パワーバッテリーシステムの充電制御戦略は何ですか?

パワーバッテリーシステムの充電制御戦略は何ですか?

パワーバッテリーシステムの充電制御戦略

動力電池パックの大規模統合用途では、動力電池自体の化学的および物理的特性を考慮することに加えて、電池の保管方法、保管環境、充電設備の条件、集中保管と充電に関連する安全上の問題、電力網への影響も考慮する必要があります。-

多くの要素の中でも、主に保証および考慮すべきは、パワーバッテリーの充電の安全性です。これは、さまざまな種類のパワーバッテリーに基づいて個別の充電制御パラメータの優先順位を策定し、充電中のプロセスを監視および制御することを意味します。現在のパワーバッテリー管理システムと充電技術のレベルでは、充電プロセス中にバッテリーシステム内の個々のセルのパラメーターを検出することが可能になっています。したがって、充電の安全性を確保するには、個々のバッテリーセルのパラメータを可能な限り監視する必要があります。

充電制御戦略に関しては、組電池と個々のセルの間には大きな違いがあります。現在、バッテリー パック内の個々のセルの一般的なパラメーターに基づいて充電を制御するために、主にバッテリー管理システム (BMS) と充電器の間の通信を通じて、複数の方法が使用されています。基本的な制御の考え方は、バッテリーの安全性を確保しながら、バッテリーパックの使用可能な容量を最大化することです。個々のバッテリーセルのパラメーターは、充電の安全性を確保するために非常に重要です。したがって、充電パラメータ制御戦略では、極値に基づいて充電パラメータを調整する方法がよく採用されます。これは、異なるバッテリタイプに応じて、バッテリシステム内の極端な個々のセルのパラメータに焦点を当てることを意味します。電気自動車は多くの場合、パワーバッテリーシステムの充電ロジックサイクル表 11-3 によって与えられる優先原則を使用して全体的な充電パラメーター調整を実行し、バッテリーパック内の極端なパラメーターを限られた範囲内に保ちます。

リチウムマンガン酸化物電池を例にとると、充電は定電流-定電圧方式で行われます。充電プロセス中、最初に焦点を当てるのは、バッテリー パック内の個々のセル電圧の検出です。個々のセル電圧が設定された最大許容電圧 (4.25V など) を超える場合は、個々のセル電圧の上昇を制御するために総充電制限電流を下げる必要があります。同時にバッテリー温度を定期的に検出します。個々のセルの温度がバッテリー パックの平均温度を 5 度超える場合は、充電制限電流を下げて温度上昇率を制限する必要があります。洗練された管理と制御の下では、バッテリーの充電温度の変化に基づいて電圧制限を調整することもできます。例えば、電池温度が低い場合には、充電電圧の上限を上げて電池パックの充電可能容量を増加させる。バッテリー温度が高い範囲にある場合、バッテリーの安全性を確保するために充電電圧の上限が低くなります。

表 11-3 バッテリパックの充電パラメータ制御戦略の優先順位

パワーバッテリーシステム充電管理モード

充電戦略の実装には、バッテリー システムと充電器間の効果的なデータ送信とリアルタイムのパラメータ判断が必要です。{0}バッテリー管理システム (BMS) は、バッテリー システムのパラメーターを収集するタスクを完了します。同時に、現在のスマート充電プロセス中に、充電器と通信することで、充電プロセスの安全性を確保し、バッテリーの効果的な制御を実現します。

充電管理モードの基本的なシステム構成を図 11-12 に示します。

BMS の機能は、バッテリー状態 (バッテリー温度、個々のセル電圧、動作電流、バッテリーと充電パイル間の絶縁)、SOC 推定、状態分析 (SOC が高すぎるかどうか、バッテリー温度が高すぎるか低すぎるか、個々のセル電圧が高すぎるか低すぎるか、バッテリーの温度上昇が速すぎるか、絶縁に欠陥があるかどうか、過電流があるかどうか、バッテリーの一貫性分析、バッテリーパックに障害があるかどうか、通信障害があるかどうか) のオンライン監視を実現することです。等）必要な熱管理を実施します。充電器の主なタスクは、電力変換、出力電圧と電流の閉ループ制御、必要な保護、バッテリー状態の包括的な理解と出力電流の動的調整を達成するための BMS との通信です。-バッテリーパックを充電する必要がある場合、充電器の出力の主な正および負の電力線をバッテリーパックに接続する必要があることに加えて、データ共有のための通信線もBMSと充電器の間に追加されます。

この充電モードでは、バッテリー管理システムと充電器システムの間に通信リンクが確立され、データ共有が可能になります。これにより、充電プロセス全体を通じてバッテリーの電圧、温度、絶縁性能などの安全性に関連するパラメータをバッテリーの充電制御および管理に参加させることができます。これにより、充電器はバッテリーの状態と情報を完全に理解し、それに応じて充電電流を調整することができ、パック内のすべてのバッテリーの過充電と過度の高温を効果的に防ぎ、直列接続されたバッテリーの充電の安全性が向上します。-さらに、この充電モードは、BMS の管理および制御機能を改善し、充電の安全性とインテリジェンスを強化し、充電器オペレータによる充電パラメータの設定という面倒な作業を簡素化し、充電器の適応性を高めます。このモードでは、充電器はバッテリーの種類を区別する必要がありません。安全な充電を実現するには、BMS によって提供される電流指示を受信するだけで済みます。

パワーバッテリーシステムの充電方法

さまざまな操作方法に応じて、電気自動車のパワーバッテリーの充電は地上充電と車上充電の 2 つの方法に分けることができます。-

地上充電方式

車両に補充電が必要な場合には、充電が必要なバッテリを車両から取り外し、満充電されたバッテリを搭載する。その後、車両は運転またはアプリケーションを継続するために出発し、取り外されたバッテリーは地上充電システムを使用して補充されます。地上充電方式の採用は、バッテリーのメンテナンス、バッテリー寿命の向上、車両の使用効率の向上に有利ですが、車両や充電設備・機器への要求が高くなります。地上充電は、さらにボックス充電と一体型パック充電に分類されます。

(1)ボックス充電ボックス充電中、各充電器はバッテリー パック内の 1 ボックスのバッテリーを充電し、隣接するバッテリー管理ユニットと通信して充電制御を完了します。この方法は、バッテリーパックの均等化を改善し、その耐用年数を延ばすのに有益です。ただし、多数の充電器、バッテリー パックと充電器間の多数の接続、複雑な監視ネットワークが必要となり、コストが高くなります。その構造を図 11-13 に示します。およびそのアプリケーション技術要件は次のとおりです。

プラットフォーム。このうち、充電プラットフォームは、車両の低電圧電源と一致する DC 電源、バッテリ保管ラック、充電器通信インターフェース コネクタ、充電器出力コネクタ、アラーム センサーに接続されています。- 1 つの電池ボックスを充電プラットフォームに置くと、低電圧電源装置が電池管理ユニットに電力を供給します。-充電器とバッテリ管理ユニットは通信して充電制御を実現し、エネルギーは充電器出力コネクタを介して充電器からバッテリに伝送されます。アラームセンサー、温度センサーなどにより、充電プロセス中の現場監視が実現します。-

ボックス充電を使用する場合、バッテリー スケジュール システムは、すべてのバッテリーの量、品質、状態をリアルタイムで監視および管理し、バッテリーの保管、交換、再グループ化、バッテリー パックの均等化、実際の容量テスト、バッテリー障害の緊急処理などの機能を実行する必要があります。{0}{1}{1}}

(2)一体型パック充電一体型パック充電では、電気自動車から取り外されたすべてのバッテリー ボックスが、自動車で使用されている方法で接続されます。単一の充電器を使用してバッテリ パック全体を充電し、すべてのバッテリ管理ユニットがバッテリ管理ホストおよび充電器と通信して充電制御を完了します。この方法は、必要な充電器の数が少なく、監視ネットワークが簡単ですが、ボックス充電方法と比較して、バッテリーパックの均等化が悪く、耐用年数が短くなります。その構造を図 11-14 に示します。

2 つの充電方法の比較を表 11-4 に示します。

表 11-4 2 つの充電方法の比較

オンボード充電方法-

車両に補充電が必要な場合は、図 11-15 に示すように、充電器を充電プラグに接続すると、車両から取り外さずにバッテリーを直接充電できます。充電操作が簡単で、電池の保管や交換などの手間がかからないのがメリットです。しかし、車両の充電時間が車両の動作時間または使用時間を占めるため、車両の稼働率が低下し、バッテリー パックの均等化を維持して耐用年数を延ばすことが困難になります。

-車載充電方法は、車載充電器と車載ネットワークの接続回線、および電気自動車の内部 CAN ネットワークを通じて実行され、-車載バッテリー管理ホストと通信して充電制御を完了します。オンボード充電通信の構造を図 11-16 に示します。-

オンボード充電に使用される充電器には 2 つの形式があります。- 1 つは、車両に設置および搭載される車載充電器です。これは一般に電力が低く、電気セダンの場合はほとんどが 5KW 未満で、充電電流が小さく、充電時間が長くなります。これは、夜間に充電して日中に使用する電気自動車に適しています。もう 1 つは車外の急速充電器です。これにより、通常 30 分以内に車両が充電され、車両が 50 km 以上走行するのに十分な電力を追加できます。{6}}製品化された電気セダンには、これら 2 種類の充電器のアプリケーション ニーズを満たすために、オンボード充電器インターフェースと急速充電器インターフェースの両方が必要です。これは、2 つのインターフェースが並列に配置されていることを意味します。図 11-17 は、日産リーフ電気自動車の充電インターフェースを示しています。