Quali sono le strategie di controllo della carica per i sistemi di batterie di potenza?

Quali sono le strategie di controllo della carica per i sistemi di batterie di potenza?

Strategia di controllo della carica del sistema di alimentazione della batteria

Per l'applicazione integrata su larga-scala dei pacchi batteria, oltre a considerare le proprietà chimiche e fisiche della batteria stessa, è anche necessario considerare il metodo di stoccaggio della batteria, l'ambiente di stoccaggio, le condizioni delle apparecchiature di ricarica, i problemi di sicurezza relativi allo stoccaggio e alla ricarica centralizzati e l'impatto sulla rete elettrica.

Tra i molti fattori, la garanzia e la considerazione principale dovrebbe essere la sicurezza della carica della batteria di alimentazione, il che significa formulare priorità personalizzate dei parametri di controllo della carica in base ai diversi tipi di batterie di alimentazione e monitorare e controllare il processo durante la carica. Allo stato attuale dei sistemi di gestione della batteria e della tecnologia di ricarica è diventato possibile rilevare i parametri delle singole celle del sistema batteria durante il processo di ricarica. Pertanto, per garantire la sicurezza della ricarica, i parametri delle singole celle della batteria dovrebbero essere monitorati il ​​più possibile.

In termini di strategie di controllo della carica, esistono differenze significative tra le batterie assemblate e le singole celle. Attualmente vengono utilizzati molteplici metodi, principalmente attraverso la comunicazione tra il sistema di gestione della batteria (BMS) e il caricabatterie, per controllare la carica in base ai parametri tipici delle singole celle del pacco batteria. L'idea di controllo di base è massimizzare la capacità utilizzabile del pacco batteria garantendo al tempo stesso la sicurezza della batteria. I parametri delle singole celle della batteria sono estremamente importanti per garantire la sicurezza della ricarica. Pertanto, la strategia di controllo dei parametri di carica adotta spesso un metodo di regolazione dei parametri di carica basato su valori estremi, il che significa concentrarsi sui parametri delle singole celle estreme nel sistema di batterie in base ai diversi tipi di batterie. I veicoli elettrici spesso utilizzano il principio di priorità dato dal ciclo logico di carica del sistema della batteria (Tabella 11-3) per eseguire regolazioni generali dei parametri di carica, mantenendo i parametri estremi all'interno del pacco batteria entro un intervallo limitato.

Prendendo come esempio una batteria al litio e ossido di manganese, la ricarica viene eseguita utilizzando il metodo a corrente costante-tensione costante. Durante il processo di ricarica, l'attenzione è innanzitutto rivolta al rilevamento della tensione delle singole celle nella batteria. Se la tensione di una singola cella supera la tensione massima consentita impostata (ad esempio 4,25 V), la corrente limite di carica totale deve essere ridotta per controllare l'aumento della tensione della singola cella. Allo stesso tempo, la temperatura della batteria viene rilevata a intervalli regolari. Se la temperatura di una singola cella supera di 5 gradi la temperatura media del pacco batteria, la corrente limite di carica deve essere ridotta, limitando la velocità di aumento della temperatura. Con una gestione e un controllo raffinati, la regolazione del limite di tensione può anche basarsi sulle variazioni della temperatura di carica della batteria. Ad esempio, quando la temperatura della batteria è inferiore, il limite superiore della tensione di carica viene aumentato per aumentare la capacità caricabile del pacco batteria; quando la temperatura della batteria rientra in un intervallo più elevato, il limite superiore della tensione di carica viene abbassato per garantire la sicurezza della batteria.

Tabella 11-3 Priorità delle strategie di controllo dei parametri di carica per i pacchi batteria

Modalità di gestione della ricarica del sistema di alimentazione della batteria

L'implementazione della strategia di ricarica richiede un'efficace trasmissione dei dati e una valutazione dei parametri in tempo reale-tra il sistema batteria e il caricabatterie. Il Battery Management System (BMS) completa il compito di raccogliere i parametri nel sistema batteria. Allo stesso tempo, durante l'attuale processo di ricarica intelligente, comunicando con il caricabatterie, garantisce la sicurezza del processo di ricarica e ottiene un controllo efficace della batteria.

La struttura di base del sistema della modalità di gestione della ricarica è mostrata nella Figura 11-12.

La funzione del BMS è quella di ottenere il monitoraggio online dello stato della batteria (temperatura della batteria, tensione delle singole celle, corrente di lavoro, isolamento tra la batteria e la pila di ricarica), stima del SOC, analisi dello stato (se il SOC è troppo alto, se la temperatura della batteria è troppo alta/bassa, se la tensione delle singole celle è troppo alta/bassa, l'aumento della temperatura della batteria è troppo veloce, se l'isolamento è difettoso, se c'è sovracorrente, analisi della consistenza della batteria, se il pacco batteria ha guasti o errori di comunicazione, ecc.) ecc.) e implementando la necessaria gestione termica. I compiti principali del caricabatterie sono la conversione della potenza, il controllo-a circuito chiuso della tensione e della corrente in uscita, la protezione necessaria e la comunicazione con il BMS per ottenere una comprensione completa dello stato della batteria e la regolazione dinamica della corrente in uscita. Quando è necessario caricare il pacco batteria, oltre alle principali linee di alimentazione positiva e negativa dell'uscita del caricabatterie che devono essere collegate al pacco batteria, viene aggiunta anche una linea di comunicazione per la condivisione dei dati tra il BMS e il caricabatterie.

Questa modalità di ricarica stabilisce un collegamento di comunicazione tra il sistema di gestione della batteria e il sistema di ricarica, consentendo la condivisione dei dati. Ciò consente ai parametri relativi alla sicurezza, come tensione, temperatura e prestazioni di isolamento della batteria durante tutto il processo di ricarica, di partecipare al controllo e alla gestione della carica della batteria. Ciò consente al caricabatterie di comprendere appieno lo stato e le informazioni della batteria e di regolare di conseguenza la corrente di carica, prevenendo efficacemente il sovraccarico e temperature eccessivamente elevate in tutte le batterie all'interno del pacco, migliorando così la sicurezza della ricarica della batteria collegata in serie-. Inoltre, questa modalità di ricarica migliora le funzioni di gestione e controllo del BMS, migliora la sicurezza e l'intelligenza della ricarica e semplifica il noioso compito di impostare i parametri di ricarica da parte dell'operatore del caricabatterie, conferendo al caricabatterie una migliore adattabilità. In questa modalità, il caricabatterie non ha bisogno di distinguere tra i tipi di batteria; è sufficiente ricevere le istruzioni correnti fornite dal BMS per ottenere una ricarica sicura.

Metodi di ricarica del sistema di alimentazione della batteria

A seconda dei diversi metodi operativi, la ricarica della batteria dei veicoli elettrici può essere suddivisa in due metodi: ricarica a terra e ricarica a bordo.

Metodo di ricarica a terra

Quando il veicolo necessita di una ricarica supplementare, la batteria da ricaricare viene rimossa dal veicolo e viene installata una batteria completamente carica. Il veicolo poi riparte per continuare il funzionamento o l'applicazione e la batteria rimossa viene integrata utilizzando un sistema di ricarica a terra. L’adozione del metodo di ricarica a terra è vantaggiosa per la manutenzione della batteria, migliorando la durata della batteria e l’efficienza di utilizzo del veicolo, ma impone requisiti più elevati al veicolo e alle strutture/attrezzature di ricarica. La ricarica a terra è ulteriormente suddivisa in ricarica box e ricarica pacchetto integrale.

(1)Ricarica della scatolaDurante la ricarica in box, ciascun caricabatterie carica una scatola di batterie nel pacco batterie e comunica con le unità di gestione delle batterie adiacenti per completare il controllo della carica. Questo metodo è utile per migliorare l'equalizzazione del pacco batteria e prolungarne la durata. Tuttavia, richiede un gran numero di caricabatterie, molte connessioni tra il pacco batteria e i caricabatterie, una complessa rete di monitoraggio e costi più elevati. La sua struttura è mostrata nella Figura 11-13 e i suoi requisiti tecnologici applicativi

piattaforma. Tra questi, la piattaforma di ricarica è collegata alla fonte di alimentazione CC compatibile con l'alimentatore a bassa-tensione del veicolo, un rack di stoccaggio della batteria, un connettore dell'interfaccia di comunicazione del caricabatterie, un connettore di uscita del caricabatterie e un sensore di allarme. Quando una singola scatola di batterie viene posizionata sulla piattaforma di ricarica, l'alimentatore a bassa-tensione fornisce alimentazione all'unità di gestione delle batterie. Il caricabatterie e l'unità di gestione della batteria comunicano per ottenere il controllo della carica e l'energia viene trasmessa dal caricabatterie alla batteria attraverso il connettore di uscita del caricabatterie. Sensori di allarme, sensori di temperatura, ecc., realizzano il monitoraggio-in loco durante il processo di ricarica.

Quando si utilizza la ricarica box, il sistema di pianificazione delle batterie deve monitorare e gestire la quantità, la qualità e lo stato di tutte le batterie in tempo reale-, eseguendo funzioni quali conservazione delle batterie, sostituzione, ri-raggruppamento, equalizzazione del pacco batterie, test della capacità effettiva e gestione di emergenza dei guasti delle batterie.

(2)Ricarica del pacchetto integraleCon la ricarica del pacco integrale, tutte le scatole batteria rimosse dal veicolo elettrico sono collegate nello stesso modo in cui vengono utilizzate sul veicolo. Per caricare l'intero pacco batteria viene utilizzato un singolo caricabatterie e tutte le unità di gestione della batteria comunicano con il Battery Management Host e il caricabatterie per completare il controllo della carica. Questo metodo richiede meno caricabatterie e dispone di una rete di monitoraggio più semplice, ma rispetto al metodo di ricarica in scatola, l'equalizzazione della batteria è inferiore e la durata è più breve. La sua struttura è mostrata nella Figura 11-14.

Un confronto tra i due metodi di ricarica è mostrato nella Tabella 11-4.

Tabella 11-4 Confronto tra i due metodi di addebito

Metodo di ricarica-a bordo

Quando il veicolo necessita di una ricarica supplementare, il caricabatterie è collegato alla presa di ricarica e la batteria può essere caricata direttamente senza essere rimossa dal veicolo, come mostrato nella Figura 11-15. I suoi vantaggi sono un semplice processo di ricarica e non comporta processi come lo stoccaggio o la sostituzione della batteria. Tuttavia, il tempo di ricarica del veicolo occupa il tempo di funzionamento o di applicazione del veicolo, portando a un minore utilizzo del veicolo e rendendolo meno favorevole al mantenimento dell'equalizzazione del pacco batteria e al prolungamento della sua durata.

Il-metodo di ricarica a bordo viene condotto attraverso le linee di connessione del-caricabatterie di bordo e della rete di bordo-e la rete CAN interna del veicolo elettrico, comunicando con l'host di gestione della batteria di bordo-per completare il controllo della carica. La struttura della comunicazione di ricarica a bordo- è mostrata nella Figura 11-16.

Esistono due tipi di caricabatterie utilizzati per la ricarica a bordo-. Uno è il-caricabatterie di bordo installato e portato con il veicolo, che generalmente ha una potenza ridotta, per lo più inferiore a 5 kW per le berline elettriche, con una corrente di carica ridotta e un tempo di ricarica lungo. Questo è adatto per i veicoli elettrici che si ricaricano di notte e vengono utilizzati durante il giorno. L'altro è il-caricatore rapido esterno, che generalmente garantisce che il veicolo venga ricaricato entro 30 minuti, in grado di aggiungere energia sufficiente affinché il veicolo possa percorrere oltre 50 km. Le berline elettriche che sono state prodotte richiedono sia un'interfaccia per caricabatterie di bordo-che un'interfaccia per caricabatterie rapido per soddisfare le esigenze applicative di questi due tipi di caricabatterie, il che significa avere due interfacce disposte in parallelo. La Figura 11-17 mostra l'interfaccia di ricarica del veicolo elettrico Nissan Leaf.