Nowoczesne akumulatory trakcyjne i układy BMS

Report
NOWOCZESNE AKUMULATORY TRAKCYJNE
I UKŁADY BMS
TOMASZ RUDNICKI
ALICJA IDZIASZEK - GONZALEZ
KIELCE, 7.03.2012
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
2
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
3
Budowa akumulatora kwasowo-ołowiowego i reakcje zachodzące podczas
ładowania i rozładowywania.
Ogólna reakcja ładowania i rozładowania w ogniwie kwasowo-ołowiowym:
Pb  PbO2  2H 2 SO4 
 2PbSO4  2H 2O
Źródło: www.oeiizk.edu.pl
Źródło: www.elec-intro.com
4
Budowa akumulatora Li-ion i reakcje zachodzące podczas ładowania i
rozładowywania.
Ogólna reakcja ładowania i rozładowania w ogniwach Li-P :
xLi  M yOz 
 Lix M yOz
(7)
Źródło: www.novacell.com
Źródło: waww.digital-camera-battery.net
5
Porównanie parametrów akumulatorów trakcyjnych dla różnych typów pojazdów
Energia
Masa
akumulatora
Czas
ładowania
standardowego
Minimalna
moc
ładowarki
Czas
ładowania
szybkiego
Minimalna
moc
ładowarki
Rower
elektryczny
1 kWh
11 kg
8h
125 W
30 min
2 kW
Samochód
elektryczny
mały
16
kWh
250 kg
8h
2 kW
30 min
32 kW
Samochód
elektryczny
Duży
50
kWh
450 kg
8h
6,25 kW
30 min
100 kW
Autobus
elektryczny
miejski
200
kWh
2000 kg
8h
25 kW
30 min
400 kW
6
Podstawowe funkcje ładowarki przeznaczonej do akumulatorów Li-ion:
•
dostarczanie ładunku do akumulatora
•
utrzymywanie odpowiednich warunków ładowania – stabilizacja
•
zatrzymanie ładowania w ściśle określonym momencie
7
Maksymalna szybkość ładowania jest ograniczona ponieważ reakcje
chemiczne w ogniwie podczas ładowania nie mogą zaistnieć natychmiastowo.
8
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
9
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
10
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.
11
Źródło: www.ti.com
Charakterystyka ładowania akumulatora litowo-jonowego z automatycznym
balansowaniem ogniw (przy wykorzystaniu układu bq77pl900).
Źródło: www.ti.com
12
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.
13
Schemat blokowy scentralizowanego systemu BMS (dla baterii 36V) w
którym zastosowano układ bq77pl900 od Texas Instruments.
Źródło: www.ti.com
14
Schemat blokowy systemu BMS przeznaczonego dla akumulatorów
wysokonapięciowych.
Źródło: www.ti.com
15
Literatura
1.
2.
3.
4.
Larminie J., Lowry J. „Electric Vehicle Technology Explained”,
Pistoia G. „Electric and Hybrid Vehicles
www.mpoweruk.com
www.ti.com
16
Dziękuję za uwagę
17

similar documents