Các chiến lược kiểm soát sạc cho hệ thống pin điện là gì?

Các chiến lược kiểm soát sạc cho hệ thống pin điện là gì?

Chiến lược kiểm soát sạc hệ thống pin điện

Đối với-ứng dụng tích hợp quy mô lớn của bộ pin điện, ngoài việc xem xét các đặc tính hóa học và vật lý của chính pin điện, cũng cần phải xem xét phương pháp bảo quản pin, môi trường bảo quản, điều kiện thiết bị sạc, các vấn đề an toàn liên quan đến việc lưu trữ và sạc tập trung cũng như tác động lên lưới điện.

Trong số nhiều yếu tố, sự đảm bảo và cân nhắc chính phải là độ an toàn khi sạc của pin điện, nghĩa là xây dựng các ưu tiên thông số kiểm soát sạc được cá nhân hóa dựa trên các loại pin điện khác nhau cũng như giám sát và kiểm soát quá trình trong khi sạc. Ở cấp độ hiện tại của hệ thống quản lý pin và công nghệ sạc, người ta có thể phát hiện các thông số của từng ô trong hệ thống pin trong quá trình sạc. Vì vậy, để đảm bảo an toàn khi sạc, các thông số của từng cell pin cần được theo dõi càng nhiều càng tốt.

Về chiến lược kiểm soát sạc, có sự khác biệt đáng kể giữa pin được lắp ráp và pin riêng lẻ. Hiện tại, nhiều phương pháp được sử dụng, chủ yếu thông qua giao tiếp giữa Hệ thống quản lý pin (BMS) và bộ sạc, để kiểm soát quá trình sạc dựa trên các thông số điển hình của từng ô trong bộ pin. Ý tưởng điều khiển cơ bản là tối đa hóa công suất sử dụng của bộ pin đồng thời đảm bảo an toàn cho pin. Các thông số của từng cell pin là cực kỳ quan trọng để đảm bảo an toàn khi sạc. Do đó, chiến lược kiểm soát tham số sạc thường áp dụng phương pháp điều chỉnh các tham số sạc dựa trên các giá trị cực trị, nghĩa là tập trung vào các tham số của từng ô cực trị trong hệ thống pin theo các loại pin khác nhau. Xe điện thường sử dụng nguyên tắc ưu tiên được đưa ra bởi chu trình logic sạc của hệ thống pin điện Bảng 11-3 để thực hiện điều chỉnh thông số sạc tổng thể, giữ các thông số cực đoan trong bộ pin trong phạm vi giới hạn.

Lấy pin lithium mangan oxit làm ví dụ, quá trình sạc được thực hiện bằng phương pháp điện áp không đổi-dòng điện không đổi. Trong quá trình sạc, trọng tâm đầu tiên là phát hiện điện áp của từng tế bào trong bộ pin. Nếu bất kỳ điện áp tế bào riêng lẻ nào vượt quá điện áp tối đa cho phép đã đặt (chẳng hạn như 4,25V), thì tổng dòng giới hạn sạc phải giảm để kiểm soát sự gia tăng của điện áp tế bào riêng lẻ. Đồng thời, nhiệt độ pin được phát hiện đều đặn. Nếu bất kỳ nhiệt độ tế bào riêng lẻ nào vượt quá nhiệt độ trung bình của bộ pin 5 độ, thì nên giảm dòng điện giới hạn sạc, hạn chế tốc độ tăng nhiệt độ. Dưới sự quản lý và kiểm soát tinh tế, việc điều chỉnh giới hạn điện áp cũng có thể dựa trên những thay đổi về nhiệt độ sạc của pin. Ví dụ: khi nhiệt độ pin ở mức thấp hơn, giới hạn trên của điện áp sạc sẽ được nâng lên để tăng khả năng sạc của bộ pin; khi nhiệt độ pin ở phạm vi cao hơn, giới hạn trên của điện áp sạc sẽ được hạ xuống để đảm bảo an toàn cho pin.

Bảng 11-3 Mức độ ưu tiên của chiến lược kiểm soát thông số sạc cho bộ pin

Nguồn điện Hệ thống pin Chế độ quản lý sạc

Việc triển khai chiến lược sạc đòi hỏi phải truyền dữ liệu hiệu quả và đánh giá thông số theo thời gian thực- giữa hệ thống pin và bộ sạc. Hệ thống quản lý pin (BMS) hoàn thành nhiệm vụ thu thập các thông số trong hệ thống pin. Đồng thời, trong quá trình sạc thông minh hiện nay, bằng cách giao tiếp với bộ sạc, nó sẽ đảm bảo an toàn cho quá trình sạc và đạt được khả năng kiểm soát pin hiệu quả.

Cấu trúc hệ thống cơ bản của chế độ quản lý sạc được hiển thị trong Hình 11-12.

Chức năng của BMS là giám sát trực tuyến trạng thái pin (nhiệt độ pin, điện áp từng pin, dòng điện làm việc, cách điện giữa pin và cọc sạc), ước tính SOC, phân tích trạng thái (sOC có quá cao hay không, nhiệt độ pin có quá cao/thấp, điện áp từng pin có quá cao/thấp, nhiệt độ của pin tăng quá nhanh, cách điện có bị lỗi hay không, có quá dòng hay không, phân tích tính nhất quán của pin, liệu bộ pin có lỗi hay lỗi giao tiếp hay không, v.v.) và thực hiện quản lý nhiệt cần thiết. Nhiệm vụ chính của bộ sạc là chuyển đổi nguồn điện, điều khiển-vòng kín điện áp và dòng điện đầu ra, bảo vệ cần thiết và liên lạc với BMS để hiểu biết toàn diện về trạng thái pin và điều chỉnh động dòng điện đầu ra. Khi cần sạc bộ pin, ngoài các đường dây điện dương và âm chính của đầu ra của bộ sạc cần được kết nối với bộ pin, một đường dây liên lạc để chia sẻ dữ liệu cũng được bổ sung giữa BMS và bộ sạc.

Chế độ sạc này thiết lập liên kết giao tiếp giữa Hệ thống quản lý pin và hệ thống sạc, cho phép chia sẻ dữ liệu. Điều này cho phép các thông số liên quan đến an toàn, chẳng hạn như điện áp, nhiệt độ và hiệu suất cách điện của pin trong suốt quá trình sạc, tham gia vào việc quản lý và kiểm soát việc sạc pin. Điều này cho phép bộ sạc hiểu đầy đủ trạng thái và thông tin của pin, đồng thời điều chỉnh dòng sạc phù hợp, ngăn chặn hiệu quả việc sạc quá mức và nhiệt độ quá cao ở tất cả các pin trong gói, từ đó cải thiện sự an toàn của việc sạc pin được kết nối nối tiếp. Hơn nữa, chế độ sạc này cải thiện chức năng quản lý và điều khiển của BMS, nâng cao tính an toàn và thông minh của quá trình sạc, đồng thời đơn giản hóa công việc tẻ nhạt là cài đặt các thông số sạc của người vận hành bộ sạc, giúp bộ sạc có khả năng thích ứng tốt hơn. Ở chế độ này, bộ sạc không cần phân biệt loại pin; nó chỉ cần nhận được hướng dẫn hiện tại do BMS cung cấp để đạt được mức sạc an toàn.

Nguồn điện Hệ thống pin Phương pháp sạc

Theo các phương pháp vận hành khác nhau, việc sạc pin điện cho xe điện có thể được chia thành hai phương pháp: sạc trên mặt đất và-sạc trên xe.

Phương pháp sạc mặt đất

Khi xe cần sạc bổ sung, ắc quy cần sạc sẽ được tháo ra khỏi xe và lắp ắc quy đã sạc đầy. Sau đó, chiếc xe sẽ rời đi để tiếp tục vận hành hoặc sử dụng, và pin đã tháo ra sẽ được bổ sung bằng hệ thống sạc mặt đất. Việc áp dụng phương pháp sạc nối đất có lợi cho việc bảo trì ắc quy, nâng cao tuổi thọ ắc quy và hiệu quả sử dụng phương tiện, nhưng nó đặt ra yêu cầu cao hơn đối với phương tiện và thiết bị/thiết bị sạc. Sạc mặt đất được chia thành sạc hộp và sạc gói tích hợp.

(1)Hộp sạcTrong quá trình sạc hộp, mỗi bộ sạc sẽ sạc một hộp pin trong bộ pin và liên lạc với các bộ quản lý pin liền kề để hoàn thành việc kiểm soát sạc. Phương pháp này có lợi cho việc cải thiện sự cân bằng của bộ pin và kéo dài tuổi thọ của nó. Tuy nhiên, nó đòi hỏi số lượng lớn bộ sạc, nhiều kết nối giữa bộ pin và bộ sạc, mạng giám sát phức tạp và chi phí cao hơn. Cấu trúc của nó được thể hiện trong Hình 11-13.và các yêu cầu công nghệ ứng dụng của nó

nền tảng. Trong số đó, bệ sạc được kết nối với nguồn điện DC phù hợp với nguồn điện áp thấp{1}}của xe, giá đựng ắc quy, đầu nối giao diện giao tiếp của bộ sạc, đầu nối đầu ra của bộ sạc và cảm biến cảnh báo. Khi một hộp pin được đặt trên bệ sạc, nguồn điện áp-thấp sẽ cung cấp năng lượng cho bộ quản lý pin. Bộ sạc và bộ quản lý pin giao tiếp với nhau để đạt được khả năng kiểm soát sạc và năng lượng được truyền từ bộ sạc đến pin thông qua đầu nối đầu ra của bộ sạc. Cảm biến cảnh báo, cảm biến nhiệt độ, v.v. thực hiện giám sát tại chỗ-trong quá trình sạc.

Khi sử dụng sạc hộp, hệ thống lập lịch pin cần giám sát và quản lý số lượng, chất lượng và trạng thái của tất cả pin theo thời gian thực-, thực hiện các chức năng như lưu trữ pin, thay thế, nhóm lại, cân bằng bộ pin, kiểm tra dung lượng thực tế và xử lý khẩn cấp các lỗi về pin.

(2)Sạc gói tích hợpVới bộ sạc tích hợp, tất cả các hộp pin được tháo ra khỏi xe điện đều được kết nối theo cách chúng được sử dụng trên xe. Một bộ sạc duy nhất được sử dụng để sạc toàn bộ bộ pin và tất cả các bộ phận quản lý pin đều giao tiếp với Máy chủ quản lý pin và bộ sạc để hoàn tất việc kiểm soát sạc. Phương pháp này yêu cầu ít bộ sạc hơn và có mạng giám sát đơn giản hơn, nhưng so với phương pháp sạc hộp, khả năng cân bằng của bộ pin kém hơn và tuổi thọ sử dụng ngắn hơn. Cấu trúc của nó được thể hiện trong Hình 11-14.

Bảng so sánh hai phương pháp sạc được trình bày trong Bảng 11-4.

Bảng 11-4 So sánh hai phương pháp sạc

Phương thức sạc-trên máy bay

Khi xe cần sạc bổ sung, bộ sạc được kết nối với phích cắm sạc và ắc quy có thể được sạc trực tiếp mà không cần tháo ra khỏi xe, như trong Hình 11-15. Ưu điểm của nó là quy trình vận hành sạc đơn giản và không liên quan đến các quy trình như lưu trữ pin hoặc thay pin. Tuy nhiên, thời gian sạc của xe chiếm thời gian vận hành hoặc sử dụng của xe, dẫn đến mức độ sử dụng xe thấp hơn và khiến việc duy trì sự cân bằng của bộ pin và kéo dài tuổi thọ sử dụng của xe trở nên kém thuận lợi hơn.

Phương thức-sạc trên xe được thực hiện thông qua các đường kết nối của bộ-bộ sạc trên xe và mạng-trên xe cũng như mạng CAN bên trong của xe điện, giao tiếp với-máy chủ quản lý pin trên xe để hoàn tất việc kiểm soát sạc. Cấu trúc của giao tiếp sạc trên bo mạch-được hiển thị trong Hình 11-16.

Có hai dạng bộ sạc được sử dụng để-sạc trên máy bay. Một là bộ sạc-trên xe được lắp và mang theo trên xe, thường có công suất thấp, hầu hết dưới 5KW đối với xe sedan điện, dòng sạc nhỏ và thời gian sạc lâu. Điều này phù hợp cho các loại xe điện sạc vào ban đêm và sử dụng vào ban ngày. Loại còn lại là bộ sạc nhanh-có sẵn, thường đảm bảo xe được sạc trong vòng 30 phút, có khả năng bổ sung đủ năng lượng để xe đi được quãng đường hơn 50 km. Những chiếc sedan chạy điện đã được sản xuất đòi hỏi cả giao diện bộ sạc tích hợp và giao diện bộ sạc nhanh để đáp ứng nhu cầu ứng dụng của hai loại bộ sạc này, nghĩa là có hai giao diện được bố trí song song. Hình 11-17 thể hiện giao diện sạc của xe điện Nissan Leaf.