מהן אסטרטגיות בקרת הטעינה עבור מערכות סוללות חשמל?

מהן אסטרטגיות בקרת הטעינה עבור מערכות סוללות חשמל?

אסטרטגיית בקרת טעינת מערכת סוללות כוח

עבור היישום המשולב בקנה מידה גדול של ערכות סוללות כוח, בנוסף להתחשבות בתכונות הכימיות והפיזיקליות של סוללת החשמל עצמה, יש צורך לשקול גם את שיטת אחסון הסוללה, סביבת האחסון, תנאי ציוד הטעינה, בעיות בטיחות הקשורות לאחסון וטעינה מרכזיים, וההשפעה על רשת החשמל.

בין גורמים רבים, הערובה והשיקול העיקריים צריכים להיות בטיחות הטעינה של סוללת החשמל, שמשמעותה גיבוש פרמטרי בקרת טעינה מותאמים אישית המבוססים על סוגים שונים של סוללות חשמל וניטור ובקרה על התהליך במהלך הטעינה. ברמה הנוכחית של מערכות ניהול הסוללה וטכנולוגיית הטעינה, ניתן היה לזהות את הפרמטרים של תאים בודדים במערכת הסוללה במהלך תהליך הטעינה. לכן, כדי להבטיח את בטיחות הטעינה, יש לנטר את הפרמטרים של תאי סוללה בודדים ככל האפשר.

מבחינת אסטרטגיות בקרת טעינה, ישנם הבדלים משמעותיים בין סוללות מורכבות לתאים בודדים. נכון להיום, נעשה שימוש במספר שיטות, בעיקר באמצעות תקשורת בין מערכת ניהול הסוללות (BMS) למטען, כדי לשלוט בטעינה על סמך הפרמטרים האופייניים של התאים הבודדים בחבילת הסוללות. רעיון הבקרה הבסיסי הוא למקסם את הקיבולת השמישה של ערכת הסוללות תוך הבטחת בטיחות הסוללה. הפרמטרים של תאי סוללה בודדים חשובים ביותר להבטחת בטיחות הטעינה. לכן, אסטרטגיית בקרת פרמטרי הטעינה נוקטת פעמים רבות בשיטה של ​​התאמת פרמטרי טעינה על סמך ערכים קיצוניים, כלומר התמקדות בפרמטרים של התאים הבודדים הקיצוניים במערכת הסוללה לפי סוגי סוללות שונים. כלי רכב חשמליים משתמשים לעתים קרובות בעקרון העדיפות שניתן על ידי מחזור הטעינה של מערכת הסוללה החשמלית טבלה 11-3 כדי לבצע התאמות כוללות של פרמטרי טעינה, תוך שמירה על הפרמטרים הקיצוניים בתוך ערכת הסוללות בטווח המוגבל.

אם ניקח כדוגמה סוללת ליתיום מנגן אוקסיד, הטעינה מתבצעת בשיטת -המתח הקבוע של זרם קבוע. במהלך תהליך הטעינה, ההתמקדות הראשונה היא בזיהוי מתח התא הבודד בחבילת הסוללות. אם מתח תא בודד חורג מהמתח המרבי המותר שהוגדר (כגון 4.25V), יש להפחית את זרם מגבלת הטעינה הכולל כדי לשלוט בעליית מתח התא הבודד. במקביל, טמפרטורת הסוללה מזוהה במרווחי זמן קבועים. אם טמפרטורת תא בודדת עולה על הטמפרטורה הממוצעת של ערכת הסוללות ב-5 מעלות, יש להפחית את זרם מגבלת הטעינה, להגביל את קצב עליית הטמפרטורה. בניהול ובקרה מעודנים, התאמת מגבלת המתח יכולה להתבסס גם על השינויים בטמפרטורת הטעינה של הסוללה. לדוגמה, כאשר טמפרטורת הסוללה נמצאת בטווח נמוך יותר, הגבול העליון של מתח הטעינה מועלה כדי להגדיל את קיבולת הטעינה של ערכת הסוללות; כאשר טמפרטורת הסוללה נמצאת בטווח גבוה יותר, הגבול העליון של מתח הטעינה מונמך כדי להבטיח את בטיחות הסוללה.

טבלה 11-3 עדיפות של אסטרטגיות בקרת פרמטר טעינה עבור ערכות סוללות

מצב ניהול טעינת מערכת סוללות מתח

היישום של אסטרטגיית הטעינה דורש העברת נתונים יעילה-שיפוט פרמטרים בזמן אמת בין מערכת הסוללות והמטען. מערכת ניהול הסוללות (BMS) משלימה את משימת איסוף הפרמטרים במערכת הסוללות. במקביל, במהלך תהליך הטעינה החכמה הנוכחית, על ידי תקשורת עם המטען, היא מבטיחה את בטיחות תהליך הטעינה ומשיגה שליטה יעילה בסוללה.

מבנה המערכת הבסיסי של מצב ניהול הטעינה מוצג באיור 11-12.

תפקיד ה-BMS הוא להשיג ניטור מקוון של מצב הסוללה (טמפרטורת הסוללה, מתח תא בודד, זרם עבודה, בידוד בין הסוללה לערימת הטעינה), הערכת SOC, ניתוח מצב (האם ה-SOC גבוה מדי, האם טמפרטורת הסוללה גבוהה/נמוכה מדי, האם מתח התא הבודד גבוה/נמוך מדי, עליית הטמפרטורה של הסוללה תקינה מדי, האם יש תקלה מהירה מדי, ניתוח, האם בחבילת הסוללות יש תקלות, או תקלות תקשורת וכו') ויישום ניהול תרמי הכרחי. המשימות העיקריות של המטען הן המרת הספק, בקרת-לולאה סגורה של מתח המוצא והזרם, הגנה הכרחית ותקשורת עם ה-BMS כדי להשיג הבנה מקיפה של מצב הסוללה והתאמה דינמית של זרם המוצא. כאשר יש צורך להטעין את ערכת הסוללות, בנוסף לקווי החשמל החיובי והשלילי הראשי של יציאת המטען שצריכים להיות מחוברים לחבילת הסוללות, נוסף גם קו תקשורת לשיתוף נתונים בין ה-BMS למטען.

מצב טעינה זה יוצר קישור תקשורת בין מערכת ניהול הסוללות למערכת המטען, ומאפשר שיתוף נתונים. זה מאפשר לפרמטרים הקשורים לבטיחות, כגון מתח, טמפרטורה וביצועי בידוד של הסוללה לאורך תהליך הטעינה, להשתתף בבקרת הטעינה וניהול הסוללה. זה מאפשר למטען להבין במלואו את מצב הסוללה והמידע, ולהתאים את זרם הטעינה בהתאם, ולמנוע למעשה טעינת יתר וטמפרטורות גבוהות מדי בכל הסוללות בחבילה, ובכך לשפר את הבטיחות של טעינת סוללה מחוברת-סדרתית. יתר על כן, מצב טעינה זה משפר את פונקציות הניהול והבקרה של ה-BMS, משפר את הבטיחות והאינטליגנציה של הטעינה, ומפשט את המשימה המייגעת של קביעת פרמטרי טעינה על ידי מפעיל המטען, מה שמעניק למטען יכולת הסתגלות טובה יותר. במצב זה, המטען אינו צריך להבחין בין סוגי הסוללות; הוא רק צריך לקבל את ההוראה הנוכחית שמסופקת על ידי ה-BMS כדי להשיג טעינה בטוחה.

שיטות טעינה של מערכת סוללות כוח

על פי שיטות הפעלה שונות, ניתן לחלק את טעינת הסוללה של כלי רכב חשמליים לשתי שיטות: טעינה על הקרקע וטעינה-על הלוח.

שיטת טעינה קרקעית

כאשר הרכב זקוק לטעינה משלימה, הסוללה הדורשת טעינה מוסרת מהרכב, ומותקנת מצבר טעונה במלואה. לאחר מכן הרכב יוצא להמשך פעולה או יישום, והסוללה שהוסרה מתווספת באמצעות מערכת טעינה קרקעית. אימוץ שיטת הטעינה הקרקעית מועיל לתחזוקת המצבר, שיפור תוחלת חיי המצבר ויעילות השימוש ברכב, אך הוא מציב דרישות גבוהות יותר לרכב ולמתקני/ציוד הטעינה. הטעינה הקרקעית מחולקת עוד יותר לטעינת קופסה וטעינת חבילה אינטגרלית.

(1)טעינת קופסהבמהלך טעינת הקופסה, כל מטען טוען קופסה אחת של סוללות בחבילת הסוללות ומתקשר עם יחידות ניהול הסוללה הסמוכות להשלמת בקרת הטעינה. שיטה זו מועילה לשיפור ההשוואה של ערכת הסוללות ולהארכת חיי השירות שלה. עם זאת, הוא דורש מספר רב של מטענים, חיבורים רבים בין ערכת הסוללות למטענים, רשת ניטור מורכבת ועלות גבוהה יותר. המבנה שלו מוצג באיור 11-13.ודרישות טכנולוגיית היישום שלו

פּלַטפוֹרמָה. ביניהם, פלטפורמת הטעינה מחוברת למקור המתח של DC בהתאם לאספקת המתח הנמוכה-של הרכב, מתלה לאחסון סוללות, מחבר ממשק תקשורת מטען, מחבר פלט מטען וחיישן אזעקה. כאשר קופסת סוללות יחידה מונחת על פלטפורמת הטעינה, ספק המתח הנמוך- מספק חשמל ליחידת ניהול הסוללה. המטען ויחידת ניהול הסוללה מתקשרים כדי להשיג בקרת טעינה, והאנרגיה מועברת מהמטען לסוללה דרך מחבר יציאת המטען. חיישני אזעקה, חיישני טמפרטורה וכו', מממשים-ניטור באתר במהלך תהליך הטעינה.

בעת שימוש בטעינת קופסה, מערכת תזמון הסוללות צריכה לנטר ולנהל את הכמות, האיכות והסטטוס של כל הסוללות בזמן אמת-, ולבצע פונקציות כגון אחסון סוללה, החלפה, קיבוץ מחדש, השוואת ערכת סוללות, בדיקת קיבולת בפועל וטיפול חירום בתקלות סוללה.

(2)טעינת חבילה אינטגרליתעם טעינת חבילה אינטגרלית, כל קופסאות המצברים שהוסרו מהרכב החשמלי מחוברות באופן שבו הם משמשים ברכב. מטען יחיד משמש לטעינת כל ערכת הסוללות, וכל יחידות ניהול הסוללה מתקשרות עם מארח ניהול הסוללות והמטען כדי להשלים את בקרת הטעינה. שיטה זו דורשת פחות מטענים ויש לה רשת ניטור פשוטה יותר, אך בהשוואה לשיטת הטעינה בקופסה, השוויון של ערכת הסוללות גרוע יותר, וחיי השירות קצרים יותר. המבנה שלו מוצג באיור 11-14.

השוואה בין שתי שיטות הטעינה מוצגת בטבלה 11-4.

טבלה 11-4 השוואה בין שתי שיטות הטעינה

שיטת טעינה-בלוח

כאשר הרכב זקוק לטעינה משלימה, המטען מחובר לתקע הטעינה, וניתן להטעין את המצבר ישירות מבלי להסירו מהרכב, כפי שמוצג באיור 11-15. היתרונות שלו הם תהליך פעולת טעינה פשוט והוא אינו כרוך בתהליכים כמו אחסון סוללה או החלפת סוללה. עם זאת, זמן הטעינה של הרכב תופס את זמן הפעולה או היישום של הרכב, מה שמוביל לניצול נמוך יותר של הרכב והופך אותו לפחות תורם לשמירה על השוויון של ערכת המצברים ולהארכת חיי השירות שלו.

שיטת הטעינה-על הסיפון מתבצעת דרך קווי החיבור של המטען-של-הרשת, ורשת ה-CAN הפנימית של הרכב החשמלי, תוך תקשורת עם מארח ניהול הסוללה-בלוח כדי להשלים את בקרת הטעינה. המבנה של תקשורת הטעינה-בלוח מוצג באיור 11-16.

ישנן שתי צורות של מטענים המשמשות לטעינה-בלוח. האחד הוא המטען- המותקן ונשא עם הרכב, שבדרך כלל יש לו הספק נמוך, לרוב מתחת ל-5KW עבור מכוניות סדאן חשמליות, עם זרם טעינה קטן וזמן טעינה ארוך. זה מתאים לכלי רכב חשמליים הנטענים בלילה ומשמשים במהלך היום. השני הוא המטען המהיר-, שבדרך כלל מבטיח שהרכב נטען תוך 30 דקות, המסוגל להוסיף מספיק כוח כדי שהרכב יעבור יותר מ-50 ק"מ. מכוניות סדאן חשמליות שיוצרו דורשות גם ממשק מטען-בלוח וגם ממשק מטען מהיר כדי לענות על צורכי האפליקציה של שני סוגי המטענים האלה, כלומר שני ממשקים מסודרים במקביל. איור 11-17 מציג את ממשק הטעינה של הרכב החשמלי של ניסאן ליף.