Mi az akkumulátorbiztonsági rendszer?
biztonsági menedzsment
Az akkumulátor biztonsági irányítási rendszere elsősorban az akkumulátorcsomag biztonságos és hatékony működését biztosítja, megakadályozva a magas hőmérséklet miatti lángra, illetve az alacsony hőmérséklet miatti meghibásodást. Mivel az akkumulátorcsomag egy nagy-feszültségű eszköz, a nagy-feszültségű szigetelő védelmi rendszer elengedhetetlen a járműben ülők és gyalogosok biztonsága érdekében. Az akkumulátor biztonsági menedzsment rendszerének képesnek kell lennie arra, hogy maximalizálja az akkumulátor és a jármű teljesítményét, miközben biztosítja a jármű biztonságos működését. Az akkumulátorbiztonsági menedzsment rendszerek fejlesztése nagy jelentőséggel bír az élet- és vagyonbiztonság biztosításában, valamint az elektromos járművek fejlesztésének elősegítésében.
Nagy{0}}feszültségű szigetelésvizsgáló rendszer
Az elektromos járművek energiatároló eszközei, mint például az akkumulátorcsomagok, az üzemanyagcellák vagy a szuperkondenzátorok, az emberi test számára biztonságos feszültségtartományt messze meghaladó feszültségen működnek; néhány elektromos busz még 600 V-on működő akkumulátorral is rendelkezik. A járműben lévő szigetelőanyagok szigetelési teljesítménye a használat során fokozatosan romlik a kopás miatt, és a megnövekedett páratartalom csökkenti a nagyfeszültségű akkumulátor és az alváz közötti szigetelési teljesítményt is. Amikor az akkumulátor pozitív és negatív pólusainak szigetelőrétege elkopik és érintkezik az alvázzal, szivárgóáram hurok jön létre, amely befolyásolja a motorvezérlő és más kisfeszültségű elektromos készülékek működését, sőt az utasok biztonságát is veszélyezteti. Amikor az akkumulátorcsomag áramkörének több pontja és a ház közötti szigetelés elöregszik, önkisülés és energiafelhalmozódás következik be, ami súlyos esetekben tüzet okozhat. A jármű biztonságos működése érdekében egy szigetelési teljesítményérzékelő eszközt kell felszerelni, amely valós időben figyeli a nagyfeszültségű rendszer és az alváz közötti szigetelési ellenállást.
Az általánosan használt szigetelésvizsgálati módszerek a következők:
1. Közvetlen szivárgásmérési módszer
Egyenáramú rendszerekben ez a legegyszerűbb és legpraktikusabb módszer. Állítsa be a multimétert az áramtartományba, és csatlakoztassa sorba az akkumulátor pozitív pólusa és a készülék burkolata (vagy testelése) közé. Ez érzékeli a szivárgó áramot az akkumulátor negatív pólusa és a burkolat között. Hasonlóképpen sorba köthető a negatív kapocs és a ház közé, hogy észlelje a szivárgó áramot a pozitív kapocs és a ház között. Ez a módszer egyszerű és könnyen megvalósítható, és gyakran használják a helyszíni hibafelismerésnél és a rutin járműellenőrzéseknél.
2. Jelenlegi érzékelési módszer
A Hall-effektusú áramérzékelő egy általános módszer a nagyfeszültségű egyenáramú rendszerekben a szivárgás észlelésére{0}}. Az akkumulátorrendszer pozitív és negatív teljesítménybuszai ugyanabban az irányban haladnak át az áramérzékelőn keresztül. Ha nincs szivárgó áram, a pozitív kapocsról folyó áram egyenlő a negatív kapocsra visszatérő árammal. Ezért az áramérzékelőn áthaladó áram nulla, az áramérzékelő kimeneti feszültsége pedig nulla. Szivárgás esetén az áramérzékelő kimeneti feszültsége nem nulla. Ennek a feszültségnek az előjele tovább használható annak meghatározására, hogy a szivárgó áram a tápegység pozitív vagy negatív pólusáról származik-e. Ez a vizsgálati módszer azonban megköveteli, hogy a vizsgált akkumulátorcsomag működőképes legyen, és árammal kelljen be- és kifolynia. Nem tudja értékelni az akkumulátorrendszer szigetelési teljesítményét a földhöz viszonyítva terhelés nélküli-körülmények között.
3. Szigetelési ellenállás mérő mérési módszer
Ez a módszer szigetelési ellenállásmérőt használ a szigetelés ellenállásértékének mérésére. A szigetelési ellenállás-mérőt, közismert nevén megohmmétert, gyakran kézi{1}}generátor táplálja, ezért megaohmmérőnek is nevezik. Skálája a szigetelési ellenálláson alapul, és az elektrotechnikában általánosan használt mérőeszköz. Működési elve a 8-29. ábrán látható.
A műszer úgy működik, hogy a vizsgált eszközt vagy hálózatot feszültséggel gerjeszti, majd megméri a gerjesztés által generált áramot, és Ohm törvénye alapján méri az ellenállást. A szigetelési ellenállásmérő főként két részből áll: egy kézi-generátorból és egy magnetoelektromos aránymérőből. A fogantyú forgatásával a kézi{3}}generátor váltakozó feszültségű nagyfeszültséget állít elő, amelyet egy dióda egyenirányít, hogy egyenáramú magas feszültséget biztosítson a méréshez. A magnetoelektromos aránymérő ezután méri a feszültségtekercs és az áramtekercs áramának arányát, a mutatójelző pedig az ellenállási skálát jelzi.
A fenti három módszer mindegyike szabadalmaztatott berendezést alkalmaz a szivárgási áram és a szigetelési ellenállás tesztelésére, ami bizonyos nehézségeket jelent az akkumulátor-felügyeleti rendszerekbe való integráció során. Az áramköri mérési módszereket gyakrabban használják az akkumulátor-menedzsment rendszerekben. Az általánosan használt egyenfeszültség szigetelésmérés elvét a 8-30. ábra mutatja.
Ebben a blokkdiagramban R₁, R₂, R₃ és R₄ nagy -ellenállású ellenállások (pl. 500 kΩ vagy nagyobb), biztosítva, hogy a szigetelési szint mesterségesen ne csökkenjen a mérés során. Rₙ és Rₚ az akkumulátor pozitív és negatív pólusainak a jármű karosszériájához viszonyított szigetelési ellenállása. Az R' és R" kis ellenállású (pl. 2000 Ω körüli) feszültségosztó ellenállások, amelyek lehetővé teszik az A-D konverziós chip számára, hogy mV- szintű analóg jeleket kapjon rajtuk.
Amikor az S kapcsoló kikapcsolt állapotban van, az Rₙ és Rₚ feszültségértékei a mérőchipen keresztül érhetők el, ami a következő egyenlethez vezet:
A képletben V1 és V2 jelentik a pozitív és negatív gyűjtősínek testre gyakorolt feszültségét, amikor az S kapcsoló nyitva van.
Hasonlóképpen, ha az S kapcsoló zárva van, egy másik egyenlet is előállítható:
A képletben V'₁ és V'₂ jelentik a pozitív és negatív gyűjtősín feszültségét a testre, amikor S zárva van.
Mivel az R1, R2, R3, R4, R és R' soros ellenállások ellenállásértékei ismertek, a (8-5) és (8-6) egyenletrendszer használható az R₊ és R₋ megoldására.
Az akkumulátorkezelő rendszerekben használt egyéb szigetelési ellenállás mérési módszerek közé tartozik a kiegyensúlyozott áthidalási módszer, a nagy{0}}frekvenciás jelbefecskendezési módszer és a segédtápellátás módszere. Az akkumulátorok feszültségének növekedésével és alkalmazásuk elterjedésével az elektromos járművek szigetelésbiztonsága egyre fontosabbá válik, és a kutatók folyamatosan tervezik és validálják a különböző szigetelésfigyelő módszereket.
Csúcsteljesítmény
Az SOP (State of Power) az a maximális teljesítmény, amelyet az akkumulátor képes felszabadítani vagy elnyelni egy előre meghatározott időintervallumon belül. A csúcsteljesítményt arra használják, hogy értékeljék az akkumulátor töltési és kisütési határait különböző töltési állapotok esetén, ami döntő szerepet játszik az akkumulátorcsomag és a jármű teljesítménye közötti egyeztetés optimalizálásában, valamint az elektromos motor regeneratív fékezési funkciójának maximalizálásában. Jelentős elméleti és gyakorlati értéke is van az akkumulátorok ésszerű használatában, elkerülve a túltöltést vagy a túl-kisülést, javítva az akkumulátor biztonságát és meghosszabbítva az akkumulátor élettartamát. Az akkumulátor csúcsteljesítménye azonban számos biztonsági korlátozás alá esik; gyakorlati jelentősége csak az ezen biztonsági határokon belüli csúcsteljesítménynek van. Ez a rész néhány akkumulátor-paramétert tárgyal, amelyek korlátozzák a csúcsteljesítményt, és feltárja az akkumulátor biztonsága és a csúcsteljesítmény közötti kapcsolatot.
1. Hőmérséklet{1}}alapú korlátozások
Az elektrolit vezetőképessége, valamint az anód és katód anyagok aktivitása a hőmérséklettel változik, így befolyásolja az akkumulátor töltési és kisütési teljesítményének felső határát. Az elektródák reakciósebessége a hőmérséklet csökkenésével csökken. A hőmérséklet az elektrolitban az ionok és elektronok szállítási sebességét is befolyásolja. Ezek az arányok a hőmérséklet emelkedésével nőnek, és fordítva. Továbbá, ha a hőmérséklet túl magas, meghaladja a megadott hőmérsékleti határértéket, az akkumulátoron belüli kémiai egyensúly felborul, ami akkumulátorbiztonsági problémákat okoz.
Ahogy a 8-31. ábrán látható, az akkumulátor csúcsteljesítménye a hőmérséklettel változik, és egyértelműen nemlineáris görbét mutat. A csúcsteljesítmény a hőmérséklet csökkenésével csökken, alacsony hőmérsékleten pedig lassan változik. A csúcsteljesítmény a hőmérséklet emelkedésével nő, de a túl magas hőmérséklet megnehezíti a hőelvezetést, ami negatívan befolyásolja az akkumulátor biztonságát és élettartamát.
2. Töltési állapot (SOC)-alapú korlátozások
Az SOP (Start of Operation) SOC-korlátozás célja, hogy megakadályozza az akkumulátor túltöltését és túl{0}}kisülését működés közben, így biztosítva az akkumulátor biztonságát. A csúcsteljesítmény és az SOC közötti kapcsolat tanulmányozásakor figyelembe kell venni az olyan tényezők SOC-ra gyakorolt hatását is, mint a hőmérséklet és a töltési/kisütési sebesség az SOC mérés pontosságának javítása érdekében. Amint a 8-32. ábrán látható, a töltöttségi állapot (SOC) növekedésével a kisütési teljesítmény nő, miközben a töltési teljesítmény csökken. Például ugyanazon SOC tartományon belül, amikor az SOC 10%-ról 90%-ra nő, a kisütési csúcsteljesítmény 222W-ról 693W-ra nő, míg a töltési csúcsteljesítmény 675W-ról 300W-ra csökken. A csúcsteljesítmény tanulmányozása különböző SOC körülmények között megbecsülheti az akkumulátor töltési és kisütési képességeit, adatot és műszaki támogatást biztosítva az elektromos járművekben való használatához.
3. Ohmikus ellenálláson alapuló kényszerek
A 8-33. ábrán látható módon az akkumulátor csúcsteljesítménye megközelítőleg fordítottan arányos az ohmos belső ellenállásával. Minél kisebb az ohmos belső ellenállás, annál nagyobb és gyorsabb a csúcsteljesítmény; fordítva, minél nagyobb az ohmos belső ellenállás, annál kisebb és lassabb a csúcsteljesítmény.
Az akkumulátor hőmérséklete, töltöttségi állapota (SOC) és belső ellenállása szorosan összefügg a biztonsági állapotával. Ezért az akkumulátor üzemállapotának (SOP) meg kell felelnie az e három tényező által támasztott korlátoknak a biztonságos működés biztosítása és az élettartam meghosszabbítása érdekében.
