Nowoczesne akumulatory trakcyjne i układy BMS Tomasz Rudnicki Alicja idziaszek - Gonzalez kielce, 7.03.2012
Podstawowe wymagania stawiane akumulatorom trakcyjnym to: Akumulator trakcyjny jest zaprojektowany do pracy cyklicznej - regularnych cykli głębokiego rozładowania i ładowania. Podstawowe wymagania stawiane akumulatorom trakcyjnym to: długa żywotność (ponad 1000 cykli) niski poziom samo rozładowania (poniżej 5% miesięcznie) duża energia i moc właściwa (szczególnie ważne w samochodach elektrycznych – obniżenie masy samochodu) możliwość pracy w szerokim zakresie temperatur odporność na wstrząsy, wibracje Źródło: www.linkzpu.pl
Źródło energii nowoczesnego samochodu elektrycznego jest skomplikowanym urządzeniem, zbudowanym z ok. 100 pojedynczych ogniw litowo – jonowych, które są kontrolowane przez układ BMS Pakiet akumulatorów li-ion Mitsubishi i-miev , LiMn2O4 , napięcie nominalne 330V. Źródło: www.samochodyelektryczne.org
Ogólna reakcja ładowania i rozładowania w ogniwie kwasowo-ołowiowym: Budowa akumulatora kwasowo-ołowiowego i reakcje zachodzące podczas ładowania i rozładowywania. Ogólna reakcja ładowania i rozładowania w ogniwie kwasowo-ołowiowym: Źródło: www.oeiizk.edu.pl Źródło: www.elec-intro.com
Ogólna reakcja ładowania i rozładowania w ogniwach Li-P : Budowa akumulatora Li-ion i reakcje zachodzące podczas ładowania i rozładowywania. Ogólna reakcja ładowania i rozładowania w ogniwach Li-P : (7) Źródło: www.novacell.com Źródło: waww.digital-camera-battery.net
Minimalna moc ładowarki Porównanie parametrów akumulatorów trakcyjnych dla różnych typów pojazdów Energia Masa akumulatora Czas ładowania standardowego Minimalna moc ładowarki Czas ładowania szybkiego Rower elektryczny 1 kWh 11 kg 8 h 125 W 30 min 2 kW Samochód elektryczny mały 16 kWh 250 kg 32 kW Duży 50 kWh 450 kg 6,25 kW 100 kW Autobus elektryczny miejski 200 kWh 2000 kg 25 kW 400 kW
Podstawowe funkcje ładowarki przeznaczonej do akumulatorów Li-ion: dostarczanie ładunku do akumulatora utrzymywanie odpowiednich warunków ładowania – stabilizacja zatrzymanie ładowania w ściśle określonym momencie
Maksymalna szybkość ładowania jest ograniczona ponieważ reakcje chemiczne w ogniwie podczas ładowania nie mogą zaistnieć natychmiastowo.
Proces ładowania akumulatora składa się zazwyczaj z dwóch faz: faza głównego ładowania, w której zostaje dostarczona większość całkowitej energii potrzebnej do naładowania faza końcowa, w której bateria jest doładowywana a ogniwa są balansowane
BMS (ang. Battery Management System) jest systemem który zarządza akumulatorem podczas ładowania, rozładowywania a także w stanie spoczynku. Do podstawowych funkcji systemu należą: pomiar monitoring kalkulacja komunikacja balansowanie ogniw
Sposoby balansowania ogniw w akumulatorach litowo jonowych: Balansowanie aktywne polega na odbieraniu energii jednego lub kilku ogniw i przekazaniu jej innym ogniwom. W przypadku Balansowania pasywnego poziom naładowania poszczególnych ogniw jest zrównywany z poziomem naładowania najsłabszego ogniwa. Ogniwa o wyższym poziomie naładowania niż najsłabsze są rozładowywane za pomocą równolegle dołączonych rezystorów. Balansowanie pasywne jest czasochłonne, ponieważ używa się niewielkich prądów rozładowujących, wprowadza ono również straty energii, lecz jest najtańszym rozwiązaniem.
Źródło: www.ti.com Charakterystyka ładowania akumulatora litowo-jonowego z automatycznym balansowaniem ogniw (przy wykorzystaniu układu bq77pl900). Źródło: www.ti.com
Rodzaje architektur systemu BMS scentralizowana rozproszona, modułowa W architekturze scentralizowanej większość funkcji BMS jest zawartych w pojedynczym podsystemie, często fizycznie umiejscowionym w samej baterii. Jest ona stosowana w mniejszych układach, np. w bateriach zasilających rowery elektryczny lub w mikrohybrydach. Architektura rozproszona lub modułowa dzieli baterie na segmenty o równej lub podobnej wielkości. Dzięki temu większe systemy mogą być składane z mniejszych komponentów. Takie podejście zwiększa liczbę połączeń pomiędzy modułami, ale pozwala na większą elastyczność w projektowaniu.
Schemat blokowy scentralizowanego systemu BMS (dla baterii 36V) w którym zastosowano układ bq77pl900 od Texas Instruments. Źródło: www.ti.com
Schemat blokowy systemu BMS przeznaczonego dla akumulatorów wysokonapięciowych. Źródło: www.ti.com
Literatura Larminie J., Lowry J. „Electric Vehicle Technology Explained”, Pistoia G. „Electric and Hybrid Vehicles www.mpoweruk.com www.ti.com
Dziękuję za uwagę