NOWOCZESNE AKUMULATORY TRAKCYJNEI UKŁADY BMS

TOMASZ RUDNICKIALICJA IDZIASZEK - GONZALEZ

KIELCE, 7.03.2012

2

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

3

Pakiet akumulatorów li-ion Mitsubishi i-miev , LiMn2O4 , napięcie nominalne 330V. Źródło: www.samochodyelektryczne.org

Źródło energii nowoczesnego samochodu elektrycznego jest skomplikowanym urządzeniem, zbudowanym z ok. 100 pojedynczych ogniw litowo – jonowych, które są kontrolowane przez układ BMS

4

Budowa akumulatora kwasowo-ołowiowego i reakcje zachodzące podczas ładowania i rozładowywania.

Ogólna reakcja ładowania i rozładowania w ogniwie kwasowo-ołowiowym:

OHPbSOSOHPbOPb 24422 222

Źródło: www.oeiizk.edu.plŹródło: www.elec-intro.com

5

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

zyxzy OMLiOMxLi

6

Energia

Masa akumulat

ora

Czas ładowaniastandardo

wego

Minimalna moc ładowar

ki

Czas ładowaniaszybkiego

Minimalna moc ładowar

kiRower elektryczny

1 kWh

11 kg 8 h 125 W 30 min 2 kW

Samochód elektrycznymały

16 kWh

250 kg 8 h 2 kW 30 min 32 kW

Samochód elektrycznyDuży

50 kWh

450 kg 8 h 6,25 kW 30 min 100 kW

Autobus elektrycznymiejski

200 kWh

2000 kg 8 h 25 kW 30 min 400 kW

Porównanie parametrów akumulatorów trakcyjnych dla różnych typów pojazdów

7

Podstawowe funkcje ładowarki przeznaczonej do akumulatorów Li-ion:

• dostarczanie ładunku do akumulatora• utrzymywanie odpowiednich warunków ładowania –

stabilizacja• zatrzymanie ładowania w ściśle określonym momencie

8

Maksymalna szybkość ładowania jest ograniczona ponieważ reakcje chemiczne w ogniwie podczas ładowania nie mogą zaistnieć natychmiastowo.

9

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

10

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

11

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.

12

Charakterystyka ładowania akumulatora litowo-jonowego z automatycznym balansowaniem ogniw (przy wykorzystaniu układu bq77pl900).Źródło: www.ti.com

Źródło: www.ti.com

13

Rodzaje architektur systemu BMS• scentralizowana• rozproszona, modułowaW 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.

14

Schemat blokowy scentralizowanego systemu BMS (dla baterii 36V) w którym zastosowano układ bq77pl900 od Texas Instruments. Źródło: www.ti.com

15

Schemat blokowy systemu BMS przeznaczonego dla akumulatorów wysokonapięciowych.Źródło: www.ti.com

16

Literatura

1. Larminie J., Lowry J. „Electric Vehicle Technology Explained”,2. Pistoia G. „Electric and Hybrid Vehicles3. www.mpoweruk.com4. www.ti.com

17

Dziękuję za uwagę