Šta je sistem upravljanja bezbednošću baterije?
sigurnosno upravljanje
Sistem upravljanja bezbednošću baterije prvenstveno obezbeđuje siguran i efikasan rad baterijskog paketa, sprečavajući njegovo zapaljenje usled visokih temperatura ili kvar usled niskih temperatura. Budući da je baterija visokonaponski-uređaj, visokonaponski-sistem zaštite izolacije je neophodan kako bi se osigurala sigurnost putnika u vozilu i pješaka. Sistem upravljanja bezbednošću baterije mora biti u stanju da maksimizira performanse i baterije i vozila, istovremeno osiguravajući siguran rad vozila. Razvoj sistema upravljanja bezbednošću baterija od velikog je značaja za obezbeđivanje sigurnosti života i imovine i promociju razvoja električnih vozila.
Sistem za ispitivanje izolacije visokog{0}}napona
Uređaji za pohranu energije u električnim vozilima, kao što su baterije za napajanje, gorivne ćelije ili superkondenzatori, rade na naponima koji daleko premašuju sigurno područje napona za ljudsko tijelo; neki električni autobusi imaju čak i baterije koje rade na 600V. Izolacijski učinak izolacijskih materijala u vozilu postepeno se pogoršava tokom upotrebe zbog habanja i habanja, a povećana vlažnost također smanjuje performanse izolacije između baterije visokog napona i šasije. Kada se izolacijski sloj pozitivnih i negativnih terminala baterije istroši i dođe u kontakt sa šasijom, stvara se strujna petlja koja utiče na rad kontrolera motora, drugih niskonaponskih-električnih uređaja, pa čak i ugrožava sigurnost putnika. Kada izolacija između više tačaka kruga baterijskog paketa i kućišta stari, dolazi do samopražnjenja i akumulacije energije, što potencijalno može dovesti do požara u teškim slučajevima. Da bi se osigurao siguran rad vozila, mora se instalirati uređaj za detekciju performansi izolacije za praćenje otpora izolacije između visokonaponskog-sistema i šasije u realnom vremenu.
Najčešće korištene metode ispitivanja izolacije uključuju:
1. Metoda direktnog mjerenja curenja
U DC sistemima ovo je najjednostavniji i najpraktičniji metod. Postavite multimetar na opseg struje i povežite ga serijski između pozitivnog terminala baterije i kućišta uređaja (ili mase). Ovo će otkriti struju curenja između negativnog terminala baterije i kućišta. Slično, može se serijski spojiti između negativnog terminala i kućišta kako bi se otkrila struja curenja između pozitivnog terminala i kućišta. Ova metoda je jednostavna i laka za implementaciju i obično se koristi u-otkrivanju kvarova na licu mjesta i rutinskim pregledima vozila.
2. Current Sensing Method
Strujni senzor s Hallovim efektom je uobičajena metoda za otkrivanje curenja u visoko-naponskim DC sistemima. Pozitivna i negativna magistrala akumulatorskog sistema prolaze zajedno u istom smjeru kroz strujni senzor. Kada nema struje curenja, struja koja teče iz pozitivnog terminala jednaka je struji koja se vraća na negativni terminal. Prema tome, struja koja prolazi kroz strujni senzor je nula, a izlazni napon senzora struje je nula. Kada dođe do curenja, trenutni izlazni napon senzora nije nula. Znak ovog napona se može koristiti za dalje određivanje da li struja curenja potiče od pozitivnog ili negativnog terminala napajanja. Međutim, ova metoda testiranja zahtijeva da baterija koja se testira radi, sa strujom koja teče i izlazi. Ne može procijeniti performanse izolacije baterijskog sistema prema zemlji pod-uslovima bez opterećenja.
3. Metoda mjerenja mjerača otpora izolacije
Ova metoda koristi mjerač otpora izolacije za mjerenje vrijednosti otpora izolacije. Mjerač izolacijskog otpora, uobičajeno poznat kao megoommetar, često se napaja pomoću ručnog-generatora, pa se stoga naziva i megoommetar. Njegova skala se zasniva na otporu izolacije i uobičajeno je mjerni instrument u elektrotehnici. Njegov princip rada je prikazan na slici 8-29.
Instrument radi tako što pobuđuje uređaj ili mrežu koja se testira naponom, zatim mjeri struju koju stvara pobuda i koristi Ohmov zakon za mjerenje otpora. Mjerač izolacijskog otpora se uglavnom sastoji od dva dijela: ručnog-generatora i magnetoelektričnog mjerača omjera. Pokretanjem ručke, ručni-generator generiše AC visoki napon, koji se ispravlja diodom kako bi se osigurao DC visoki napon za mjerenje. Mjerač magnetoelektričnog omjera zatim mjeri omjer struje u naponskoj zavojnici i strujnoj zavojnici, a pokazivač pokazivača pokazuje skalu otpora.
Sve gornje tri metode koriste vlastitu opremu za ispitivanje struje curenja i otpora izolacije, što predstavlja određene poteškoće za integraciju u sisteme upravljanja baterijama. Metode mjerenja kola se češće koriste u sistemima upravljanja baterijama. Princip uobičajenog mjerenja izolacije jednosmjernog napona prikazan je na slici 8-30.
U ovom blok dijagramu, R₁, R₂, R₃ i R₄ su otpornici velike-otpornosti (npr. 500 kΩ ili više), osiguravajući da se nivo izolacije ne smanji umjetno tokom mjerenja. Rₙ i Rₚ su otpori izolacije pozitivnih i negativnih terminala akumulatora prema karoseriji vozila. R' i R" su otpornici za djelitelj napona sa malim otporima (npr. oko 2000Ω), što omogućava A-D konverzijskom čipu da dobije analogne signale nivoa mV- preko njih.
Kada je prekidač S u isključenom stanju, vrijednosti napona između Rₙ i Rₚ mogu se dobiti preko mjernog čipa, što dovodi do sljedeće jednačine:
U formuli, V₁ i V₂ predstavljaju napone na masu pozitivnih i negativnih sabirnica kada je prekidač S otvoren.
Slično, kada je prekidač S zatvoren, može se dobiti druga jednačina:
U formuli, V'₁ i V'₂ predstavljaju pozitivne i negativne napone sabirnica prema zemlji kada je S zatvoren.
Pošto su vrijednosti otpora serijskih otpornika R₁, R₂, R₃, R₄, R i R' poznate, sistem jednačina (8-5) i (8-6) može se koristiti za rješavanje za R₊ i R₋.
Ostale metode mjerenja otpora izolacije koje se koriste u sistemima upravljanja baterijama uključuju metodu balansiranog mosta, metodu ubrizgavanja signala visoke{0}}frekvencije i metodu pomoćnog napajanja. Kako napon akumulatora raste i njihova primjena postaje sve raširenija, sigurnost izolacije električnih vozila postaje sve važnija, a istraživači kontinuirano dizajniraju i potvrđuju različite metode praćenja izolacije.
Peak Power
SOP (State of Power) je maksimalna snaga koju baterija može osloboditi ili apsorbirati unutar unaprijed određenog vremenskog intervala. Vršna snaga se koristi za procjenu granica punjenja i pražnjenja akumulatora pod različitim stanjima napunjenosti, igrajući ključnu ulogu u optimizaciji usklađivanja između kompleta baterija i snage vozila, kao i maksimiziranja funkcije regenerativnog kočenja elektromotora. Također ima značajnu teorijsku i praktičnu vrijednost za racionalno korištenje baterija, izbjegavanje prekomjernog punjenja ili prekomjernog-pražnjenja, poboljšanje sigurnosti baterije i produženje vijeka trajanja baterije. Međutim, vršna snaga baterije podliježe brojnim sigurnosnim ograničenjima; samo vršna snaga unutar ovih sigurnosnih granica ima praktičan značaj. Ovaj odjeljak govori o nekim parametrima baterije koji ograničavaju vršnu snagu i istražuje odnos između sigurnosti baterije i vršne snage.
1. Temperaturna{1}}ograničenja
Provodljivost elektrolita i aktivnost materijala anode i katode mijenjaju se s temperaturom, što utiče na gornju granicu snage punjenja i pražnjenja baterije. Brzina reakcije elektroda opada kako temperatura pada. Temperatura takođe utiče na brzinu transporta jona i elektrona u elektrolitu. Ove stope rastu sa porastom temperature i obrnuto. Osim toga, ako je temperatura previsoka i premašuje specificiranu temperaturnu granicu, hemijski balans unutar baterije će biti poremećen, uzrokujući sigurnosne probleme baterije.
Kao što je prikazano na slici 8-31, vršna snaga baterije se mijenja sa temperaturom, pokazujući jasnu nelinearnu krivu. Vršna snaga opada kako temperatura opada, polako se mijenja na niskim temperaturama. Maksimalna snaga raste kako temperatura raste, ali pretjerano visoke temperature otežavaju rasipanje topline, što negativno utječe na sigurnost i vijek trajanja baterije.
2. Ograničenja zasnovana na stanju napunjenosti (SOC)-
SOC ograničenje na SOP (početak rada) je dizajnirano da spriječi prekomjerno punjenje i preko{0}}pražnjenje baterije tokom rada, osiguravajući sigurnost baterije. Kada se proučava odnos između vršne snage i SOC, uticaj faktora kao što su temperatura i brzina punjenja/pražnjenja na SOC se takođe mora uzeti u obzir da bi se poboljšala tačnost merenja SOC. Kao što je prikazano na slici 8-32, sa povećanjem stanja napunjenosti (SOC), snaga pražnjenja raste dok se snaga punjenja smanjuje. Na primjer, unutar istog SOC raspona, kada se SOC poveća sa 10% na 90%, vršna snaga pražnjenja se povećava sa 222W na 693W, dok se vršna snaga punjenja smanjuje sa 675W na 300W. Proučavanje vršne snage pod različitim SOC uslovima može procijeniti kapacitete punjenja i pražnjenja baterije, pružajući podatke i tehničku podršku za njenu upotrebu u električnim vozilima.
3. Ograničenja zasnovana na omskom otporu
Kao što je prikazano na slici 8-33, vršna snaga baterije je približno obrnuto proporcionalna njenom unutrašnjem otporu oma. Što je manji omski unutrašnji otpor, veća je i brža izlazna vršna snaga; obrnuto, što je veći omski unutrašnji otpor, to je vršna izlazna snaga manja i sporija.
Temperatura baterije, stanje napunjenosti (SOC) i unutrašnji otpor usko su povezani sa njenim sigurnosnim statusom. Stoga, stanje rada baterije (SOP) mora zadovoljiti ograničenja koja nameću ova tri faktora kako bi se osigurao siguran rad i produžio vijek trajanja.
