον έλεγχο της φόρτισης με βάση τις τυπικές παραμέτρους των μεμονωμένων στοιχείων της μπαταρίας. Η βασική ιδέα ελέγχου είναι η μεγιστοποίηση της χρησιμοποιήσιμης χωρητικότητας της μπαταρίας, διασφαλίζοντας παράλληλα την ασφάλεια της μπαταρίας. Οι παράμετροι των μεμονωμένων στοιχείων μπαταρίας είναι εξαιρετικά σημαντικές για τη διασφάλιση της ασφάλειας φόρτισης. Επομένως, η στρατηγική ελέγχου παραμέτρων φόρτισης υιοθετεί συχνά μια μέθοδο προσαρμογής των παραμέτρων φόρτισης με βάση ακραίες τιμές, που σημαίνει εστίαση στις παραμέτρους των ακραίων μεμονωμένων κυψελών στο σύστημα μπαταρίας σύμφωνα με διαφορετικούς τύπους μπαταριών. Τα ηλεκτρικά οχήματα χρησιμοποιούν συχνά την αρχή προτεραιότητας που δίνεται από τον λογικό κύκλο φόρτισης του συστήματος μπαταρίας ισχύος, Πίνακας 11-3, για να πραγματοποιήσουν συνολικές ρυθμίσεις παραμέτρων φόρτισης, διατηρώντας τις ακραίες παραμέτρους εντός του πακέτου μπαταριών εντός του περιορισμένου εύρους.

Λαμβάνοντας ως παράδειγμα μια μπαταρία οξειδίου του μαγγανίου λιθίου, η φόρτιση εκτελείται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο σταθερού ρεύματος-σταθερής τάσης. Κατά τη διαδικασία φόρτισης, η πρώτη εστίαση είναι στον εντοπισμό της μεμονωμένης τάσης κυψέλης στη μπαταρία. Εάν κάποια μεμονωμένη τάση κυψέλης υπερβαίνει την καθορισμένη μέγιστη επιτρεπόμενη τάση (όπως 4,25 V), το συνολικό ρεύμα ορίου φόρτισης θα πρέπει να μειωθεί για να ελεγχθεί η άνοδος της μεμονωμένης τάσης κυψέλης. Ταυτόχρονα, η θερμοκρασία της μπαταρίας ανιχνεύεται σε τακτά χρονικά διαστήματα. Εάν κάποια μεμονωμένη θερμοκρασία κυψέλης υπερβαίνει τη μέση θερμοκρασία της μπαταρίας κατά 5 μοίρες, το ρεύμα ορίου φόρτισης θα πρέπει να μειωθεί, περιορίζοντας τον ρυθμό αύξησης της θερμοκρασίας. Κάτω από εκλεπτυσμένη διαχείριση και έλεγχο, η προσαρμογή του ορίου τάσης μπορεί επίσης να βασίζεται στις αλλαγές στη θερμοκρασία φόρτισης της μπαταρίας. Για παράδειγμα, όταν η θερμοκρασία της μπαταρίας βρίσκεται σε χαμηλότερο εύρος, το ανώτερο όριο της τάσης φόρτισης αυξάνεται για να αυξηθεί η χωρητικότητα φόρτισης της μπαταρίας. όταν η θερμοκρασία της μπαταρίας είναι σε υψηλότερο εύρος, το ανώτερο όριο της τάσης φόρτισης μειώνεται για να διασφαλιστεί η ασφάλεια της μπαταρίας.

Πίνακας 11-3 Στρατηγικές ελέγχου παραμέτρων φόρτισης προτεραιότητας για πακέτα μπαταριών

Λειτουργία διαχείρισης φόρτισης συστήματος μπαταρίας ισχύος

Η εφαρμογή της στρατηγικής φόρτισης απαιτεί αποτελεσματική μετάδοση δεδομένων και εκτίμηση παραμέτρων σε πραγματικό χρόνο μεταξύ του συστήματος μπαταρίας και του φορτιστή. Το Σύστημα Διαχείρισης Μπαταρίας (BMS) ολοκληρώνει το έργο της συλλογής παραμέτρων στο σύστημα μπαταρίας. Ταυτόχρονα, κατά την τρέχουσα διαδικασία έξυπνης φόρτισης, επικοινωνώντας με τον φορτιστή, διασφαλίζει την ασφάλεια της διαδικασίας φόρτισης και επιτυγχάνει αποτελεσματικό έλεγχο της μπαταρίας.

Η βασική δομή του συστήματος της λειτουργίας διαχείρισης φόρτισης φαίνεται στο Σχήμα 11-12.

Η λειτουργία του BMS είναι να επιτύχει online παρακολούθηση της κατάστασης της μπαταρίας (θερμοκρασία μπαταρίας, τάση μεμονωμένης κυψέλης, ρεύμα εργασίας, μόνωση μεταξύ της μπαταρίας και του σωρού φόρτισης), εκτίμηση SOC, ανάλυση κατάστασης (αν το SOC είναι πολύ υψηλό, αν η θερμοκρασία της μπαταρίας είναι πολύ υψηλή/χαμηλή, αν η μεμονωμένη τάση κυψέλης είναι πολύ υψηλή/χαμηλή, αν υπάρχει γρήγορη άνοδος της θερμοκρασίας. υπερένταση, ανάλυση συνοχής της μπαταρίας, εάν η μπαταρία έχει σφάλματα, ή σφάλματα επικοινωνίας, κ.λπ.) και εφαρμογή της απαραίτητης θερμικής διαχείρισης. Οι κύριες εργασίες του φορτιστή είναι η μετατροπή ισχύος, ο έλεγχος κλειστού-βρόχου της τάσης και του ρεύματος εξόδου, η απαραίτητη προστασία και η επικοινωνία με το BMS για την πλήρη κατανόηση της κατάστασης της μπαταρίας και τη δυναμική ρύθμιση του ρεύματος εξόδου. Όταν πρέπει να φορτιστεί η μπαταρία, εκτός από τις κύριες θετικές και αρνητικές γραμμές τροφοδοσίας της εξόδου του φορτιστή που πρέπει να συνδεθούν στην μπαταρία, προστίθεται επίσης μια γραμμή επικοινωνίας για κοινή χρήση δεδομένων μεταξύ του BMS και του φορτιστή.

Αυτή η λειτουργία φόρτισης δημιουργεί μια σύνδεση επικοινωνίας μεταξύ του συστήματος διαχείρισης μπαταριών και του συστήματος φορτιστή, επιτρέποντας την κοινή χρήση δεδομένων. Αυτό επιτρέπει σε παραμέτρους που σχετίζονται με την ασφάλεια, όπως η τάση, η θερμοκρασία και η απόδοση μόνωσης της μπαταρίας σε όλη τη διαδικασία φόρτισης, να συμμετέχουν στον έλεγχο και τη διαχείριση της φόρτισης της μπαταρίας. Αυτό επιτρέπει στον φορτιστή να κατανοήσει πλήρως την κατάσταση και τις πληροφορίες της μπαταρίας και να προσαρμόσει ανάλογα το ρεύμα φόρτισης, αποτρέποντας αποτελεσματικά την υπερφόρτιση και τις υπερβολικά υψηλές θερμοκρασίες σε όλες τις μπαταρίες της συσκευασίας, βελτιώνοντας έτσι την ασφάλεια της φόρτισης μπαταριών σε σειρά-συνδεδεμένων. Επιπλέον, αυτή η λειτουργία φόρτισης βελτιώνει τις λειτουργίες διαχείρισης και ελέγχου του BMS, ενισχύει την ασφάλεια και την ευφυΐα της φόρτισης και απλοποιεί το επίπονο έργο της ρύθμισης των παραμέτρων φόρτισης από τον χειριστή του φορτιστή, δίνοντας στον φορτιστή καλύτερη προσαρμοστικότητα. Σε αυτήν τη λειτουργία, ο φορτιστής δεν χρειάζεται να κάνει διάκριση μεταξύ των τύπων μπαταριών. χρειάζεται μόνο να λάβει τις τρέχουσες οδηγίες που παρέχονται από το BMS για να επιτύχει ασφαλή φόρτιση.

Μέθοδοι φόρτισης συστήματος μπαταριών ισχύος

Σύμφωνα με διαφορετικές μεθόδους λειτουργίας, η φόρτιση ηλεκτρικών μπαταριών για ηλεκτρικά οχήματα μπορεί να χωριστεί σε δύο μεθόδους: φόρτιση εδάφους και φόρτιση-στο σκάφος.

Μέθοδος φόρτισης γείωσης

Όταν το όχημα χρειάζεται συμπληρωματική φόρτιση, η μπαταρία που χρειάζεται φόρτιση αφαιρείται από το όχημα και τοποθετείται μια πλήρως φορτισμένη μπαταρία. Στη συνέχεια, το όχημα φεύγει για να συνεχίσει τη λειτουργία ή την εφαρμογή και η μπαταρία που αφαιρέθηκε συμπληρώνεται χρησιμοποιώντας ένα σύστημα φόρτισης γείωσης. Η υιοθέτηση της μεθόδου φόρτισης εδάφους είναι ευεργετική για τη συντήρηση της μπαταρίας, τη βελτίωση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας και την αποδοτικότητα χρήσης του οχήματος, αλλά δημιουργεί υψηλότερες απαιτήσεις για το όχημα και τις εγκαταστάσεις/εξοπλισμό φόρτισης. Η επίγεια φόρτιση χωρίζεται περαιτέρω σε φόρτιση κουτιού και φόρτιση ενσωματωμένης συσκευασίας.

(1)Φόρτιση κουτιούΚατά τη φόρτιση του κουτιού, κάθε φορτιστής φορτίζει ένα κουτί μπαταριών στη μπαταρία και επικοινωνεί με παρακείμενες μονάδες διαχείρισης μπαταριών για να ολοκληρώσει τον έλεγχο φόρτισης. Αυτή η μέθοδος είναι ευεργετική για τη βελτίωση της εξισορρόπησης της μπαταρίας και την παράταση της διάρκειας ζωής της. Ωστόσο, απαιτεί μεγάλο αριθμό φορτιστών, πολλές συνδέσεις μεταξύ της μπαταρίας και των φορτιστών, ένα πολύπλοκο δίκτυο παρακολούθησης και υψηλότερο κόστος. Η δομή του φαίνεται στο Σχήμα 11-13.και οι απαιτήσεις τεχνολογίας εφαρμογής του

πλατφόρμα. Μεταξύ αυτών, η πλατφόρμα φόρτισης είναι συνδεδεμένη με την πηγή ρεύματος συνεχούς ρεύματος σύμφωνα με το τροφοδοτικό χαμηλής-τάσης του οχήματος, μια βάση αποθήκευσης μπαταρίας, μια υποδοχή διασύνδεσης επικοινωνίας φορτιστή, μια υποδοχή εξόδου φορτιστή και έναν αισθητήρα συναγερμού. Όταν τοποθετείται ένα κουτί μπαταριών στην πλατφόρμα φόρτισης, το τροφοδοτικό χαμηλής-τάσης παρέχει ρεύμα στη μονάδα διαχείρισης μπαταριών. Ο φορτιστής και η μονάδα διαχείρισης μπαταρίας επικοινωνούν για να επιτύχουν τον έλεγχο φόρτισης και η ενέργεια μεταδίδεται από τον φορτιστή στην μπαταρία μέσω της υποδοχής εξόδου του φορτιστή. Αισθητήρες συναγερμού, αισθητήρες θερμοκρασίας, κ.λπ., πραγματοποιούν-παρακολούθηση στον ιστότοπο κατά τη διαδικασία φόρτισης.

Όταν χρησιμοποιείτε τη φόρτιση κουτιού, το σύστημα προγραμματισμού μπαταριών πρέπει να παρακολουθεί και να διαχειρίζεται την ποσότητα, την ποιότητα και την κατάσταση όλων των μπαταριών σε πραγματικό-χρόνο, εκτελώντας λειτουργίες όπως αποθήκευση μπαταρίας, αντικατάσταση, εκ νέου-ομαδοποίηση, εξισορρόπηση πακέτων μπαταριών, δοκιμή πραγματικής χωρητικότητας και αντιμετώπιση έκτακτης ανάγκης σφαλμάτων μπαταρίας.

(2)Ενσωματωμένη φόρτιση πακέτουΜε την ενσωματωμένη φόρτιση πακέτου, όλα τα κουτιά μπαταριών που αφαιρούνται από το ηλεκτρικό όχημα συνδέονται με τον τρόπο που χρησιμοποιούνται στο όχημα. Ένας μόνο φορτιστής χρησιμοποιείται για τη φόρτιση ολόκληρου του πακέτου μπαταριών και όλες οι μονάδες διαχείρισης μπαταριών επικοινωνούν με τον κεντρικό υπολογιστή διαχείρισης μπαταριών και τον φορτιστή για να ολοκληρώσουν τον έλεγχο φόρτισης. Αυτή η μέθοδος απαιτεί λιγότερους φορτιστές και έχει ένα απλούστερο δίκτυο παρακολούθησης, αλλά σε σύγκριση με τη μέθοδο φόρτισης κουτιού, η εξισορρόπηση της μπαταρίας είναι φτωχότερη και η διάρκεια ζωής είναι μικρότερη. Η δομή του φαίνεται στο Σχήμα 11-14.

Μια σύγκριση των δύο μεθόδων φόρτισης φαίνεται στον Πίνακα 11-4.

Πίνακας 11-4 Σύγκριση των δύο μεθόδων φόρτισης

Ενσωματωμένη μέθοδος φόρτισης

Όταν το όχημα χρειάζεται συμπληρωματική φόρτιση, ο φορτιστής συνδέεται στο βύσμα φόρτισης και η μπαταρία μπορεί να φορτιστεί απευθείας χωρίς να αφαιρεθεί από το όχημα, όπως φαίνεται στην Εικόνα 11-15. Τα πλεονεκτήματά του είναι μια απλή διαδικασία φόρτισης και δεν περιλαμβάνει διαδικασίες όπως αποθήκευση μπαταρίας ή αντικατάσταση μπαταρίας. Ωστόσο, ο χρόνος φόρτισης του οχήματος καταλαμβάνει τη λειτουργία ή το χρόνο εφαρμογής του οχήματος, οδηγώντας σε χαμηλότερη χρήση του οχήματος και καθιστώντας το λιγότερο ευνοϊκό για τη διατήρηση της εξισορρόπησης του πακέτου μπαταριών και την παράταση της διάρκειας ζωής του.

Η-μέθοδος φόρτισης εντός του οχήματος διεξάγεται μέσω των γραμμών σύνδεσης του φορτιστή ενσωματωμένου{{1} και του ενσωματωμένου-δικτύου, καθώς και του εσωτερικού δικτύου CAN του ηλεκτρικού οχήματος, επικοινωνώντας με τον κεντρικό υπολογιστή διαχείρισης μπαταρίας- για να ολοκληρωθεί ο έλεγχος φόρτισης. Η δομή της-επικοινωνίας φόρτισης επί του σκάφους φαίνεται στο Σχήμα 11-16.

Υπάρχουν δύο τύποι φορτιστών που χρησιμοποιούνται για-ενοχική φόρτιση. Ο ένας είναι ο-φορτιστής που έχει εγκατασταθεί και μεταφερθεί με το όχημα, ο οποίος έχει γενικά χαμηλή ισχύ, κυρίως κάτω από 5 KW για ηλεκτρικά σεντάν, με μικρό ρεύμα φόρτισης και μεγάλο χρόνο φόρτισης. Είναι κατάλληλο για ηλεκτρικά οχήματα που φορτίζουν τη νύχτα και χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια της ημέρας. Ο άλλος είναι ο off{6}}ταχυφόρτης φορτιστής, ο οποίος γενικά διασφαλίζει ότι το όχημα φορτίζεται εντός 30 λεπτών, ικανό να προσθέσει αρκετή ισχύ ώστε το όχημα να διανύσει πάνω από 50 χιλιόμετρα. Τα ηλεκτρικά σεντάν που έχουν παραχθεί απαιτούν{10}μια διεπαφή φορτιστή και μια διεπαφή ταχείας φόρτισης για την κάλυψη των αναγκών εφαρμογής αυτών των δύο τύπων φορτιστών, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχουν δύο διεπαφές σε παράλληλη διάταξη. Το σχήμα 11-17 δείχνει τη διεπαφή φόρτισης του ηλεκτρικού οχήματος Nissan Leaf.