Negli ultimi anni, con il miglioramento della consapevolezza ambientale e del sostegno politico, il mercato dei veicoli a nuova energia si è sviluppato rapidamente.I veicoli elettrici sono diventati la corrente principale dello sviluppo a causa delle loro caratteristiche di zero emissioni e basso rumore.
Essendo uno dei componenti fondamentali dei veicoli elettrici, le prestazioni delle batterie influenzano direttamente indicatori importanti come l'autonomia e la sicurezza dei veicoli elettrici.La tecnologia di bilanciamento della batteria è diventata anche uno dei punti caldi della ricerca sui veicoli elettrici.
Lo scopo principale della tecnologia di bilanciamento del pacchetto batterie è quello di bilanciare la carica, la tensione e altri parametri tra le singole celle del pacchetto batterie,in modo da evitare di ridurre la durata dell'intera batteria o di far sì che una batteria abbia troppa o troppo poca potenza in una singola cella. incidente di sicurezza.
La tecnologia tradizionale di bilanciamento delle batterie comprende principalmente due metodi: il bilanciamento passivo e quello attivo.
L'equilibrio passivo si ottiene utilizzando un circuito di bilanciamento per scaricare o caricare la batteria,ma la sua efficienza di bilanciamento è bassa e non può evitare problemi come sovraccarico e sovra-scaricoL'equilibrio attivo si ottiene attraverso un controllo mirato della batteria, ma la sua attuazione è difficile e la strategia di controllo è complessa.
Per risolvere i problemi di cui sopra, Enerkey ha proposto una soluzione di bilanciamento delle batterie basata su una strategia dinamica di bilanciamento della tensione.Questa soluzione analizza le cause delle differenze di tensione all'interno della batteria e progetta un algoritmo di controllo in grado di regolare in modo adattativo la strategia di bilanciamento della batteria durante il funzionamento.
This algorithm can realize the balance of the battery pack according to the dynamic voltage balancing strategy based on real-time monitoring of the voltage and power of each cell inside the battery packInfine, l'efficacia del regime è stata verificata mediante esperimenti.
Stato della ricerca sulla tecnologia di bilanciamento delle batterie
La ricerca sulla tecnologia di bilanciamento delle batterie è iniziata negli anni '80 e con l'aumento dei veicoli a nuova energia ha ricevuto sempre più attenzione.
La tecnologia di bilanciamento del pacchetto batterie mira a mantenere l'equilibrio di carica tra le singole celle del pacchetto batterie ed evitare il declino della capacità della batteria e la riduzione della durata della batteria a causa di una ricarica irregolare.Attualmente, la ricerca sulla tecnologia di bilanciamento delle batterie ha ottenuto molti risultati, tra cui principalmente i seguenti aspetti.
1Tecnologia tradizionale di bilanciamento
La tecnologia tradizionale di bilanciamento delle batterie utilizza principalmente componenti quali resistori, relè e tiristor per il bilanciamento.Il principio è quello di scaricare le singole celle con alta tensione nel pacchetto batteria attraverso resistori, relè e altri componenti per raggiungere la stessa tensione della batteria.
La tecnologia tradizionale di bilanciamento presenta i vantaggi della semplicità, dell'affidabilità e del basso costo, ma presenta carenze quali una bassa efficienza di bilanciamento e un grande spreco di energia.
2Tecnologia di bilanciamento intelligente
La tecnologia di bilanciamento intelligente è il centro della ricerca sulla tecnologia di bilanciamento delle batterie negli ultimi anni.Utilizza tecnologie elettroniche avanzate e algoritmi per controllare e gestire con precisione ogni singola cella del pacchetto batteriaLa tecnologia di bilanciamento intelligente si divide principalmente in due metodi: bilanciamento passivo e bilanciamento attivo.
L'equilibrio passivo raggiunge principalmente lo scopo di bilanciare la batteria regolando i parametri durante il processo di ricarica e scarica della batteria.
Il bilanciamento attivo aggiunge componenti come circuiti di controllo e sensori al pacchetto batterie per monitorare e controllare lo stato di ogni singola cella in tempo reale,in modo da raggiungere lo scopo di bilanciare il pacchetto batterieLa tecnologia di bilanciamento intelligente ha i vantaggi di un'elevata efficienza di bilanciamento, un elevato utilizzo dell'energia e una buona sicurezza.
3Tecnologia di gestione dell'energia
Energy management technology refers to the optimal management and scheduling of battery packs based on battery pack balancing technology and comprehensively considering factors such as battery pack performance characteristics, condizioni di esercizio del veicolo e domanda di energia.
La tecnologia di gestione dell'energia comprende la previsione dell'energia, la stima della capacità della batteria, la diagnosi dello stato di salute della batteria, ecc.la durata della batteria può essere prolungata, l'utilizzo dell'energia e la sicurezza sono migliorati.
Progettazione e ottimizzazione di un nuovo sistema di bilanciamento della batteria per veicoli elettrici
The design and optimization of the new electric vehicle battery pack balancing system aims to improve the efficiency and energy utilization of battery pack balancing while ensuring the safety of electric vehiclesLa progettazione e l'ottimizzazione del nuovo sistema di bilanciamento delle batterie dei veicoli elettrici comprendono principalmente i seguenti aspetti.
1Progettazione del circuito di bilanciamento
Il circuito di bilanciamento della batteria è il componente centrale del sistema di bilanciamento della batteria del veicolo elettrico.La progettazione del circuito di bilanciamento della batteria deve tener conto in modo completo delle caratteristiche e delle condizioni di lavoro della batteriaNel processo di progettazione devono essere presi in considerazione i seguenti aspetti:
Scelta della strategia di bilanciamento: sia la tecnologia di bilanciamento tradizionale che la tecnologia di bilanciamento intelligente presentano vantaggi e svantaggi,e la strategia di bilanciamento appropriata dovrebbe essere scelta in base alla situazione specifica.
La struttura del circuito di bilanciamento: la progettazione strutturale del circuito di bilanciamento deve soddisfare i requisiti di elevata efficienza di bilanciamento, elevato utilizzo di energia,sicurezza e affidabilità della batteriaLe strutture di circuito di bilanciamento comunemente utilizzate includono il bilanciamento della divisione della tensione della resistenza, il bilanciamento degli interruttori, il bilanciamento dell'aria alternata, ecc.
Controllo del circuito di bilanciamento: il controllo del circuito di bilanciamento richiede il monitoraggio in tempo reale di parametri quali tensione e temperatura di ciascuna singola cella della batteria,e controllo e aggiustamento secondo la strategia di bilanciamento impostata.
2Progettazione di un sistema di gestione dell'energia
Il sistema di gestione dell'energia è un'altra componente importante del sistema di bilanciamento delle batterie dei veicoli elettrici.prolungare la durata della batteriaLa progettazione del sistema di gestione dell'energia deve tener conto in modo completo dei seguenti aspetti:
Selezione delle strategie di gestione dell'energia: le strategie di gestione dell'energia comprendono strategie di ricarica, strategie di scarica e strategie di controllo del carico.Diverse strategie di gestione dell'energia hanno impatti diversi sulla durata e sull'utilizzo dell'energia del pacchetto batterie.
Controllo del sistema di gestione dell'energia: il controllo del sistema di gestione dell'energia richiede il monitoraggio in tempo reale dello stato e delle variazioni di energia di ogni singola cella del pacchetto batterie.e controllo e regolazione in base alla strategia di gestione dell'energia definita.
Ottimizzazione del sistema di gestione dell'energia: attraverso una gestione e una pianificazione attente dei pacchetti di batterie, l'utilizzo dell'energia e la durata della batteria possono essere ottimizzati.e le prestazioni e la sicurezza dei veicoli elettrici possono essere migliorate.
3Progettazione del sistema di protezione della sicurezza del pacchetto batterie
Il sistema di protezione della sicurezza del pacchetto batterie è un altro componente importante del sistema di bilanciamento del pacchetto batterie dei veicoli elettrici, che è progettato per garantire la sicurezza dei veicoli elettrici.Il sistema di protezione della sicurezza della batteria comprende principalmente la protezione contro la sovraccarica, protezione da sovra-scarica, protezione da cortocircuito, protezione da sovra-temperatura e altre funzioni.possono essere evitati incidenti pericolosi nel pacchetto batterie.
Ricerca teorica sulla progettazione di sistemi di bilanciamento della batteria
1Analisi delle cause delle differenze di tensione all'interno della batteria
La differenza di tensione interna della batteria è dovuta principalmente alle differenze di resistenza interna, velocità di reazione elettrochimica e altri fattori tra le singole celle.
Nel funzionamento effettivo, a causa della diversa durata di vita e del numero di cicli di carica e scarica delle diverse celle, la resistenza interna delle celle è diversa,che a sua volta provoca differenze nella tensione interna della batteriaInoltre, a causa del fenomeno dell'auto-discarica della batteria, il posizionamento a lungo termine farà diminuire la potenza della batteria, con conseguente differenza di tensione all'interno della batteria.
2. Strategia di bilanciamento della tensione dinamica
La strategia di bilanciamento dinamico della tensione è una strategia di controllo che può regolare in modo adattivo la strategia di bilanciamento della batteria durante il funzionamento. This strategy dynamically adjusts the working status of the balancing circuit according to the voltage and power of each cell inside the battery pack to achieve balance of the battery pack and avoid problems such as overshoot and over-discharge.
Per quanto riguarda l'implementazione specifica, dividiamo il sistema di bilanciamento della batteria in due parti: il controllore di bilanciamento e il circuito di bilanciamento.Il controllore di bilanciamento monitora la tensione e la potenza di ogni cella all'interno del pacchetto batteria in tempo reale, calcola lo stato di funzionamento del circuito di bilanciamento sulla base della strategia di bilanciamento dinamico della tensione,e quindi controlla lo stato di commutazione del circuito di bilanciamento per ottenere l'equilibrio del pacchetto batteria.
3.Algorithm di controllo
Il nucleo della strategia di bilanciamento della tensione dinamica è l'algoritmo di controllo.Questo regolatore può bilanciare la tensione e la potenza di ogni cella all'interno della batteria quando la differenza di tensione all'interno della batteria è piccola, impedendo il superamento, il sovraccarico e altri problemi.
I parametri di ingresso del controller includono la tensione e la potenza di ogni cella all'interno della batteria.può essere calcolato lo stato di funzionamento del circuito di bilanciamento, ottenendo così l'equilibrio della batteria.
Per quanto riguarda l'implementazione specifica, abbiamo adottato l'algoritmo di controllo PID e aggiunto un meccanismo di feedback e un controllo fuzzy per garantire l'accuratezza e l'effetto di controllo.il meccanismo di feedback può regolare dinamicamente i parametri dell'algoritmo di controllo in base allo stato di uscita del controllore di equalizzazione, ottenendo così un controllo di equalizzazione più preciso.
Inoltre, abbiamo progettato diversi algoritmi di controllo per diversi tipi di batterie.l'algoritmo di controllo per una batteria al litio deve considerare fattori quali la velocità di reazione chimica all'interno della batteria, nonché le caratteristiche di carica e scarica della batteria al litio, al fine di formulare le corrispondenti strategie di bilanciamento e algoritmi di controllo.
Verifica sperimentale
Per verificare l'efficacia del sistema di bilanciamento delle batterie, abbiamo condotto una serie di esperimenti.idruro di nichel-metallo, e il litio.
Attraverso statistiche e analisi di dati sperimentali,Abbiamo scoperto che la strategia di bilanciamento della tensione dinamica proposta e l' algoritmo di controllo possono ottenere efficacemente l' equilibrio del pacchetto batteria ed evitare il sovraccarico, eccesso di scarico e altri problemi.
In secondo luogo, abbiamo condotto esperimenti di lunga durata.e poi monitorato le prestazioni della batteria.
Attraverso statistiche e analisi dei dati sperimentali, abbiamo scoperto che il sistema di bilanciamento del pacchetto batterie proposto ha un'elevata affidabilità e stabilità e può soddisfare le esigenze di utilizzo in diversi scenari.
Infine, abbiamo anche condotto esperimenti di applicazione pratica: abbiamo applicato il sistema di bilanciamento della batteria proposto a un nuovo veicolo elettrico e abbiamo condotto una prova su strada.Attraverso l'analisi dei dati di prova, abbiamo riscontrato che le prestazioni dei veicoli elettrici sono notevolmente migliorate, compresa l'autonomia di crociera, le prestazioni di accelerazione e altri aspetti.
Con il rapido sviluppo dei veicoli elettrici, la ricerca e l'ottimizzazione dei sistemi di bilanciamento delle batterie hanno ricevuto una crescente attenzione.Concentrarsi sulla ricerca sul sistema di bilanciamento della batteria dei veicoli elettrici, abbiamo condotto una discussione approfondita sulla tecnologia di bilanciamento della batteria, sul sistema di gestione dell'energia e sul sistema di protezione della sicurezza della batteria.
Attraverso l'analisi dello stato di sviluppo e dei problemi esistenti della tecnologia di bilanciamento delle batterie, è proposto un piano di ottimizzazione per la tecnologia di bilanciamento intelligente,e il metodo di progettazione della struttura del circuito di bilanciamento e controllo è discusso.
In generale, il sistema di bilanciamento delle batterie dei veicoli elettrici è una parte importante dello sviluppo della tecnologia dei veicoli elettrici,e la sua ottimizzazione e miglioramento sono cruciali per le prestazioni e la sicurezza dei veicoli elettrici.
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