Jakie są strategie kontroli ładowania w systemach akumulatorów zasilających?

Jakie są strategie kontroli ładowania w systemach akumulatorów zasilających?

Strategia kontroli ładowania systemu zasilania akumulatorowego

W przypadku zintegrowanego zastosowania pakietów akumulatorów na dużą{{0}skalę oprócz uwzględnienia właściwości chemicznych i fizycznych samego akumulatora, należy również wziąć pod uwagę metodę przechowywania akumulatora, środowisko przechowywania, warunki sprzętu do ładowania, kwestie bezpieczeństwa związane ze scentralizowanym magazynowaniem i ładowaniem oraz wpływ na sieć energetyczną.

Wśród wielu czynników podstawową gwarancją i uwzględnieniem powinno być bezpieczeństwo ładowania akumulatora energetycznego, co oznacza sformułowanie spersonalizowanych priorytetów parametrów kontroli ładowania w oparciu o różne typy akumulatorów zasilających oraz monitorowanie i kontrolowanie procesu podczas ładowania. Przy obecnym poziomie systemów zarządzania energią akumulatorów oraz technologii ładowania możliwa stała się detekcja parametrów poszczególnych ogniw układu akumulatorowego podczas procesu ładowania. Dlatego, aby zapewnić bezpieczeństwo ładowania, należy w miarę możliwości monitorować parametry poszczególnych ogniw akumulatora.

Jeśli chodzi o strategie kontroli ładowania, istnieją znaczne różnice pomiędzy złożonymi akumulatorami i pojedynczymi ogniwami. Obecnie stosuje się wiele metod, głównie poprzez komunikację pomiędzy Systemem Zarządzania Baterią (BMS) a ładowarką, w celu sterowania ładowaniem w oparciu o typowe parametry poszczególnych ogniw pakietu akumulatorowego. Podstawową ideą sterowania jest maksymalizacja pojemności użytkowej pakietu akumulatorów przy jednoczesnym zapewnieniu bezpieczeństwa akumulatora. Parametry poszczególnych ogniw akumulatora są niezwykle istotne dla zapewnienia bezpieczeństwa ładowania. Dlatego w strategii kontroli parametrów ładowania często przyjmuje się metodę dostosowywania parametrów ładowania w oparciu o wartości ekstremalne, co oznacza skupienie się na parametrach skrajnych poszczególnych ogniw w systemie akumulatorów w zależności od różnych typów akumulatorów. Pojazdy elektryczne często korzystają z zasady priorytetu określonej przez cykl logiczny ładowania układu zasilania akumulatorowego Tabela 11-3 w celu dostosowania ogólnych parametrów ładowania, utrzymując ekstremalne parametry pakietu akumulatorów w ograniczonym zakresie.

Biorąc za przykład akumulator litowo-manganowy, ładowanie odbywa się metodą stałego prądu-stałego napięcia. Podczas procesu ładowania skupiamy się w pierwszej kolejności na wykryciu napięcia poszczególnych ogniw w zestawie akumulatorów. Jeśli napięcie dowolnego pojedynczego ogniwa przekracza ustawione maksymalne dopuszczalne napięcie (np. 4,25 V), należy zmniejszyć całkowity prąd graniczny ładowania, aby kontrolować wzrost napięcia pojedynczego ogniwa. Jednocześnie w regularnych odstępach czasu mierzona jest temperatura akumulatora. Jeżeli temperatura pojedynczego ogniwa przekracza średnią temperaturę pakietu akumulatorów o 5 stopni, należy zmniejszyć prąd graniczny ładowania, ograniczając w ten sposób tempo wzrostu temperatury. Przy udoskonalonym zarządzaniu i kontroli regulacja limitu napięcia może również opierać się na zmianach temperatury ładowania akumulatora. Na przykład, gdy temperatura akumulatora jest w niższym zakresie, górna granica napięcia ładowania zostaje podniesiona, aby zwiększyć pojemność akumulatora; w przypadku wyższej temperatury akumulatora, w celu zapewnienia bezpieczeństwa akumulatora, górna granica napięcia ładowania jest obniżana.

Tabela 11-3 Priorytet strategii kontroli parametrów ładowania pakietów akumulatorów

Zasilanie Akumulator Tryb zarządzania ładowaniem

Wdrożenie strategii ładowania wymaga skutecznej transmisji danych i oceny parametrów-w czasie rzeczywistym pomiędzy systemem akumulatorów a ładowarką. System Zarządzania Baterią (BMS) realizuje zadanie gromadzenia parametrów w systemie baterii. Jednocześnie podczas aktualnego procesu inteligentnego ładowania komunikując się z ładowarką, zapewnia bezpieczeństwo procesu ładowania i osiąga efektywną kontrolę nad akumulatorem.

Podstawową strukturę systemu w trybie zarządzania ładowaniem pokazano na rysunku 11-12.

Zadaniem BMS jest monitorowanie online stanu akumulatora (temperatura akumulatora, napięcie poszczególnych ogniw, prąd roboczy, izolacja pomiędzy akumulatorem a stosem ładowania), ocena SOC, analiza stanu (czy SOC jest za wysoki, czy temperatura akumulatora jest za wysoka/za niska, czy napięcie poszczególnych ogniw jest za wysokie/za niskie, czy wzrost temperatury akumulatora jest zbyt szybki, czy izolacja jest uszkodzona, czy nie występuje przetężenie, analiza konsystencji akumulatora, czy pakiet akumulatorów nie ma usterek, czy komunikacja usterki itp.) i wdrożenie niezbędnego zarządzania ciepłem. Do głównych zadań ładowarki należy konwersja mocy,-sterowanie napięciem i prądem wyjściowym w pętli zamkniętej, niezbędne zabezpieczenia oraz komunikacja z systemem BMS w celu uzyskania pełnego zrozumienia stanu akumulatora i dynamicznej regulacji prądu wyjściowego. Gdy pakiet akumulatorów wymaga naładowania, oprócz głównych dodatnich i ujemnych przewodów zasilających wyjścia ładowarki, które muszą być podłączone do zestawu akumulatorów, dodawana jest również linia komunikacyjna do udostępniania danych pomiędzy BMS a ładowarką.

Ten tryb ładowania ustanawia łącze komunikacyjne pomiędzy systemem zarządzania akumulatorem a systemem ładowarki, umożliwiając udostępnianie danych. Dzięki temu parametry związane z bezpieczeństwem, takie jak napięcie, temperatura i wydajność izolacji akumulatora w całym procesie ładowania, mogą brać udział w sterowaniu i zarządzaniu ładowaniem akumulatora. Umożliwia to ładowarce pełne zrozumienie stanu i informacji o akumulatorze oraz odpowiednie dostosowanie prądu ładowania, skutecznie zapobiegając przeładowaniu i zbyt wysokim temperaturom we wszystkich akumulatorach w pakiecie, poprawiając w ten sposób bezpieczeństwo-ładowania akumulatorów połączonych szeregowo. Co więcej, ten tryb ładowania poprawia funkcje zarządzania i kontroli BMS, zwiększa bezpieczeństwo i inteligencję ładowania oraz upraszcza żmudne zadanie ustawiania parametrów ładowania przez operatora ładowarki, zapewniając ładowarce lepsze możliwości adaptacji. W tym trybie ładowarka nie musi rozróżniać typów akumulatorów; aby zapewnić bezpieczne ładowanie, wystarczy otrzymać aktualne instrukcje dostarczone przez BMS.

Metody ładowania systemu akumulatorowego

Według różnych metod działania, ładowanie akumulatorów pojazdów elektrycznych można podzielić na dwie metody: ładowanie naziemne i ładowanie-na pokładzie.

Metoda ładowania naziemnego

Gdy pojazd wymaga dodatkowego ładowania, akumulator wymagający ładowania jest wyjmowany z pojazdu i instalowany jest w pełni naładowany akumulator. Następnie pojazd odjeżdża, aby kontynuować pracę lub aplikację, a wyjęty akumulator jest uzupełniany za pomocą naziemnego systemu ładowania. Przyjęcie metody ładowania naziemnego jest korzystne dla konserwacji akumulatora, poprawia jego żywotność i efektywność użytkowania pojazdu, ale stawia wyższe wymagania w stosunku do pojazdu i urządzeń/sprzętu do ładowania. Ładowanie naziemne dzieli się dalej na ładowanie skrzynkowe i ładowanie integralne.

(1)Ładowanie skrzynkiPodczas ładowania skrzynkowego każda ładowarka ładuje jedno opakowanie akumulatorów w pakiecie akumulatorów i komunikuje się z sąsiadującymi jednostkami zarządzającymi akumulatorami w celu zakończenia kontroli ładowania. Metoda ta jest korzystna dla poprawy wyrównania pakietu akumulatorów i wydłużenia jego żywotności. Wymaga to jednak dużej liczby ładowarek, wielu połączeń między akumulatorem a ładowarkami, złożonej sieci monitorowania i wyższych kosztów. Jego strukturę pokazano na rysunku 11-13 i wymagania dotyczące technologii jego stosowania

platforma. Wśród nich platforma ładowania jest podłączona do źródła prądu stałego zgodnego z niskonapięciowym-zasilaniem pojazdu, stojaka do przechowywania akumulatorów, złącza interfejsu komunikacyjnego ładowarki, złącza wyjściowego ładowarki i czujnika alarmowego. Kiedy na platformie ładującej zostanie umieszczone pojedyncze opakowanie akumulatorów, zasilacz niskonapięciowy-zapewni zasilanie jednostce zarządzającej akumulatorami. Ładowarka i moduł zarządzający akumulatorem komunikują się ze sobą w celu kontroli ładowania, a energia jest przesyłana z ładowarki do akumulatora poprzez złącze wyjściowe ładowarki. Czujniki alarmowe, czujniki temperatury itp. umożliwiają-monitorowanie procesu ładowania na miejscu.

W przypadku korzystania z ładowania pudełkowego system planowania akumulatorów musi monitorować ilość, jakość i stan wszystkich akumulatorów oraz zarządzać nimi w czasie rzeczywistym-, wykonując takie funkcje, jak przechowywanie akumulatorów, wymiana,-ponowne grupowanie, wyrównywanie pakietów akumulatorów, rzeczywiste testowanie pojemności i awaryjne postępowanie w przypadku usterek akumulatorów.

(2)Zintegrowane ładowanie pakietuDzięki zintegrowanemu ładowaniu pakietów wszystkie skrzynki akumulatorów wyjęte z pojazdu elektrycznego są połączone w sposób, w jaki są używane w pojeździe. Do ładowania całego zestawu akumulatorów używana jest pojedyncza ładowarka, a wszystkie jednostki zarządzające akumulatorami komunikują się z hostem zarządzania akumulatorem i ładowarką w celu zakończenia kontroli ładowania. Ta metoda wymaga mniejszej liczby ładowarek i ma prostszą sieć monitorowania, ale w porównaniu z metodą ładowania pudełkowego wyrównanie pakietu akumulatorów jest słabsze, a żywotność jest krótsza. Jego strukturę pokazano na rysunku 11-14.

Porównanie dwóch metod ładowania przedstawiono w tabeli 11-4.

Tabela 11-4 Porównanie dwóch metod ładowania

Metoda ładowania-na pokładzie

Gdy pojazd wymaga dodatkowego ładowania, ładowarkę podłącza się do wtyczki ładowania, a akumulator można ładować bezpośrednio, bez konieczności wyjmowania go z pojazdu, jak pokazano na rysunku 11-15. Jego zaletą jest prosty proces operacji ładowania i nie wiąże się z takimi procesami jak magazynowanie baterii czy wymiana baterii. Jednakże czas ładowania pojazdu zajmuje czas pracy pojazdu lub jego zastosowania, co prowadzi do mniejszego wykorzystania pojazdu i czyni go mniej sprzyjającym utrzymaniu wyrównania pakietu akumulatorów i wydłużeniu jego żywotności.

Metoda ładowania-pokładowego odbywa się za pośrednictwem przewodów łączących-pokładową ładowarkę i-sieć pokładową oraz wewnętrzną sieć CAN pojazdu elektrycznego, komunikującą się z-pokładowym hostem zarządzającym akumulatorem w celu zakończenia kontroli ładowania. Strukturę-pokładowej komunikacji dotyczącej ładowania pokazano na rysunku 11.16.

Do ładowania na pokładzie-stosowane są dwie formy ładowarek. Jedną z nich jest-ładowarka pokładowa instalowana i przewożona w pojeździe, która zazwyczaj ma małą moc, przeważnie poniżej 5 kW w przypadku elektrycznych sedanów, przy małym prądzie ładowania i długim czasie ładowania. Jest to odpowiednie dla pojazdów elektrycznych, które ładują się w nocy i są używane w ciągu dnia. Drugą opcją jest-zewnętrzna szybka ładowarka, która zazwyczaj zapewnia naładowanie pojazdu w ciągu 30 minut i zapewnia wystarczającą moc, aby pojazd mógł przejechać ponad 50 km. Wyprodukowane elektryczne sedany wymagają zarówno-pokładowego interfejsu ładowarki, jak i interfejsu szybkiej ładowarki, aby spełnić wymagania zastosowań tych dwóch typów ładowarek, co oznacza posiadanie dwóch interfejsów rozmieszczonych równolegle. Rysunek 11-17 przedstawia interfejs ładowania pojazdu elektrycznego Nissan Leaf.