Каковы стратегии управления зарядкой аккумуляторных систем?

Каковы стратегии управления зарядкой аккумуляторных систем?

Стратегия управления зарядкой системы аккумуляторной батареи

Для крупномасштабного- комплексного применения силовых аккумуляторных блоков помимо рассмотрения химических и физических свойств самой силовой батареи также необходимо учитывать метод хранения батареи, условия хранения, состояние зарядного оборудования, вопросы безопасности, связанные с централизованным хранением и зарядкой, а также влияние на энергосистему.

Среди многих факторов основной гарантией и соображением должна быть безопасность зарядки силовой батареи, что означает определение индивидуальных приоритетов параметров управления зарядкой на основе различных типов силовых батарей, а также мониторинг и контроль процесса во время зарядки. На современном уровне систем управления силовыми батареями и технологий зарядки стало возможным определять параметры отдельных ячеек аккумуляторной системы в процессе зарядки. Поэтому для обеспечения безопасности зарядки следует максимально контролировать параметры отдельных ячеек аккумулятора.

Что касается стратегий управления зарядкой, существуют существенные различия между собранными батареями и отдельными элементами. В настоящее время используется несколько методов, в основном посредством связи между системой управления батареями (BMS) и зарядным устройством, для управления зарядкой на основе типичных параметров отдельных ячеек аккумуляторной батареи. Основная идея управления заключается в максимальном увеличении полезной емкости аккумуляторной батареи при обеспечении ее безопасности. Параметры отдельных аккумуляторных ячеек чрезвычайно важны для обеспечения безопасности зарядки. Таким образом, стратегия управления параметрами зарядки часто использует метод корректировки параметров зарядки на основе экстремальных значений, что означает сосредоточение внимания на параметрах крайних отдельных ячеек в аккумуляторной системе в соответствии с различными типами батарей. Электромобили часто используют принцип приоритета, заданный логическим циклом зарядки аккумуляторной системы (таблица 11-3), для выполнения общей регулировки параметров зарядки, удерживая экстремальные параметры внутри аккумуляторной батареи в ограниченном диапазоне.

На примере литий-оксидно-марганцевого аккумулятора зарядка осуществляется методом постоянного тока-постоянного напряжения. Во время процесса зарядки основное внимание уделяется определению напряжения отдельных ячеек аккумуляторной батареи. Если напряжение какой-либо отдельной ячейки превышает установленное максимально допустимое напряжение (например, 4,25 В), общий предельный ток зарядки следует уменьшить, чтобы контролировать повышение напряжения отдельной ячейки. В то же время температура аккумулятора определяется через определенные промежутки времени. Если температура какого-либо отдельного элемента превышает среднюю температуру аккумуляторной батареи на 5 градусов, предельный ток зарядки следует уменьшить, ограничив скорость повышения температуры. При улучшенном управлении и контроле регулировка предельного напряжения также может быть основана на изменениях температуры зарядки аккумулятора. Например, когда температура батареи находится в нижнем диапазоне, верхний предел зарядного напряжения повышается, чтобы увеличить заряжаемую емкость аккумуляторной батареи; когда температура аккумулятора находится в более высоком диапазоне, верхний предел зарядного напряжения снижается, чтобы обеспечить безопасность аккумулятора.

Таблица 11-3 Стратегии управления приоритетом параметров зарядки аккумуляторных блоков

Режим управления зарядкой системы питания аккумуляторной батареи

Реализация стратегии зарядки требует эффективной передачи данных и определения параметров-в режиме реального времени между аккумуляторной системой и зарядным устройством. Система управления батареями (BMS) выполняет задачу сбора параметров аккумуляторной системы. Одновременно во время текущего процесса интеллектуальной зарядки, общаясь с зарядным устройством, он обеспечивает безопасность процесса зарядки и обеспечивает эффективный контроль над аккумулятором.

Базовая структура системы режима управления зарядкой показана на рисунке 11-12.

Функция BMS заключается в онлайн-мониторинге состояния батареи (температура батареи, напряжение отдельных ячеек, рабочий ток, изоляция между батареей и зарядным блоком), оценке SOC, анализе состояния (не слишком ли высокая SOC, слишком высокая/низкая температура батареи, слишком высокое/низкое напряжение отдельных ячеек, слишком быстрое повышение температуры батареи, неисправна ли изоляция, есть ли перегрузка по току, анализ стабильности батареи, есть ли неисправности аккумуляторной батареи или сбои связи, и т. д.) и внедрение необходимого терморегулирования. Основными задачами зарядного устройства являются преобразование энергии, замкнутый-управление выходным напряжением и током, необходимая защита и связь с BMS для достижения полного понимания состояния батареи и динамической регулировки выходного тока. Когда аккумуляторный блок необходимо зарядить, в дополнение к основным положительным и отрицательным линиям питания выхода зарядного устройства, которые необходимо подключить к аккумуляторному блоку, между BMS и зарядным устройством также добавляется линия связи для обмена данными.

Этот режим зарядки устанавливает канал связи между системой управления батареями и системой зарядного устройства, обеспечивая обмен данными. Это позволяет параметрам, связанным с безопасностью, таким как напряжение, температура и характеристики изоляции аккумулятора на протяжении всего процесса зарядки, участвовать в контроле и управлении зарядкой аккумулятора. Это позволяет зарядному устройству полностью понимать состояние и информацию о батарее и соответствующим образом регулировать зарядный ток, эффективно предотвращая перезарядку и чрезмерно высокие температуры во всех батареях в блоке, тем самым повышая безопасность зарядки последовательно-подключенных батарей. Кроме того, этот режим зарядки улучшает функции управления и контроля BMS, повышает безопасность и интеллектуальность зарядки, а также упрощает утомительную задачу по настройке параметров зарядки оператором зарядного устройства, обеспечивая лучшую адаптируемость зарядного устройства. В этом режиме зарядному устройству не нужно различать типы аккумуляторов; для обеспечения безопасной зарядки ему необходимо только получить текущую инструкцию от BMS.

Способы зарядки аккумуляторной системы

В зависимости от различных методов эксплуатации зарядку аккумуляторов электромобилей можно разделить на два метода: наземную зарядку и-бортовую зарядку.

Метод наземной зарядки

Когда автомобиль нуждается в дополнительной зарядке, аккумулятор, требующий зарядки, снимается с автомобиля и устанавливается полностью заряженный аккумулятор. Затем транспортное средство отправляется для продолжения работы или применения, а снятый аккумулятор дополняется с помощью наземной системы зарядки. Использование метода наземной зарядки полезно для обслуживания аккумуляторов, увеличения срока службы аккумуляторов и эффективности использования транспортного средства, но оно предъявляет более высокие требования к транспортному средству и зарядным устройствам/оборудованию. Наземная зарядка подразделяется на зарядку в контейнере и зарядку в комплекте.

(1)Зарядка коробкиВо время зарядки блока каждое зарядное устройство заряжает один блок батарей в аккумуляторном блоке и обменивается данными с соседними блоками управления батареями для завершения управления зарядкой. Этот метод полезен для улучшения выравнивания аккумуляторной батареи и продления срока ее службы. Однако для этого требуется большое количество зарядных устройств, множество соединений между аккумуляторной батареей и зарядными устройствами, сложная сеть мониторинга и более высокая стоимость. Его структура показана на рисунке 11-13, а также требования к технологии его применения.

платформа. Среди них зарядная платформа подключается к источнику питания постоянного тока, соответствующему источнику питания низкого-автомобиля, стойке для хранения аккумуляторов, разъему интерфейса связи зарядного устройства, выходному разъему зарядного устройства и датчику сигнализации. Когда на зарядную платформу помещается один ящик с батареями, источник питания низкого-напряжения обеспечивает питание блока управления батареями. Зарядное устройство и блок управления аккумулятором обмениваются данными для управления зарядкой, а энергия передается от зарядного устройства к аккумулятору через выходной разъем зарядного устройства. Датчики сигнализации, датчики температуры и т. д. осуществляют мониторинг-на месте во время процесса зарядки.

При использовании коробочной зарядки система планирования работы аккумуляторов должна отслеживать и управлять количеством, качеством и состоянием всех аккумуляторов в режиме реального времени,-выполняя такие функции, как хранение аккумуляторов, замена, перегруппировка-, выравнивание аккумуляторных батарей, проверка фактической емкости и экстренное устранение неисправностей аккумуляторов.

(2)Интегральная зарядка пакетаПри встроенной зарядке все аккумуляторные ящики, снятые с электромобиля, подключаются так, как они используются на автомобиле. Для зарядки всего аккумуляторного блока используется одно зарядное устройство, а все блоки управления батареями обмениваются данными с хостом управления батареями и зарядным устройством для завершения управления зарядкой. Этот метод требует меньшего количества зарядных устройств и имеет более простую сеть мониторинга, но по сравнению с методом коробочной зарядки выравнивание аккумуляторной батареи хуже, а срок службы короче. Его структура показана на рисунке 11-14.

Сравнение двух методов зарядки показано в Таблице 11-4.

Таблица 11-4. Сравнение двух методов зарядки

Встроенный-метод зарядки

Когда автомобиль нуждается в дополнительной зарядке, зарядное устройство подключается к зарядной вилке, и аккумулятор можно заряжать напрямую, не снимая его с автомобиля, как показано на Рисунке 11-15. Его преимуществами являются простой процесс зарядки, который не требует таких процессов, как хранение или замена батареи. Однако время зарядки транспортного средства занимает время эксплуатации или применения транспортного средства, что приводит к снижению использования транспортного средства и делает его менее благоприятным для поддержания баланса аккумуляторной батареи и продления срока ее службы.

Метод встроенной зарядки осуществляется через линии соединения-бортового зарядного устройства и бортовой сети-, а также внутреннюю сеть CAN электромобиля, которая обменивается данными с-хостом управления бортовым аккумулятором для завершения управления зарядкой. Структура бортовой зарядки показана на Рисунке 11-16.

Для бортовой зарядки-используются зарядные устройства двух типов. Одним из них является бортовое зарядное устройство-, установленное и перевозимое вместе с автомобилем, которое обычно имеет низкую мощность, в основном ниже 5 кВт для электрических седанов, с небольшим зарядным током и длительным временем зарядки. Это подходит для электромобилей, которые заряжаются ночью и используются днем. Второе – это внешнее-быстрое зарядное устройство, которое обычно обеспечивает зарядку автомобиля в течение 30 минут и способно обеспечить достаточную мощность, чтобы автомобиль мог проехать более 50 км. Для выпускаемых электрических седанов требуется как встроенный интерфейс зарядного устройства, так и интерфейс быстрой зарядки, чтобы удовлетворить потребности этих двух типов зарядных устройств, что означает наличие двух интерфейсов, расположенных параллельно. На рис. 11-17 показан интерфейс зарядки электромобиля Nissan Leaf.