Quines són les estratègies de control de càrrega dels sistemes de bateries d'alimentació?

Quines són les estratègies de control de càrrega dels sistemes de bateries d'alimentació?

Estratègia de control de càrrega del sistema de bateries d'alimentació

Per a l'aplicació integrada a gran-escala dels paquets de bateries d'energia, a més de tenir en compte les propietats químiques i físiques de la pròpia bateria d'energia, també cal tenir en compte el mètode d'emmagatzematge de la bateria, l'entorn d'emmagatzematge, les condicions de l'equip de càrrega, els problemes de seguretat relacionats amb l'emmagatzematge i la càrrega centralitzats i l'impacte a la xarxa elèctrica.

Entre molts factors, la principal garantia i consideració hauria de ser la seguretat de càrrega de la bateria d'alimentació, la qual cosa significa formular prioritats personalitzades dels paràmetres de control de càrrega basades en diferents tipus de bateries d'alimentació i supervisar i controlar el procés durant la càrrega. Al nivell actual dels sistemes de gestió de la bateria i de la tecnologia de càrrega, és possible detectar els paràmetres de les cèl·lules individuals del sistema de bateria durant el procés de càrrega. Per tant, per garantir la seguretat de la càrrega, els paràmetres de les cèl·lules individuals de la bateria s'han de controlar tant com sigui possible.

Pel que fa a les estratègies de control de càrrega, hi ha diferències significatives entre les bateries muntades i les cèl·lules individuals. Actualment, s'utilitzen múltiples mètodes, principalment mitjançant la comunicació entre el sistema de gestió de la bateria (BMS) i el carregador, per controlar la càrrega en funció dels paràmetres típics de les cèl·lules individuals de la bateria. La idea bàsica de control és maximitzar la capacitat útil de la bateria alhora que es garanteix la seguretat de la bateria. Els paràmetres de les cèl·lules individuals de la bateria són extremadament importants per garantir la seguretat de la càrrega. Per tant, l'estratègia de control dels paràmetres de càrrega sovint adopta un mètode per ajustar els paràmetres de càrrega en funció de valors extrems, el que significa centrar-se en els paràmetres de les cèl·lules individuals extremes del sistema de bateria segons els diferents tipus de bateria. Els vehicles elèctrics utilitzen sovint el principi de prioritat donat pel cicle lògic de càrrega del sistema de bateria elèctrica Taula 11-3 per realitzar ajustos generals dels paràmetres de càrrega, mantenint els paràmetres extrems de la bateria dins del rang limitat.

Prenent com a exemple una bateria d'òxid de manganès de liti, la càrrega es realitza mitjançant el mètode de corrent constant-tensió constant. Durant el procés de càrrega, el primer enfocament és detectar la tensió individual de la cèl·lula a la bateria. Si la tensió de qualsevol cel·la individual supera la tensió màxima permesa establerta (com ara 4,25 V), el corrent límit de càrrega total s'ha de reduir per controlar l'augment de la tensió de la cel·la individual. Al mateix temps, la temperatura de la bateria es detecta a intervals regulars. Si la temperatura de qualsevol cel·la individual supera la temperatura mitjana de la bateria en 5 graus, el corrent límit de càrrega s'ha de reduir, limitant la velocitat d'augment de la temperatura. Sota una gestió i un control refinats, l'ajust del límit de tensió també es pot basar en els canvis en la temperatura de càrrega de la bateria. Per exemple, quan la temperatura de la bateria es troba en un rang inferior, s'eleva el límit superior de la tensió de càrrega per augmentar la capacitat de càrrega de la bateria; quan la temperatura de la bateria es troba en un rang més alt, el límit superior de la tensió de càrrega es redueix per garantir la seguretat de la bateria.

Taula 11-3 Prioritat de les estratègies de control dels paràmetres de càrrega per a les bateries

Mode de gestió de càrrega del sistema de bateria d'alimentació

La implementació de l'estratègia de càrrega requereix una transmissió de dades eficaç i un judici de paràmetres-en temps real entre el sistema de bateria i el carregador. El sistema de gestió de bateries (BMS) completa la tasca de recollida de paràmetres del sistema de bateries. Simultàniament, durant el procés de càrrega intel·ligent actual, mitjançant la comunicació amb el carregador, assegura la seguretat del procés de càrrega i aconsegueix un control efectiu de la bateria.

L'estructura bàsica del sistema del mode de gestió de càrrega es mostra a la figura 11-12.

La funció del BMS és aconseguir un seguiment en línia de l'estat de la bateria (temperatura de la bateria, tensió individual de la cèl·lula, corrent de treball, aïllament entre la bateria i la pila de càrrega), estimació del SOC, anàlisi de l'estat (si el SOC és massa alt, si la temperatura de la bateria és massa alta/baixa, si la tensió individual de la cèl·lula és massa alta/baixa, l'augment de temperatura de la bateria és massa ràpid, si l'anàlisi de la bateria és massa ràpida, si l'aïllament és massa ràpid, si l'anàlisi de la bateria és deficient, el paquet de bateries té avaries, o fallades de comunicació, etc.) i implementant la gestió tèrmica necessària. Les tasques principals del carregador són la conversió d'energia, el control de llaç-tancat de la tensió i el corrent de sortida, la protecció necessària i la comunicació amb el BMS per aconseguir una comprensió completa de l'estat de la bateria i l'ajust dinàmic del corrent de sortida. Quan s'ha de carregar la bateria, a més de les principals línies d'alimentació positiva i negativa de la sortida del carregador que s'han de connectar a la bateria, també s'afegeix una línia de comunicació per compartir dades entre el BMS i el carregador.

Aquest mode de càrrega estableix un enllaç de comunicació entre el sistema de gestió de la bateria i el sistema del carregador, que permet compartir dades. Això permet que paràmetres relacionats amb la seguretat, com ara la tensió, la temperatura i el rendiment d'aïllament de la bateria durant tot el procés de càrrega, participin en el control i la gestió de la càrrega de la bateria. Això permet al carregador entendre completament l'estat i la informació de la bateria i ajustar el corrent de càrrega en conseqüència, evitant eficaçment la sobrecàrrega i les temperatures excessivament altes a totes les bateries del paquet, millorant així la seguretat de la càrrega de la bateria connectada en sèrie-. A més, aquest mode de càrrega millora les funcions de gestió i control del BMS, millora la seguretat i la intel·ligència de la càrrega i simplifica la tediosa tasca d'establir els paràmetres de càrrega per part de l'operador del carregador, donant al carregador una millor adaptabilitat. En aquest mode, el carregador no necessita distingir entre els tipus de bateria; només necessita rebre les instruccions actuals proporcionades pel BMS per aconseguir una càrrega segura.

Mètodes de càrrega del sistema de bateria d'alimentació

Segons els diferents mètodes de funcionament, la càrrega elèctrica de la bateria dels vehicles elèctrics es pot dividir en dos mètodes: la càrrega a terra i la càrrega a bord{0}.

Mètode de càrrega a terra

Quan el vehicle necessita una càrrega addicional, la bateria que requereix carregar-se s'elimina del vehicle i s'instal·la una bateria completament carregada. Aleshores, el vehicle marxa per continuar el funcionament o l'aplicació, i la bateria retirada es complementa amb un sistema de càrrega a terra. L'adopció del mètode de càrrega terrestre és beneficiós per al manteniment de la bateria, millora la vida útil de la bateria i l'eficiència en l'ús del vehicle, però exigeix ​​més el vehicle i les instal·lacions/equips de càrrega. La càrrega terrestre es divideix a més en càrrega de caixa i càrrega de paquet integral.

(1)Caixa de càrregaDurant la càrrega de la caixa, cada carregador carrega una caixa de bateries al paquet de bateries i es comunica amb les unitats de gestió de la bateria adjacents per completar el control de càrrega. Aquest mètode és beneficiós per millorar l'equalització de la bateria i allargar-ne la vida útil. Tanmateix, requereix un gran nombre de carregadors, moltes connexions entre la bateria i els carregadors, una xarxa de monitorització complexa i un cost més elevat. La seva estructura es mostra a la figura 11-13.i els seus requisits tecnològics d'aplicació

plataforma. Entre ells, la plataforma de càrrega està connectada a la font d'alimentació de CC coherent amb la font d'alimentació de baixa tensió-del vehicle, un bastidor d'emmagatzematge de la bateria, un connector d'interfície de comunicació del carregador, un connector de sortida del carregador i un sensor d'alarma. Quan es col·loca una sola caixa de bateries a la plataforma de càrrega, la font d'alimentació de baixa-tensió proporciona energia a la unitat de gestió de bateries. El carregador i la unitat de gestió de la bateria es comuniquen per aconseguir un control de càrrega i l'energia es transmet des del carregador a la bateria a través del connector de sortida del carregador. Els sensors d'alarma, sensors de temperatura, etc., realitzen un control-in situ durant el procés de càrrega.

Quan s'utilitza la càrrega de la caixa, el sistema de programació de la bateria ha de supervisar i gestionar la quantitat, la qualitat i l'estat de totes les bateries en temps real-, realitzant funcions com ara l'emmagatzematge de la bateria, la substitució, l'agrupació-, l'equalització de la bateria, les proves de capacitat real i la gestió d'emergència d'errors de la bateria.

(2)Càrrega del paquet integralAmb la càrrega integral del paquet, totes les caixes de bateries retirades del vehicle elèctric es connecten de la manera que s'utilitzen al vehicle. S'utilitza un únic carregador per carregar tot el paquet de bateries i totes les unitats de gestió de la bateria es comuniquen amb l'amfitrió de gestió de la bateria i el carregador per completar el control de càrrega. Aquest mètode requereix menys carregadors i té una xarxa de control més senzilla, però en comparació amb el mètode de càrrega de la caixa, l'equalització del paquet de bateries és més pobre i la vida útil és més curta. La seva estructura es mostra a la figura 11-14.

A la taula 11-4 es mostra una comparació dels dos mètodes de càrrega.

Taula 11-4 Comparació dels dos mètodes de càrrega

-Mètode de càrrega a bord

Quan el vehicle necessita una càrrega addicional, el carregador està connectat a l'endoll de càrrega i la bateria es pot carregar directament sense treure'l del vehicle, tal com es mostra a la figura 11-15. Els seus avantatges són un simple procés d'operació de càrrega i no implica processos com l'emmagatzematge de la bateria o la substitució de la bateria. No obstant això, el temps de càrrega del vehicle ocupa el temps de funcionament o d'aplicació del vehicle, la qual cosa condueix a una menor utilització del vehicle i fa que sigui menys propici per mantenir l'equiparació de la bateria i allargar la seva vida útil.

El mètode de càrrega-a bord es realitza a través de les línies de connexió del carregador-a bord i de la xarxa-a bord, i la xarxa CAN interna del vehicle elèctric, comunicant-se amb l'amfitrió de gestió de la-bateries a bord per completar el control de càrrega. L'estructura de la comunicació de càrrega-a bord es mostra a la figura 11-16.

Hi ha dues formes de carregadors utilitzats per-la càrrega a bord. Un és el carregador de bord-instal·lat i transportat amb el vehicle, que generalment té poca potència, majoritàriament per sota de 5 kW per a sedans elèctrics, amb un corrent de càrrega petit i un temps de càrrega llarg. És adequat per a vehicles elèctrics que carreguen de nit i s'utilitzen durant el dia. L'altre és el carregador ràpid fora-de bord, que en general garanteix que el vehicle es carregui en 30 minuts, capaç d'afegir prou potència perquè el vehicle pugui viatjar més de 50 km. Els sedans elèctrics que s'han produït requereixen tant una interfície de carregador-a bord com una interfície de carregador ràpid per satisfer les necessitats d'aplicació d'aquests dos tipus de carregadors, la qual cosa significa tenir dues interfícies disposades en paral·lel. La figura 11-17 mostra la interfície de càrrega del vehicle elèctric Nissan Leaf.