Jaké jsou strategie řízení nabíjení pro systémy napájecích baterií?

Jaké jsou strategie řízení nabíjení pro systémy napájecích baterií?

Strategie řízení nabíjení systému napájecí baterie

Pro rozsáhlé-integrované použití napájecích bateriových sad je kromě zvážení chemických a fyzikálních vlastností samotné baterie nutné vzít v úvahu také způsob skladování baterie, prostředí skladování, podmínky nabíjecího zařízení, bezpečnostní otázky související s centralizovaným úložištěm a nabíjením a dopad na elektrickou síť.

Mezi mnoha faktory by primární zárukou a zvážením měla být bezpečnost nabíjení napájecí baterie, což znamená formulovat personalizované priority parametrů řízení nabíjení založené na různých typech napájecích baterií a monitorování a řízení procesu během nabíjení. Na současné úrovni systémů správy napájecích baterií a technologie nabíjení se stalo možné zjistit parametry jednotlivých článků v systému baterií během procesu nabíjení. Pro zajištění bezpečnosti nabíjení by proto měly být parametry jednotlivých článků baterie co nejvíce sledovány.

Z hlediska strategií řízení nabíjení existují značné rozdíly mezi sestavenými bateriemi a jednotlivými články. V současné době se používá více metod, především prostřednictvím komunikace mezi Battery Management System (BMS) a nabíječkou, pro řízení nabíjení na základě typických parametrů jednotlivých článků v bateriovém bloku. Základní myšlenkou ovládání je maximalizace využitelné kapacity akumulátoru při současném zajištění bezpečnosti akumulátoru. Parametry jednotlivých článků baterie jsou nesmírně důležité pro zajištění bezpečnosti nabíjení. Strategie řízení parametrů nabíjení proto často přebírá způsob úpravy parametrů nabíjení na základě extrémních hodnot, což znamená zaměření na parametry krajních jednotlivých článků v bateriovém systému podle různých typů baterií. Elektromobily často používají princip priority daný logickým cyklem nabíjení systému napájecích baterií Tabulka 11-3 k provádění celkových úprav parametrů nabíjení, přičemž extrémní parametry v rámci sady baterií jsou v omezeném rozsahu.

Vezmeme-li jako příklad lithium-manganoxidovou baterii, nabíjení se provádí metodou konstantního proudu-konstantní napětí. Během nabíjecího procesu se nejprve zaměříme na detekci napětí jednotlivých článků v bateriovém bloku. Pokud napětí kteréhokoli jednotlivého článku překročí nastavené maximální povolené napětí (např. 4,25 V), celkový limit nabíjení by měl být snížen, aby se řídil nárůst napětí jednotlivého článku. Zároveň je v pravidelných intervalech zjišťována teplota baterie. Pokud teplota kteréhokoli jednotlivého článku překročí průměrnou teplotu akumulátoru o 5 stupňů, měl by být omezen nabíjecí proud, čímž se omezí rychlost nárůstu teploty. Při propracovaném řízení a kontrole může být nastavení limitu napětí také založeno na změnách teploty nabíjení baterie. Například, když je teplota baterie v nižším rozsahu, horní mez nabíjecího napětí se zvýší, aby se zvýšila nabíjecí kapacita sady baterií; když je teplota baterie ve vyšším rozsahu, horní mez nabíjecího napětí se sníží, aby byla zajištěna bezpečnost baterie.

Tabulka 11-3 Priorita strategií řízení parametrů nabíjení pro baterie

Režim řízení nabíjení systému napájení baterie

Implementace strategie nabíjení vyžaduje efektivní přenos dat a posouzení parametrů v reálném čase- mezi systémem baterie a nabíječkou. Battery Management System (BMS) dokončuje úkol shromažďování parametrů v bateriovém systému. Zároveň při současném procesu chytrého nabíjení pomocí komunikace s nabíječkou zajišťuje bezpečnost nabíjecího procesu a dosahuje efektivní kontroly baterie.

Základní struktura systému režimu řízení nabíjení je znázorněna na obrázku 11-12.

Funkcí BMS je dosáhnout on-line monitorování stavu baterie (teplota baterie, napětí jednotlivých článků, pracovní proud, izolace mezi baterií a nabíjecí hromadou), odhad SOC, analýza stavu (zda je SOC příliš vysoká, zda je příliš vysoká/nízká teplota baterie, zda je napětí jednotlivých článků příliš vysoké/nízké, příliš rychlý nárůst teploty baterie, zda je baterie vadná, zda je vadná izolace nebo komunikace, poruchy atd.) a zavedení potřebného tepelného managementu. Hlavními úkoly nabíječky jsou přeměna energie, regulace výstupního napětí a proudu v uzavřené{2}}smyčce, nezbytná ochrana a komunikace s BMS pro dosažení komplexního pochopení stavu baterie a dynamického přizpůsobení výstupního proudu. Když je třeba baterii nabít, je kromě hlavního kladného a záporného napájecího vedení výstupu nabíječky, které je třeba připojit k baterii, přidána také komunikační linka pro sdílení dat mezi BMS a nabíječkou.

Tento režim nabíjení vytváří komunikační spojení mezi systémem správy baterií a systémem nabíječky, což umožňuje sdílení dat. To umožňuje parametrům souvisejícím s bezpečností, jako je napětí, teplota a izolační výkon baterie během procesu nabíjení, podílet se na kontrole a řízení nabíjení baterie. To umožňuje nabíječce plně porozumět stavu baterie a informacím a podle toho upravit nabíjecí proud, čímž účinně zabrání přebíjení a příliš vysokým teplotám ve všech bateriích v sadě, čímž se zvýší bezpečnost sériově{2}}zapojeného nabíjení baterie. Kromě toho tento režim nabíjení zlepšuje funkce řízení a ovládání BMS, zvyšuje bezpečnost a inteligenci nabíjení a zjednodušuje zdlouhavé nastavování parametrů nabíjení operátorem nabíječky, což poskytuje nabíječce lepší přizpůsobivost. V tomto režimu nabíječka nemusí rozlišovat mezi typy baterií; k dosažení bezpečného nabíjení potřebuje pouze obdržet aktuální pokyny poskytnuté BMS.

Způsoby nabíjení systému napájecí baterie

Podle různých provozních metod lze nabíjení akumulátorů pro elektrická vozidla rozdělit na dva způsoby: pozemní nabíjení a nabíjení na palubě-.

Způsob zemního nabíjení

Když vozidlo potřebuje doplňkové nabití, baterie vyžadující nabíjení se z vozidla vyjme a nainstaluje se plně nabitá baterie. Vozidlo pak odjíždí pokračovat v provozu nebo aplikaci a vyjmutá baterie je doplněna pomocí systému pozemního dobíjení. Přijetí metody pozemního nabíjení je výhodné pro údržbu baterie, zlepšuje životnost baterie a efektivitu využití vozidla, ale klade vyšší nároky na vozidlo a nabíjecí zařízení/vybavení. Pozemní nabíjení se dále dělí na nabíjení z krabice a nabíjení z integrálního bloku.

(1)Nabíjení krabiceBěhem nabíjení krabice nabíjí každá nabíječka jednu krabici baterií v sadě baterií a komunikuje se sousedními jednotkami správy baterií, aby dokončila řízení nabíjení. Tato metoda je výhodná pro zlepšení vyrovnání baterie a prodloužení její životnosti. Vyžaduje to však velký počet nabíječek, mnoho propojení mezi baterií a nabíječkami, komplexní monitorovací síť a vyšší náklady. Jeho struktura je znázorněna na obrázku 11-13. a požadavky na technologii aplikace

platforma. Mezi nimi je nabíjecí platforma připojena ke zdroji stejnosměrného proudu v souladu s nízkonapěťovým-napěťovým zdrojem vozidla, stojanu na baterie, konektoru komunikačního rozhraní nabíječky, výstupnímu konektoru nabíječky a senzoru alarmu. Když je na nabíjecí platformu umístěna jediná krabice baterií, nízkonapěťový zdroj napájení zajišťuje napájení jednotky pro správu baterie. Nabíječka a jednotka pro správu baterie spolu komunikují, aby bylo dosaženo řízení nabíjení, a energie je přenášena z nabíječky do baterie přes výstupní konektor nabíječky. Alarmová čidla, teplotní čidla atd. provádějí-monitorování na místě během procesu nabíjení.

Při použití krabicového nabíjení musí plánovací systém baterie monitorovat a spravovat množství, kvalitu a stav všech baterií v reálném{0}}čase a provádět funkce, jako je skladování baterie, výměna, přes{1}}skupování, vyrovnávání baterie, testování skutečné kapacity a nouzové řešení poruch baterie.

(2)Nabíjení integrálního baleníS integrálním nabíjením sady jsou všechny bateriové boxy vyjmuté z elektrického vozidla připojeny způsobem, jakým jsou ve vozidle používány. K nabíjení celé sady baterií se používá jediná nabíječka a všechny jednotky správy baterie komunikují s hostitelem správy baterií a nabíječkou, aby dokončily řízení nabíjení. Tato metoda vyžaduje méně nabíječek a má jednodušší monitorovací síť, ale ve srovnání s metodou krabicového nabíjení je vyrovnání baterie horší a životnost je kratší. Jeho struktura je znázorněna na obrázku 11-14.

Porovnání obou metod nabíjení je uvedeno v tabulce 11-4.

Tabulka 11-4 Porovnání dvou způsobů nabíjení

Palubní{0}způsob nabíjení

Když vozidlo potřebuje doplňkové nabití, nabíječka se připojí k nabíjecí zástrčce a baterii lze nabíjet přímo, aniž by byla vyjmuta z vozidla, jak je znázorněno na obrázku 11-15. Jeho výhodou je jednoduchý proces nabíjení a nezahrnuje procesy jako skladování baterie nebo výměna baterie. Doba nabíjení vozidla však zabírá dobu provozu vozidla nebo dobu aplikace, což vede k nižšímu využití vozidla a méně přispívá k udržování vyrovnání akumulátoru a prodloužení jeho životnosti.

Palubní{0}}způsob nabíjení se provádí prostřednictvím spojovacích vedení-palubní nabíječky a palubní sítě-a interní sítě CAN elektrického vozidla, přičemž komunikuje s hostitelem-palubní správy baterie za účelem dokončení řízení nabíjení. Struktura komunikace nabíjení na palubě-je znázorněna na obrázku 11-16.

Pro palubní{0}}nabíjení se používají dvě formy nabíječek. Jedním z nich je palubní nabíječka nainstalovaná a přenášená s vozidlem, která má obecně nízký výkon, většinou pod 5 kW u elektrických sedanů, s malým nabíjecím proudem a dlouhou dobou nabíjení. To je vhodné pro elektromobily, které se nabíjejí v noci a používají se přes den. Druhým je off{6}}rychlá nabíječka, která obecně zajišťuje nabití vozidla do 30 minut a je schopna dodat dostatek energie, aby vozidlo ujelo více než 50 km. Elektrické sedany, které byly vyrobeny, vyžadují jak{10}}rozhraní palubní nabíječky, tak rozhraní rychlé nabíječky, aby vyhovovaly aplikačním potřebám těchto dvou typů nabíječek, což znamená mít dvě paralelně uspořádaná rozhraní. Obrázek 11-17 ukazuje nabíjecí rozhraní elektromobilu Nissan Leaf.