Що таке система управління безпекою батареї?
управління безпекою
Система управління безпекою батареї в першу чергу забезпечує безпечну та ефективну роботу батареї, запобігаючи її займанню через високі температури або виходу з ладу через низькі температури. Оскільки акумуляторна батарея є пристроєм високої-напруги, система ізоляції високої{2}}напруги має важливе значення для забезпечення безпеки пасажирів автомобіля та пішоходів. Система керування безпекою батареї повинна мати можливість максимізувати продуктивність як батареї, так і автомобіля, одночасно забезпечуючи безпечну роботу автомобіля. Розробка систем управління безпекою акумуляторів має велике значення для забезпечення безпеки життя та майна та сприяння розвитку електромобілів.
Система-випробування ізоляції високою напругою
Пристрої накопичення енергії в електромобілях, такі як акумуляторні батареї, паливні елементи або суперконденсатори, працюють при напрузі, що значно перевищує безпечний діапазон напруги для людського тіла; деякі електробуси навіть мають акумулятори, що працюють на 600 В. Ізоляційні властивості ізоляційних матеріалів у транспортному засобі поступово погіршуються під час використання через зношування, а підвищена вологість також погіршує ізоляційні характеристики між високовольтною батареєю та шасі. Коли ізоляційний шар позитивних і негативних клем батареї зношений і вступає в контакт з шасі, створюється петля струму витоку, що впливає на роботу контролера двигуна, інших електроприладів низької-напруги та навіть загрожує безпеці пасажирів. Коли ізоляція між кількома точками ланцюга акумуляторної батареї та шасі старіє, відбувається само-розряд і накопичення енергії, що потенційно може призвести до пожежі у важких випадках. Щоб забезпечити безпечну роботу транспортного засобу, необхідно встановити пристрій визначення ефективності ізоляції для моніторингу опору ізоляції між системою високої-напруги та шасі в режимі реального часу.
Зазвичай використовувані методи випробування ізоляції включають:
1. Метод прямого вимірювання витоку
У системах постійного струму це найпростіший і практичний метод. Встановіть мультиметр на поточний діапазон і підключіть його послідовно між плюсовою клемою акумуляторної батареї та корпусом пристрою (або заземленням). Це дозволить виявити струм витоку між мінусовою клемою акумуляторної батареї та корпусом. Подібним чином його можна підключити послідовно між негативною клемою та корпусом, щоб виявити струм витоку між позитивною клемою та корпусом. Цей метод простий і легкий у застосуванні, і зазвичай використовується для-виявлення несправностей на місці та звичайних перевірок транспортних засобів.
2. Метод визначення струму
Датчик струму на ефекті Холла є поширеним методом виявлення витоку в системах постійного струму високої-напруги. Позитивні та негативні шини живлення акумуляторної системи проходять разом в одному напрямку через датчик струму. Коли струм витоку відсутній, струм, що тече від позитивної клеми, дорівнює струму, що повертається до негативної клеми. Тому струм, що проходить через датчик струму, дорівнює нулю, а вихідна напруга датчика струму дорівнює нулю. Коли відбувається витік, вихідна напруга поточного датчика не дорівнює нулю. Знак цієї напруги можна використовувати для подальшого визначення того, чи походить струм витоку з позитивного чи негативного виводу джерела живлення. Однак цей метод тестування вимагає, щоб акумуляторна батарея, що тестується, була працездатною, зі струмом, що надходить і виходить. Він не може оцінити ефективність ізоляції системи батареї щодо землі в умовах{-без навантаження.
3. Метод вимірювання опору ізоляції
Цей метод використовує вимірювач опору ізоляції для вимірювання значення опору ізоляції. Вимірювач опору ізоляції, широко відомий як мегомметр, часто живиться від ручного-колінчатого генератора, тому його також називають мегомметром. Його шкала базується на опорі ізоляції і є широко використовуваним вимірювальним інструментом в електротехніці. Його принцип роботи показано на малюнку 8-29.
Прилад працює, збуджуючи пристрій або мережу, що перевіряється, напругою, потім вимірює струм, створений збудженням, і використовує закон Ома для вимірювання опору. Вимірювач опору ізоляції в основному складається з двох частин: ручного-колінчатого генератора та вимірювача магнітоелектричного співвідношення. Повертаючи рукоятку, ручний-генератор генерує високу напругу змінного струму, яка випрямляється діодом, щоб забезпечити високу напругу постійного струму для вимірювання. Потім вимірювач магнітоелектричного коефіцієнта вимірює співвідношення струму в котушці напруги та котушці струму, а стрілочний індикатор вказує на шкалу опору.
У цих трьох методах використовується фірмове обладнання для перевірки струму витоку та опору ізоляції, що створює певні труднощі для інтеграції в системи керування акумуляторами. Методи вимірювання ланцюгів частіше використовуються в системах керування акумуляторами. Принцип вимірювання ізоляції напруги постійного струму, який зазвичай використовується, показано на малюнку 8-30.
На цій блок-схемі R₁, R₂, R3 та R₄ є резисторами з високим- опором (наприклад, 500 кОм або вище), що гарантує, що рівень ізоляції не зменшується штучно під час вимірювання. Rₙ і Rₚ – це опір ізоляції позитивної та негативної клем акумуляторної батареї відносно кузова автомобіля відповідно. R' і R" — резистори дільника напруги з малим опором (наприклад, близько 2000 Ом), що дозволяє мікросхемі аналого-цифрового перетворення отримувати на них аналогові сигнали рівня мВ-.
Коли перемикач S знаходиться у вимкненому стані, значення напруги на Rₙ і Rₚ можна отримати за допомогою вимірювальної мікросхеми, що призводить до наступного рівняння:
У формулі V₁ і V₂ представляють напругу на землю позитивної та негативної шин, коли перемикач S розімкнутий.
Подібним чином, коли перемикач S замкнутий, можна отримати інше рівняння:
У формулі V'₁ і V'₂ представляють позитивну і негативну напруги на шинах до землі, коли S замкнуто.
Оскільки значення опору послідовних резисторів R₁, R₂, R3, R₄, R і R' відомі, систему рівнянь (8-5) і (8-6) можна використовувати для вирішення R₊ і R₋.
Інші методи вимірювання опору ізоляції, які використовуються в системах керування батареями, включають метод збалансованого моста, метод-подачі високочастотного сигналу та метод допоміжного джерела живлення. У міру того, як напруга акумуляторних батарей зростає та їх застосування стає все більш поширеним, безпека ізоляції електромобілів стає все більш важливою, і дослідники постійно розробляють і перевіряють різні методи моніторингу ізоляції.
Пікова потужність
SOP (State of Power) — це максимальна потужність, яку батарея може виділити або поглинути протягом заздалегідь визначеного інтервалу часу. Пікова потужність використовується для оцінки меж заряджання та розряджання акумуляторної батареї за різних станів заряду, відіграючи вирішальну роль в оптимізації відповідності між потужністю акумуляторної батареї та потужністю автомобіля, а також максимізації функції рекуперативного гальмування електродвигуна. Він також має значну теоретичну та практичну цінність для раціонального використання акумуляторів, уникнення надмірного заряджання або-розряджання, покращення безпеки акумулятора та продовження терміну служби акумулятора. Однак пікова потужність акумулятора підлягає численним обмеженням безпеки; лише пікова потужність у цих безпечних межах має практичне значення. У цьому розділі обговорюються деякі параметри батареї, які обмежують пікову потужність, і досліджується зв’язок між безпекою батареї та піковою потужністю.
1. Обмеження-на основі температури
Провідність електроліту та активність матеріалів анода та катода змінюються з температурою, таким чином впливаючи на верхню межу зарядної та розрядної потужності батареї. Швидкість реакції електродів зменшується зі зниженням температури. Температура також впливає на швидкість транспортування іонів і електронів в електроліті. Ці показники зростають із підвищенням температури і навпаки. Крім того, якщо температура буде надто високою, що перевищує вказаний температурний ліміт, хімічний баланс батареї буде порушено, що спричинить проблеми з безпекою батареї.
Як показано на малюнку 8-31, пікова потужність батареї змінюється з температурою, демонструючи явно нелінійну криву. Пікова потужність зменшується зі зниженням температури, повільно змінюючись при низьких температурах. Пікова потужність збільшується зі збільшенням температури, але надмірно високі температури ускладнюють розсіювання тепла, негативно впливаючи на безпеку акумулятора та термін служби.
2. Обмеження-на основі стану заряду (SOC).
Обмеження SOC для SOP (початок роботи) призначено для запобігання перезарядженню та надмірному-розрядженню батареї живлення під час роботи, забезпечуючи безпеку батареї. Вивчаючи зв’язок між піковою потужністю та SOC, слід також враховувати вплив таких факторів, як температура та швидкість заряду/розряду на SOC, щоб підвищити точність вимірювання SOC. Як показано на малюнку 8-32, зі збільшенням стану заряду (SOC) потужність розряду зростає, а потужність заряджання зменшується. Наприклад, у межах того самого діапазону SOC, коли SOC збільшується з 10% до 90%, пікова потужність розряду збільшується з 222 Вт до 693 Вт, тоді як пікова потужність заряджання зменшується з 675 Вт до 300 Вт. Вивчення пікової потужності за різних умов SOC може оцінити здатність батареї заряджати та розряджатися, надаючи дані та технічну підтримку для її використання в електромобілях.
3. Обмеження на основі омічного опору
Як показано на малюнку 8-33, пікова потужність батареї приблизно обернено пропорційна її омічному внутрішньому опору. Чим менший омічний внутрішній опір, тим більша і швидша пікова вихідна потужність; навпаки, чим більший омічний внутрішній опір, тим менша і повільніша пікова вихідна потужність.
Температура, стан заряду (SOC) і внутрішній опір батареї тісно пов’язані зі станом безпеки. Тому робочий стан батареї (SOP) має відповідати обмеженням, які накладають ці три фактори, щоб забезпечити безпечну роботу та подовжити термін її служби.
