Fallstudie eines in Elektrofahrzeugen verwendeten Batterieaktiven Ausgleichssystems

In den letzten Jahren hat sich der Markt für neue Energiefahrzeuge mit zunehmendem Umweltbewusstsein und politischer Unterstützung rasant entwickelt.Unter vielen neuen Energiefahrzeugen sind Elektrofahrzeuge aufgrund ihrer emissionsfreien und geräuscharmen Eigenschaften zum Mainstream der Entwicklung geworden.

Als eine der Kernkomponenten von Elektrofahrzeugen hat die Leistung des Batteriepakets direkten Einfluss auf wichtige Indikatoren wie die Reichweite und Sicherheit von Elektrofahrzeugen.Daher ist die Batteriepack-Balancing-Technologie auch zu einem der Hotspots in der Elektrofahrzeugforschung geworden.

Der Hauptzweck der Akku-Balancing-Technologie besteht darin, die Ladung, Spannung und andere Parameter zwischen den einzelnen Zellen im Akku-Pack auszugleichen, um eine Verkürzung der Lebensdauer des gesamten Akku-Packs oder sogar eine Überlastung des Akku-Packs zu vermeiden zu wenig Leistung in einer Zelle.Sicherheitsvorfall.

Die herkömmliche Technologie zum Ausbalancieren von Batteriepaketen umfasst hauptsächlich zwei Methoden: passives Ausbalancieren und aktives Ausbalancieren.

Beim passiven Ausgleich wird ein Ausgleich durch die Verwendung einer Ausgleichsschaltung zum Entladen oder Laden der Batterie erreicht. Allerdings ist die Ausgleichseffizienz gering und Probleme wie Überladung und Tiefentladung können nicht vermieden werden.Beim aktiven Balancing wird der Balancing durch eine gezielte Steuerung der Batterie erreicht, die Umsetzung ist jedoch schwierig und die Steuerungsstrategie komplex.

Um die oben genannten Probleme zu lösen, schlug Enerkey eine Batteriepack-Ausgleichslösung vor, die auf einer dynamischen Spannungsausgleichsstrategie basiert.Diese Lösung analysiert die Ursachen von Spannungsunterschieden innerhalb des Batteriepakets und entwirft einen Steuerungsalgorithmus, der die Ausgleichsstrategie des Batteriepakets während des Betriebs adaptiv anpassen kann.

Dieser Algorithmus kann das Gleichgewicht des Batteriepakets gemäß der dynamischen Spannungsausgleichsstrategie basierend auf der Echtzeitüberwachung der Spannung und Leistung jeder Zelle im Batteriepaket realisieren und gleichzeitig Probleme wie Überschwingen und Tiefentladung vermeiden.Abschließend wurde die Wirksamkeit des Systems durch Experimente überprüft.

Forschungsstand der Batteriepack-Balancing-Technologie
Die Forschung zur Technologie zum Ausbalancieren von Batteriepaketen begann in den 1980er Jahren.Mit dem Aufkommen neuer Energiefahrzeuge hat es immer mehr Aufmerksamkeit erhalten.

Die Akku-Balancing-Technologie zielt darauf ab, das Ladungsgleichgewicht zwischen den einzelnen Zellen im Akku-Pack aufrechtzuerhalten und einen Kapazitätsverlust und eine verkürzte Lebensdauer des Akkus aufgrund ungleichmäßiger Ladung zu vermeiden.Derzeit hat die Forschung zur Batteriepack-Balancing-Technologie viele Ergebnisse erzielt, darunter vor allem die folgenden Aspekte.

1. Traditionelle Auswuchttechnologie

Bei der traditionellen Batteriepack-Ausgleichstechnologie werden zum Ausbalancieren hauptsächlich Komponenten wie Widerstände, Relais und Thyristoren verwendet.Das Prinzip besteht darin, die einzelnen Zellen im Batteriepaket mit hoher Spannung über Widerstände, Relais und andere Komponenten zu entladen, um die gleiche Spannung wie im Batteriepaket zu erreichen.Niedriger Einzelzellenausgleichszweck.

Die traditionelle Auswuchttechnologie bietet Vorteile wie Einfachheit, Zuverlässigkeit und niedrige Kosten, weist jedoch Nachteile wie eine geringe Auswuchteffizienz und große Energieverschwendung auf.

2. Intelligente Auswuchttechnologie

Die intelligente Auswuchttechnik steht in den letzten Jahren im Fokus der Forschung zur Batteriepack-Auswuchttechnik.Es nutzt fortschrittliche elektronische Technologie und Algorithmen, um jede einzelne Zelle im Akkupack präzise zu steuern und zu verwalten.Die intelligente Auswuchttechnologie wird hauptsächlich in zwei Methoden unterteilt: passives Auswuchten und aktives Auswuchten.

Beim passiven Balancing wird hauptsächlich der Zweck des Balancierens des Akkupacks durch Anpassen der Parameter während des Lade- und Entladevorgangs des Akkupacks erreicht.

Beim aktiven Balancieren werden Komponenten wie Steuerkreise und Sensoren zum Akkupack hinzugefügt, um den Status jeder einzelnen Zelle in Echtzeit zu überwachen und zu steuern und so den Zweck des Balancierens des Akkupacks zu erreichen.Intelligente Auswuchttechnologie bietet die Vorteile einer hohen Auswuchteffizienz, einer hohen Energieausnutzung und einer guten Sicherheit.

3. Energiemanagementtechnologie

Energiemanagementtechnologie bezieht sich auf die optimale Verwaltung und Planung von Batteriepacks auf der Grundlage der Batteriepack-Balancing-Technologie und unter umfassender Berücksichtigung von Faktoren wie Leistungsmerkmalen von Batteriepacks, Fahrzeugbetriebsbedingungen und Energiebedarf.

Die Energiemanagementtechnologie umfasst Energievorhersage, Schätzung der Batteriekapazität, Diagnose des Batteriezustands usw. Durch präzise Verwaltung und Steuerung des Batteriepakets kann die Lebensdauer des Batteriepakets verlängert, die Energienutzung und die Sicherheit verbessert werden.

Design und Optimierung eines neuen Batteriepaket-Ausgleichssystems für Elektrofahrzeuge
Das Design und die Optimierung des neuen Batteriepaket-Ausgleichssystems für Elektrofahrzeuge zielt darauf ab, die Effizienz und Energienutzung des Batteriepaket-Ausgleichs zu verbessern und gleichzeitig die Sicherheit von Elektrofahrzeugen zu gewährleisten.Das Design und die Optimierung des neuen Ausgleichssystems für Batteriepakete von Elektrofahrzeugen umfassen hauptsächlich die folgenden Aspekte.

1. Entwurf der Ausgleichsschaltung

Der Batteriepaket-Ausgleichsschaltkreis ist die Kernkomponente des Batteriepaket-Ausgleichssystems für Elektrofahrzeuge.Der Schlüssel zu seinem Design liegt in der Ausgewogenheit von Effizienz, Energienutzung und Sicherheit.Bei der Gestaltung der Ausgleichsschaltung des Batteriepacks müssen die Eigenschaften und Arbeitsbedingungen des Batteriepacks umfassend berücksichtigt und geeignete Ausgleichslösungen und Ausgleichsstrategien übernommen werden.Die folgenden Aspekte müssen während des Designprozesses berücksichtigt werden:

Auswahl der Auswuchtstrategie: Sowohl die traditionelle Auswuchttechnologie als auch die intelligente Auswuchttechnologie haben ihre Vor- und Nachteile, und die geeignete Auswuchtstrategie sollte entsprechend der spezifischen Situation ausgewählt werden.

Die Struktur des Ausgleichskreises: Der strukturelle Aufbau des Ausgleichskreises muss den Anforderungen einer hohen Ausgleichseffizienz, einer hohen Energieausnutzung, Sicherheit und Zuverlässigkeit des Batteriesatzes gerecht werden.Zu den häufig verwendeten Ausgleichsschaltungsstrukturen gehören Widerstandsspannungsteilungsausgleich, Schalterausgleich, Wechselstromausgleich usw.

Steuerung des Ausgleichsschaltkreises: Die Steuerung des Ausgleichsschaltkreises erfordert eine Echtzeitüberwachung von Parametern wie Spannung und Temperatur jeder einzelnen Zelle im Batteriepack sowie eine Steuerung und Anpassung gemäß der eingestellten Ausgleichsstrategie.

2. Entwurf eines Energiemanagementsystems

Das Energiemanagementsystem ist ein weiterer wichtiger Bestandteil des Batteriepaket-Balancing-Systems von Elektrofahrzeugen.Es soll die Energieausnutzung des Batteriepakets optimieren, die Lebensdauer des Batteriepakets verlängern und die Sicherheit von Elektrofahrzeugen gewährleisten.Bei der Gestaltung des Energiemanagementsystems müssen folgende Aspekte umfassend berücksichtigt werden:

Auswahl von Energiemanagementstrategien: Zu den Energiemanagementstrategien gehören Ladestrategien, Entladestrategien und Lastkontrollstrategien.Unterschiedliche Energiemanagementstrategien haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Lebensdauer und Energienutzung des Batteriesatzes.

Steuerung des Energiemanagementsystems: Die Steuerung des Energiemanagementsystems erfordert eine Echtzeitüberwachung des Status und der Energieänderungen jeder einzelnen Zelle im Batteriepack sowie eine Steuerung und Anpassung gemäß der festgelegten Energiemanagementstrategie.

Optimierung des Energiemanagementsystems: Durch sorgfältige Verwaltung und Planung von Batteriepaketen können die Energienutzung und Lebensdauer der Batteriepakete optimiert und die Leistung und Sicherheit von Elektrofahrzeugen verbessert werden.

3. Design des Batteriepack-Sicherheitsschutzsystems

Das Batteriepack-Sicherheitsschutzsystem ist ein weiterer wichtiger Bestandteil des Batteriepack-Ausgleichssystems für Elektrofahrzeuge, das die Sicherheit von Elektrofahrzeugen gewährleisten soll.Das Sicherheitsschutzsystem des Akkupacks umfasst hauptsächlich Überladeschutz, Überentladungsschutz, Kurzschlussschutz, Übertemperaturschutz und andere Funktionen.Durch die Echtzeitüberwachung und den Schutz des Akkupacks können gefährliche Unfälle im Akkupack vermieden werden.

Theoretische Forschung zum Design von Batteriepack-Ausgleichssystemen
1. Analyse der Ursachen von Spannungsunterschieden innerhalb des Akkupacks

Der interne Spannungsunterschied des Akkupacks ist hauptsächlich auf Unterschiede im Innenwiderstand, der elektrochemischen Reaktionsgeschwindigkeit und anderen Faktoren zwischen einzelnen Zellen zurückzuführen.

Im tatsächlichen Betrieb kommt es aufgrund der unterschiedlichen Lebensdauer und Anzahl der Lade- und Entladezyklen verschiedener Zellen zu unterschiedlichen Innenwiderständen der Zellen, was wiederum zu Unterschieden in der Innenspannung des Akkupacks führt.Aufgrund des Selbstentladungsphänomens des Akkus führt eine längere Platzierung außerdem dazu, dass die Leistung des Akkus abnimmt, was zu Spannungsunterschieden innerhalb des Akkupacks führt.

2. Dynamische Spannungsausgleichsstrategie

Die dynamische Spannungsausgleichsstrategie ist eine Steuerstrategie, die die Ausgleichsstrategie des Batteriepacks während des Betriebs adaptiv anpassen kann.Diese Strategie passt den Arbeitsstatus der Ausgleichsschaltung dynamisch entsprechend der Spannung und Leistung jeder Zelle im Batteriepaket an, um ein Gleichgewicht des Batteriepakets zu erreichen und Probleme wie Überschwingen und Tiefentladung zu vermeiden.

Im Hinblick auf die konkrete Implementierung unterteilen wir das Batteriepack-Ausgleichssystem in zwei Teile: den Ausgleichscontroller und die Ausgleichsschaltung.Der Ausgleichscontroller überwacht die Spannung und Leistung jeder Zelle im Batteriepack in Echtzeit, berechnet den Arbeitsstatus des Ausgleichsschaltkreises basierend auf der dynamischen Spannungsausgleichsstrategie und steuert dann den Schaltstatus des Ausgleichsschaltkreises, um einen Ausgleich zu erreichen Batteriepack.

3. Kontrollalgorithmus

Der Kern der dynamischen Spannungsausgleichsstrategie ist der Steueralgorithmus.Wir haben einen Batteriepack-Ausgleichsregler entwickelt, der auf einem PID-Regelalgorithmus basiert.Dieser Controller kann die Spannung und Leistung jeder Zelle im Akkupack ausgleichen, wenn die Spannungsdifferenz innerhalb des Akkupacks gering ist, und verhindert so das Auftreten von Überschwingern, Tiefentladungen und anderen Problemen.

Zu den Eingangsparametern des Controllers gehören die Spannung und Leistung jeder Zelle im Batteriepack.Durch Echtzeitüberwachung und Analyse dieser Parameter kann der Arbeitsstatus der Ausgleichsschaltung berechnet und so das Gleichgewicht des Batteriepakets erreicht werden.

Im Hinblick auf die spezifische Implementierung haben wir den PID-Regelungsalgorithmus übernommen und einen Rückkopplungsmechanismus und eine Fuzzy-Regelung hinzugefügt, um Regelgenauigkeit und Regelwirkung sicherzustellen.Unter anderem kann der Rückkopplungsmechanismus die Parameter des Regelalgorithmus dynamisch entsprechend dem Ausgangszustand des Ausgleichsreglers anpassen und so eine präzisere Ausgleichsregelung erreichen.

Darüber hinaus haben wir unterschiedliche Steueralgorithmen für verschiedene Arten von Batteriepaketen entwickelt.Beispielsweise muss der Steuerungsalgorithmus für einen Lithiumbatteriesatz Faktoren wie die chemische Reaktionsgeschwindigkeit innerhalb des Batteriesatzes sowie die Lade- und Entladeeigenschaften der Lithiumbatterie berücksichtigen, um entsprechende Ausgleichsstrategien und Steuerungsalgorithmen zu formulieren.

Experimentelle Überprüfung
Um die Wirksamkeit des vorgeschlagenen Batteriepaket-Ausgleichssystems zu überprüfen, haben wir eine Reihe von Experimenten durchgeführt.Zunächst haben wir verschiedene Arten von Akkus getestet, darunter Blei-Säure-, Nickel-Metallhydrid- und Lithium-Akkus.

Mithilfe von Statistiken und der Analyse experimenteller Daten haben wir herausgefunden, dass die vorgeschlagene dynamische Spannungsausgleichsstrategie und der Steuerungsalgorithmus das Gleichgewicht des Batteriepakets effektiv erreichen und Überschwingen, Tiefentladung und andere Probleme vermeiden können.

Zweitens führten wir Langzeitexperimente durch.Im Experiment haben wir den Akku in verschiedenen Umgebungen platziert, verschiedene Nutzungsszenarien simuliert und dann die Leistung des Akkus überwacht.

Mithilfe von Statistiken und der Analyse experimenteller Daten haben wir herausgefunden, dass das vorgeschlagene Ausgleichssystem für Batteriepakete eine hohe Zuverlässigkeit und Stabilität aufweist und die Anforderungen der Verwendung in verschiedenen Szenarien erfüllen kann.

Abschließend führten wir auch praktische Anwendungsversuche durch.Wir haben das vorgeschlagene Batteriepaket-Ausgleichssystem auf ein neues Elektrofahrzeug angewendet und eine Testfahrt auf der Straße durchgeführt.Durch die Analyse von Testfahrtdaten haben wir festgestellt, dass die Leistung von Elektrofahrzeugen deutlich verbessert wurde, einschließlich Reichweite, Beschleunigungsleistung und anderen Aspekten.

Mit der rasanten Entwicklung von Elektrofahrzeugen hat die Erforschung und Optimierung von Batteriepaket-Ausgleichssystemen zunehmende Aufmerksamkeit erhalten.Wir konzentrierten uns auf die Forschung zum Batteriepaket-Ausgleichssystem von Elektrofahrzeugen und führten eine ausführliche Diskussion über die Batteriepaket-Ausgleichstechnologie, das Energiemanagementsystem und das Batteriepaket-Sicherheitsschutzsystem.

Durch die Analyse des Entwicklungsstands und bestehender Probleme der Ausgleichstechnologie für Batteriepacks wird ein Optimierungsplan für die intelligente Ausgleichstechnologie vorgeschlagen und die Entwurfsmethode für die Struktur und Steuerung der Ausgleichsschaltung diskutiert.

Im Allgemeinen ist das Ausgleichssystem für die Batteriepakete von Elektrofahrzeugen ein wichtiger Teil der Entwicklung der Elektrofahrzeugtechnologie, und seine Optimierung und Verbesserung sind für die Leistung und Sicherheit von Elektrofahrzeugen von entscheidender Bedeutung.