Güç aküsü sistemleri için şarj kontrol stratejileri nelerdir?

Güç aküsü sistemleri için şarj kontrol stratejileri nelerdir?

Güç Akü Sistemi Şarj Kontrol Stratejisi

Güç pil paketlerinin-büyük ölçekli entegre uygulaması için, güç pilinin kimyasal ve fiziksel özelliklerini dikkate almanın yanı sıra, pil depolama yöntemini, depolama ortamını, şarj ekipmanı koşullarını, merkezi depolama ve şarjla ilgili güvenlik sorunlarını ve güç şebekesi üzerindeki etkisini de dikkate almak gerekir.

Pek çok faktörün arasında, birincil garanti ve dikkate alınması gereken husus, güç pilinin şarj güvenliği olmalıdır; bu, farklı güç pili türlerine dayalı olarak kişiselleştirilmiş şarj kontrol parametresi önceliklerinin formüle edilmesi ve şarj sırasında sürecin izlenmesi ve kontrol edilmesi anlamına gelir. Güç aküsü yönetim sistemleri ve şarj teknolojisinin mevcut seviyesinde, şarj işlemi sırasında akü sistemindeki bireysel hücrelerin parametrelerini tespit etmek mümkün hale geldi. Bu nedenle şarj güvenliğini sağlamak için bireysel pil hücrelerinin parametreleri mümkün olduğunca izlenmelidir.

Şarj kontrol stratejileri açısından, birleştirilmiş piller ile tek tek hücreler arasında önemli farklılıklar vardır. Şu anda, pil paketindeki ayrı hücrelerin tipik parametrelerine dayalı olarak şarjı kontrol etmek için çoğunlukla Pil Yönetim Sistemi (BMS) ile şarj cihazı arasındaki iletişim yoluyla birden fazla yöntem kullanılmaktadır. Temel kontrol fikri, pil güvenliğini sağlarken pil takımının kullanılabilir kapasitesini en üst düzeye çıkarmaktır. Bireysel akü hücrelerinin parametreleri, şarj güvenliğini sağlamak için son derece önemlidir. Bu nedenle, şarj parametresi kontrol stratejisi sıklıkla şarj parametrelerini aşırı değerlere göre ayarlama yöntemini benimser; bu, farklı pil türlerine göre pil sistemindeki aşırı bireysel hücrelerin parametrelerine odaklanmak anlamına gelir. Elektrikli araçlar genellikle akü paketi içindeki aşırı parametreleri sınırlı aralıkta tutarak genel şarj parametresi ayarlamalarını gerçekleştirmek için güç aküsü sistemi şarj mantığı döngüsü Tablo 11-3 tarafından verilen öncelik ilkesini kullanır.

Örnek olarak bir lityum manganez oksit pil ele alındığında, şarj işlemi sabit akım-sabit voltaj yöntemi kullanılarak gerçekleştirilir. Şarj işlemi sırasında ilk odak noktası, pil paketindeki bireysel hücre voltajının tespit edilmesidir. Herhangi bir hücre voltajı, ayarlanan maksimum izin verilen voltajı (4,25V gibi) aşarsa, bireysel hücre voltajının yükselişini kontrol etmek için toplam şarj limit akımı azaltılmalıdır. Aynı zamanda pil sıcaklığı düzenli aralıklarla tespit edilir. Herhangi bir hücre sıcaklığı pil takımının ortalama sıcaklığını 5 derece aşarsa, şarj limit akımı azaltılarak sıcaklık artış hızı sınırlandırılmalıdır. İyileştirilmiş yönetim ve kontrol altında voltaj sınırının ayarlanması, akünün şarj sıcaklığındaki değişikliklere de dayalı olabilir. Örneğin, pil sıcaklığı daha düşük bir aralıkta olduğunda, pil takımının şarj edilebilir kapasitesini artırmak için şarj voltajının üst sınırı yükseltilir; Akü sıcaklığı daha yüksek bir aralıkta olduğunda akü güvenliğini sağlamak için şarj voltajının üst sınırı düşürülür.

Tablo 11-3 Pil Paketleri için Şarj Parametresi Kontrol Stratejilerinin Önceliği

Güç Akü Sistemi Şarj Yönetim Modu

Şarj stratejisinin uygulanması, pil sistemi ile şarj cihazı arasında etkili veri iletimini ve{0}}gerçek zamanlı parametre değerlendirmesini gerektirir. Akü Yönetim Sistemi (BMS), akü sistemindeki parametreleri toplama görevini tamamlar. Eş zamanlı olarak mevcut akıllı şarj işlemi sırasında şarj cihazı ile haberleşerek şarj işleminin güvenliğini sağlar ve bataryanın etkin kontrolünü sağlar.

Şarj yönetimi modunun temel sistem yapısı Şekil 11-12'de gösterilmektedir.

BMS'nin işlevi, akü durumunun (akü sıcaklığı, bireysel hücre voltajı, çalışma akımı, akü ile şarj yığını arasındaki yalıtım), SOC tahmini, durum analizinin (SOC'nin çok yüksek olup olmadığı, akü sıcaklığının çok yüksek/düşük olup olmadığı, bireysel hücre voltajının çok yüksek/düşük olup olmadığı, akünün sıcaklık artışının çok hızlı olup olmadığı, izolasyonun hatalı olup olmadığı, aşırı akım olup olmadığı, akü tutarlılık analizi, akü paketinde arıza veya iletişim hatası olup olmadığı) çevrimiçi olarak izlenmesini sağlamaktır. vb.) ve gerekli termal yönetimin uygulanması. Şarj cihazının ana görevleri güç dönüşümü, çıkış voltajı ve akımının kapalı-döngülü kontrolü, gerekli koruma ve pil durumunun kapsamlı bir şekilde anlaşılması ve çıkış akımının dinamik olarak ayarlanması için BMS ile iletişimdir. Pil takımının şarj edilmesi gerektiğinde, şarj cihazı çıkışının ana pozitif ve negatif güç hatlarının pil takımına bağlanmasına ek olarak, BMS ile şarj cihazı arasına veri paylaşımı için bir iletişim hattı da eklenir.

Bu şarj modu, Pil Yönetim Sistemi ile şarj cihazı sistemi arasında bir iletişim bağlantısı kurarak veri paylaşımını sağlar. Bu, şarj işlemi boyunca akünün voltajı, sıcaklığı ve yalıtım performansı gibi güvenlikle ilgili parametrelerin akünün şarj kontrolüne ve yönetimine katılmasına olanak tanır. Bu, şarj cihazının pilin durumunu ve bilgilerini tam olarak anlamasına ve şarj akımını buna göre ayarlamasına olanak tanıyarak paket içindeki tüm pillerde aşırı şarjı ve aşırı yüksek sıcaklıkları etkili bir şekilde önleyerek seri-bağlı pil şarjının güvenliğini artırır. Ayrıca, bu şarj modu BMS'nin yönetim ve kontrol fonksiyonlarını iyileştirir, şarjın güvenliğini ve zekasını artırır ve şarj parametrelerini şarj operatörü tarafından ayarlama gibi meşakkatli bir görevi basitleştirerek şarj cihazına daha iyi uyarlanabilirlik sağlar. Bu modda şarj cihazının pil türleri arasında ayrım yapmasına gerek yoktur; Güvenli şarjı sağlamak için yalnızca BMS tarafından sağlanan mevcut talimatı alması gerekir.

Güç Akü Sistemi Şarj Yöntemleri

Farklı çalışma yöntemlerine göre, elektrikli araçlar için güç aküsü şarjı iki yönteme ayrılabilir: yerde şarj ve-araçta şarj.

Yerden Şarj Yöntemi

Aracın ek şarja ihtiyacı olduğunda, şarj edilmesi gereken akü araçtan çıkarılır ve tam şarjlı bir akü takılır. Araç daha sonra çalışmaya veya uygulamaya devam etmek için ayrılır ve çıkarılan akü, yerdeki şarj sistemi kullanılarak tamamlanır. Yerden şarj yönteminin benimsenmesi, akü bakımı, akü ömrünün ve araç kullanım verimliliğinin artırılması açısından faydalıdır ancak araç ve şarj tesisleri/ekipmanı üzerinde daha yüksek talepler doğurur. Yerden şarj ayrıca kutu şarjı ve entegre paket şarjı olarak ikiye ayrılır.

(1)Kutu ŞarjıKutu şarjı sırasında her şarj cihazı, pil paketindeki bir kutu pili şarj eder ve şarj kontrolünü tamamlamak için bitişik pil yönetim birimleriyle iletişim kurar. Bu yöntem, pil paketinin eşitlenmesinin iyileştirilmesi ve servis ömrünün uzatılması açısından faydalıdır. Ancak çok sayıda şarj cihazı, pil takımı ile şarj cihazları arasında çok sayıda bağlantı, karmaşık bir izleme ağı ve daha yüksek maliyet gerektirir. Yapısı Şekil 11-13'te gösterilmektedir ve uygulama teknolojisi gereksinimleri

platformu. Bunların arasında şarj platformu, aracın düşük-güç kaynağıyla tutarlı bir DC güç kaynağına, bir akü depolama rafına, bir şarj cihazı iletişim arayüzü konektörüne, bir şarj cihazı çıkış konektörüne ve bir alarm sensörüne bağlanır. Şarj platformuna tek bir kutu pil yerleştirildiğinde, düşük-voltajlı güç kaynağı, pil yönetim ünitesine güç sağlar. Şarj cihazı ve akü yönetim ünitesi, şarj kontrolünü sağlamak için iletişim kurar ve enerji, şarj cihazı çıkış konektörü aracılığıyla şarj cihazından aküye iletilir. Alarm sensörleri, sıcaklık sensörleri vb. şarj işlemi sırasında-yerinde izleme gerçekleştirir.

Kutu şarjını kullanırken, pil planlama sisteminin tüm pillerin miktarını, kalitesini ve durumunu gerçek-zamanlı olarak izlemesi ve yönetmesi, pil depolama, değiştirme, yeniden-gruplama, pil paketi eşitleme, gerçek kapasite testi ve pil arızalarının acil durum yönetimi gibi işlevleri gerçekleştirmesi gerekir.

(2)Entegre Paket ŞarjıEntegre paket şarjı ile elektrikli araçtan çıkarılan tüm akü kutuları, araçta kullanıldığı şekilde bağlanır. Tüm pil paketini şarj etmek için tek bir şarj cihazı kullanılır ve tüm pil yönetim birimleri, şarj kontrolünü tamamlamak için Pil Yönetim Ana Bilgisayarı ve şarj cihazıyla iletişim kurar. Bu yöntem daha az şarj cihazı gerektirir ve daha basit bir izleme ağına sahiptir, ancak kutu şarj yöntemiyle karşılaştırıldığında pil paketinin dengelemesi daha zayıftır ve servis ömrü daha kısadır. Yapısı Şekil 11-14'te gösterilmektedir.

İki şarj yönteminin karşılaştırması Tablo 11-4'te gösterilmektedir.

Tablo 11-4 İki Şarj Yönteminin Karşılaştırması

Uçakta-Şarj Yöntemi

Aracın ek şarja ihtiyacı olduğunda şarj cihazı şarj fişine bağlanır ve Şekil 11-15'te gösterildiği gibi akü araçtan çıkarılmadan doğrudan şarj edilebilir. Avantajları basit bir şarj işlemi sürecidir ve pilin saklanması, pilin değiştirilmesi gibi işlemleri içermez. Bununla birlikte, araç şarj süresi aracın çalışma veya uygulama süresini kaplar, bu da araç kullanımının azalmasına neden olur ve pil takımının eşitlenmesinin korunmasına ve hizmet ömrünün uzatılmasına daha az yardımcı olur.

Yerleşik-şarj etme yöntemi, yerleşik şarj cihazının ve yerleşik-ağın bağlantı hatları ve elektrikli aracın dahili CAN ağı aracılığıyla, şarj kontrolünü tamamlamak için yerleşik-batarya yönetimi ana bilgisayarıyla iletişim kurarak gerçekleştirilir. Yerleşik-şarj iletişiminin yapısı Şekil 11-16'da gösterilmektedir.

Uçakta şarj için-kullanılan iki tür şarj cihazı vardır. Bunlardan biri,-araçla birlikte takılan ve birlikte taşınan, genellikle düşük güce sahip, çoğunlukla elektrikli sedanlar için 5KW'ın altında, küçük bir şarj akımına ve uzun bir şarj süresine sahip olan yerleşik şarj cihazıdır. Bu, gece şarj olan ve gündüz kullanılan elektrikli araçlar için uygundur. Diğeri ise-araç dışı hızlı şarj cihazıdır; bu şarj cihazı genellikle aracın 30 dakika içinde şarj edilmesini sağlar ve araca 50 km'den fazla yol katetmeye yetecek kadar güç sağlama kapasitesine sahiptir. Üretilen elektrikli sedanlar, bu iki tür şarj cihazının uygulama ihtiyaçlarını karşılamak için hem yerleşik şarj cihazı arayüzüne hem de hızlı şarj cihazı arayüzüne ihtiyaç duyar; bu, paralel olarak düzenlenmiş iki arayüze sahip olmak anlamına gelir. Şekil 11-17, Nissan Leaf elektrikli aracın şarj arayüzünü göstermektedir.