Kādas ir akumulatoru sistēmu uzlādes kontroles stratēģijas?

Kādas ir akumulatoru sistēmu uzlādes kontroles stratēģijas?

Strāvas akumulatoru bloku lielapjoma integrētai izmantošanai -ne tikai jāņem vērā paša akumulatora ķīmiskās un fizikālās īpašības, ir jāņem vērā arī akumulatora uzglabāšanas metode, glabāšanas vide, uzlādes aprīkojuma apstākļi, drošības jautājumi, kas saistīti ar centralizētu uzglabāšanu un uzlādi, kā arī ietekme uz elektrotīklu.

Power Battery System Charging Control Strategy

Starp daudziem faktoriem primārajai garantijai un apsvērumiem vajadzētu būt strāvas akumulatora uzlādes drošībai, kas nozīmē personalizētu uzlādes vadības parametru prioritāšu formulēšanu, pamatojoties uz dažāda veida strāvas akumulatoriem, un procesa uzraudzību un kontroli uzlādes laikā. Pašreizējā jaudas akumulatoru vadības sistēmu un uzlādes tehnoloģiju līmenī ir kļuvis iespējams noteikt atsevišķu bateriju sistēmas šūnu parametrus uzlādes procesā. Tāpēc, lai nodrošinātu uzlādes drošību, pēc iespējas vairāk jāuzrauga atsevišķu akumulatora elementu parametri.

Runājot par uzlādes kontroles stratēģijām, pastāv būtiskas atšķirības starp samontētajiem akumulatoriem un atsevišķām šūnām. Pašlaik tiek izmantotas vairākas metodes, galvenokārt izmantojot saziņu starp akumulatora pārvaldības sistēmu (BMS) un lādētāju, lai kontrolētu uzlādi, pamatojoties uz akumulatora bloka atsevišķu elementu tipiskajiem parametriem. Vadības pamatideja ir maksimāli palielināt akumulatora bloka izmantojamo jaudu, vienlaikus nodrošinot akumulatora drošību. Atsevišķu akumulatora elementu parametri ir ārkārtīgi svarīgi, lai nodrošinātu uzlādes drošību. Tāpēc uzlādes parametru kontroles stratēģijā bieži tiek izmantota uzlādes parametru pielāgošanas metode, kuras pamatā ir galējās vērtības, kas nozīmē koncentrēšanos uz akumulatoru sistēmas ekstrēmo atsevišķu elementu parametriem atbilstoši dažādiem akumulatoru veidiem. Elektriskie transportlīdzekļi bieži izmanto prioritātes principu, kas norādīts jaudas akumulatora sistēmas uzlādes loģikas ciklā Tabulā 11-3, lai veiktu kopējo uzlādes parametru pielāgošanu, saglabājot ekstremālos parametrus akumulatora komplektā ierobežotā diapazonā.

Kā piemēru ņemot litija mangāna oksīda akumulatoru, uzlāde tiek veikta, izmantojot nemainīgas strāvas-pastāvīga sprieguma metodi. Uzlādes procesa laikā pirmā uzmanība tiek pievērsta atsevišķa elementa sprieguma noteikšanai akumulatora komplektā. Ja kāda atsevišķa elementa spriegums pārsniedz iestatīto maksimālo pieļaujamo spriegumu (piemēram, 4,25 V), kopējā uzlādes limita strāva ir jāsamazina, lai kontrolētu atsevišķas šūnas sprieguma pieaugumu. Tajā pašā laikā akumulatora temperatūra tiek noteikta regulāri. Ja kāda atsevišķa elementa temperatūra pārsniedz akumulatora vidējo temperatūru par 5 grādiem, uzlādes limita strāva ir jāsamazina, ierobežojot temperatūras paaugstināšanās ātrumu. Izsmalcinātā pārvaldībā un kontrolē sprieguma ierobežojumu var regulēt arī, pamatojoties uz izmaiņām akumulatora uzlādes temperatūrā. Piemēram, ja akumulatora temperatūra ir zemākā diapazonā, uzlādes sprieguma augšējā robeža tiek paaugstināta, lai palielinātu akumulatora bloka uzlādējamo jaudu; ja akumulatora temperatūra ir augstākā diapazonā, uzlādes sprieguma augšējā robeža tiek pazemināta, lai nodrošinātu akumulatora drošību.

Tabula 11-3 Akumulatoru bloku uzlādes parametru kontroles stratēģijas prioritāte

Prioritāte	Litija{0}}jonu akumulators	Niķeļa{0}}metāla hidrīda akumulators	Svina{0}}skābes akumulators
Augsts	Maksimālais vienas{0}}šūnas spriegums	Maksimālais vienas{0}}šūnas temperatūras paaugstināšanās ātrums	Maksimālais vienas{0}}šūnas termināla spriegums
	Maksimālā vienas{0}}šūnas temperatūra	Maksimālā vienas{0}}šūnas temperatūra	Maksimālā vienas{0}}šūnas temperatūra
Zems	Maksimālais akumulatora bloka spriegums	Akumulatora bloka spailes spriegums	Akumulatora bloka spailes spriegums
	Uzlādes strāva	Uzlādes strāva	Uzlādes strāva

Uzlādes stratēģijas īstenošanai ir nepieciešama efektīva datu pārraide un reāllaika -parametru noteikšana starp akumulatora sistēmu un lādētāju. Akumulatora pārvaldības sistēma (BMS) pabeidz akumulatoru sistēmas parametru apkopošanas uzdevumu. Vienlaikus pašreizējā viedās uzlādes procesa laikā, komunicējot ar lādētāju, tas nodrošina uzlādes procesa drošību un panāk efektīvu akumulatora kontroli.

Uzlādes pārvaldības režīma pamata sistēmas struktūra ir parādīta 11-12 attēlā.

BMS funkcija ir tiešsaistē nodrošināt akumulatora statusa uzraudzību (akumulatora temperatūra, atsevišķa elementa spriegums, darba strāva, izolācija starp akumulatoru un lādēšanas kaudzi), SOC novērtējums, stāvokļa analīze (vai SOC ir pārāk augsta, vai akumulatora temperatūra ir pārāk augsta/zema, vai atsevišķas šūnas spriegums ir pārāk augsts/zems, akumulatora temperatūras paaugstināšanās ir pārāk ātra, vai akumulators ir pārāk strauja, izolācija nav pārlieku liela ir kļūmes, sakaru traucējumi utt.) un ieviešot nepieciešamo siltuma pārvaldību. Lādētāja galvenie uzdevumi ir jaudas pārveidošana, slēgta-cilpas izejas sprieguma un strāvas kontrole, nepieciešamā aizsardzība un komunikācija ar BMS, lai panāktu visaptverošu izpratni par akumulatora stāvokli un dinamisku izejas strāvas regulēšanu. Ja akumulatora bloks ir jāuzlādē, papildus galvenajām pozitīvajām un negatīvajām lādētāja izejas barošanas līnijām, kas jāpievieno akumulatoram, starp BMS un lādētāju tiek pievienota arī sakaru līnija datu koplietošanai.

Šis uzlādes režīms izveido sakaru savienojumu starp akumulatora pārvaldības sistēmu un lādētāja sistēmu, nodrošinot datu koplietošanu. Tas ļauj ar drošību saistītiem parametriem, piemēram, akumulatora spriegumam, temperatūrai un izolācijas veiktspējai visā uzlādes procesā, piedalīties akumulatora uzlādes kontrolē un pārvaldībā. Tas ļauj lādētājam pilnībā izprast akumulatora statusu un informāciju, kā arī attiecīgi pielāgot uzlādes strāvu, efektīvi novēršot pārlādēšanu un pārmērīgi augstu temperatūru visos komplektā esošajos akumulatoros, tādējādi uzlabojot sērijveidā -savienotu akumulatoru uzlādes drošību. Turklāt šis uzlādes režīms uzlabo BMS vadības un kontroles funkcijas, uzlabo uzlādes drošību un inteliģenci, kā arī vienkāršo lādētāja operatora nogurdinošo uzlādes parametru iestatīšanu, nodrošinot lādētājam labāku pielāgošanās spēju. Šajā režīmā lādētājam nav jānošķir akumulatoru veidi; tai tikai jāsaņem pašreizējā BMS sniegtā instrukcija, lai nodrošinātu drošu uzlādi.

Figure 11-12

Atbilstoši dažādām darbības metodēm elektrisko transportlīdzekļu jaudas akumulatora uzlādi var iedalīt divos veidos: uzlāde no zemes un uzlāde{0}}uz borta.

Kad transportlīdzeklim ir nepieciešama papildu uzlāde, akumulators, kuram nepieciešama uzlāde, tiek izņemts no transportlīdzekļa un tiek uzstādīts pilnībā uzlādēts akumulators. Pēc tam transportlīdzeklis aizbrauc, lai turpinātu darbību vai pielietojumu, un izņemtais akumulators tiek papildināts, izmantojot zemes uzlādes sistēmu. Zemes uzlādes metodes izmantošana ir izdevīga akumulatora apkopei, akumulatora darbības laika uzlabošanai un transportlīdzekļa izmantošanas efektivitātei, taču tā izvirza augstākas prasības transportlīdzeklim un uzlādes iekārtām/iekārtām. Uzlāde uz zemes ir vēl sadalīta kastes lādēšanā un integrētajā lādēšanā.

(1)Kastes uzlādeKastes uzlādes laikā katrs lādētājs uzlādē vienu bateriju kastīti akumulatora komplektā un sazinās ar blakus esošajām akumulatoru pārvaldības vienībām, lai pabeigtu uzlādes vadību. Šī metode ir noderīga, lai uzlabotu akumulatora bloka izlīdzināšanu un pagarinātu tā kalpošanas laiku. Tomēr tam ir nepieciešams liels skaits lādētāju, daudzi savienojumi starp akumulatoru un lādētājiem, sarežģīts uzraudzības tīkls un augstākas izmaksas. Tās struktūra parādīta 11.-13.attēlā.un tās pielietošanas tehnoloģijas prasības

Figure 11-13

platforma. Tostarp uzlādes platforma ir savienota ar līdzstrāvas barošanas avotu, kas atbilst transportlīdzekļa zemsprieguma-barošanas avotam, akumulatora glabāšanas plauktam, lādētāja sakaru saskarnes savienotājam, lādētāja izejas savienotājam un trauksmes sensoram. Ja uz uzlādes platformas ir novietota viena akumulatoru kaste, zemsprieguma barošanas avots nodrošina akumulatora vadības bloku. Lādētājs un akumulatora vadības bloks sazinās, lai panāktu uzlādes kontroli, un enerģija tiek pārsūtīta no lādētāja uz akumulatoru caur lādētāja izejas savienotāju. Trauksmes sensori, temperatūras sensori utt. tiek nodrošināti uz vietas-uzlādes procesa laikā.

Izmantojot kastes uzlādi, akumulatora plānošanas sistēmai ir jāuzrauga un jāpārvalda visu akumulatoru daudzums, kvalitāte un statuss-reāllaikā, veicot tādas funkcijas kā akumulatora glabāšana, nomaiņa, pār{1}}grupēšana, akumulatora bloka izlīdzināšana, faktiskās jaudas pārbaude un akumulatora bojājumu ārkārtas apstrāde.

(2)Integrālā komplekta uzlādeAr iebūvēto komplekta uzlādi visas no elektriskā transportlīdzekļa izņemtās akumulatora kastes ir savienotas tādā veidā, kā tās tiek izmantotas transportlīdzeklī. Visa akumulatora uzlādei tiek izmantots viens lādētājs, un visas akumulatora pārvaldības vienības sazinās ar Battery Management Host un lādētāju, lai pabeigtu uzlādes vadību. Šai metodei ir nepieciešams mazāk lādētāju, un tai ir vienkāršāks pārraudzības tīkls, taču, salīdzinot ar kastes uzlādes metodi, akumulatora bloka izlīdzināšana ir sliktāka un kalpošanas laiks ir īsāks. Tās struktūra ir parādīta 11.-14. attēlā.

Abu uzlādes metožu salīdzinājums ir parādīts 11-4. tabulā.

info-730-360

Tabula 11-4 Divu uzlādes metožu salīdzinājums

Nē.	Integrālā komplekta uzlāde	Kastes uzlāde
1	Augsts uzlādes spriegums, slikta drošība	Zems uzlādes spriegums, laba drošība
2	Viena uzlādes aprīkojuma liela jauda, nenobriedusi tehnoloģija, augstas aprīkojuma izmaksas	Viena uzlādes aprīkojuma maza jauda, nobriedusi tehnoloģija, zemas kopējās izmaksas
3	Konsekvences atšķirība strauji palielinās	Konsekvences atšķirības pieaugums palēninās
4	Harmonikas ir salīdzinoši lielas	Harmonikas ir salīdzinoši mazas
5	Nav piemērots akumulatora izvietojumam uz zemi nomaiņas režīmā	Piemērots akumulatora izkārtojumam uz zemi nomaiņas režīmā
6	Īss akumulatora darbības laiks	Apsver konsekvenci, efektīvi pagarina akumulatora darbības laiku

Kad transportlīdzeklim ir nepieciešama papildu uzlāde, lādētājs ir pievienots uzlādes kontaktdakšai, un akumulatoru var uzlādēt tieši, neizņemot to no transportlīdzekļa, kā parādīts 11-15 attēlā. Tās priekšrocības ir vienkāršs uzlādes process, un tas neietver tādus procesus kā akumulatora uzglabāšana vai akumulatora nomaiņa. Tomēr transportlīdzekļa uzlādes laiks aizņem transportlīdzekļa darbības vai lietošanas laiku, tādējādi samazinot transportlīdzekļa noslodzi un padarot to mazāk labvēlīgu akumulatora bloka izlīdzināšanai un tā kalpošanas laika pagarināšanai.

Figure 11-15

Iebūvētā-uzlādes metode tiek veikta, izmantojot iebūvētā-uzlādes lādētāja un iebūvētā-tīkla savienojuma līnijas, kā arī elektriskā transportlīdzekļa iekšējo CAN tīklu, sazinoties ar iebūvēto-akumulatoru pārvaldības resursdatoru, lai pabeigtu uzlādes vadību. Ierīces uzlādes komunikācijas struktūra ir parādīta 11.-16. attēlā.

Figure 11-16

Ir divu veidu lādētāji, ko izmanto iebūvētai-uzlādei. Viens no tiem ir iebūvētais-uzlādes lādētājs, kas uzstādīts un pārvadāts kopā ar transportlīdzekli, kam parasti ir maza jauda, galvenokārt zem 5 KW elektriskajiem sedaniem, ar mazu uzlādes strāvu un ilgu uzlādes laiku. Tas ir piemērots elektriskajiem transportlīdzekļiem, kas uzlādējas naktī un tiek izmantoti dienas laikā. Otrs ir izslēgtais-ātrais lādētājs, kas parasti nodrošina, ka transportlīdzeklis tiek uzlādēts 30 minūšu laikā, un tas spēj pievienot pietiekami daudz enerģijas, lai transportlīdzeklis varētu nobraukt vairāk nekā 50 km. Elektriskajiem sedaniem, kas ir ražoti, ir nepieciešama gan iebūvēta-lādētāja saskarne, gan ātrā lādētāja saskarne, lai atbilstu šo divu veidu lādētāju lietojuma vajadzībām, kas nozīmē, ka paralēli ir izvietotas divas saskarnes. Attēlā 11-17 parādīts Nissan Leaf elektriskā transportlīdzekļa uzlādes interfeiss.

Figure 11-17