Ces dernières années, avec le renforcement de la sensibilisation à l’environnement et le soutien politique, le marché des véhicules à énergie nouvelle s’est développé rapidement.Parmi les nombreux véhicules à énergie nouvelle, les véhicules électriques sont devenus le courant dominant du développement en raison de leurs caractéristiques zéro émission et de leur faible niveau sonore.
En tant que l'un des composants essentiels des véhicules électriques, les performances de la batterie affectent directement des indicateurs importants tels que l'autonomie de croisière et la sécurité des véhicules électriques.Par conséquent, la technologie d’équilibrage des batteries est également devenue l’un des points chauds de la recherche sur les véhicules électriques.
L'objectif principal de la technologie d'équilibrage des batteries est d'équilibrer la charge, la tension et d'autres paramètres entre les cellules individuelles de la batterie, afin d'éviter de réduire la durée de vie de l'ensemble de la batterie ou même de provoquer une charge excessive ou excessive. trop peu de puissance dans une cellule.incident de sécurité.
La technologie traditionnelle d’équilibrage des batteries comprend principalement deux méthodes : l’équilibrage passif et l’équilibrage actif.
L'équilibrage passif réalise l'équilibrage en utilisant un circuit d'équilibrage pour décharger ou charger la batterie, mais son efficacité d'équilibrage est faible et il ne peut pas éviter des problèmes tels qu'une surcharge et une décharge excessive.L'équilibrage actif réalise l'équilibrage grâce à un contrôle ciblé de la batterie, mais sa mise en œuvre est difficile et la stratégie de contrôle est complexe.
Afin de résoudre les problèmes ci-dessus, Enerkey a proposé une solution d'équilibrage des batteries basée sur une stratégie d'équilibrage de tension dynamique.Cette solution analyse les causes des différences de tension au sein du bloc de batterie et conçoit un algorithme de contrôle capable d'ajuster de manière adaptative la stratégie d'équilibrage du bloc de batterie pendant le fonctionnement.
Cet algorithme peut réaliser l'équilibre du bloc de batterie selon la stratégie d'équilibrage de tension dynamique basée sur la surveillance en temps réel de la tension et de la puissance de chaque cellule à l'intérieur du bloc de batterie, tout en évitant des problèmes tels qu'un dépassement et une décharge excessive.Enfin, l'efficacité du dispositif a été vérifiée par des expériences.
État de la recherche sur la technologie d’équilibrage des batteries
La recherche sur la technologie d’équilibrage des batteries a débuté dans les années 1980.Avec la montée en puissance des véhicules à énergies nouvelles, ce sujet fait l’objet de plus en plus d’attention.
La technologie d’équilibrage des batteries vise à maintenir l’équilibre de charge entre les cellules individuelles de la batterie et à éviter une diminution de la capacité de la batterie et une durée de vie raccourcie en raison d’une charge inégale.À l'heure actuelle, la recherche sur la technologie d'équilibrage des batteries a obtenu de nombreux résultats, notamment les aspects suivants.
1. Technologie d'équilibrage traditionnelle
La technologie traditionnelle d’équilibrage des batteries utilise principalement des composants tels que des résistances, des relais et des thyristors pour l’équilibrage.Le principe est de décharger les cellules individuelles à haute tension dans la batterie via des résistances, des relais et d'autres composants pour obtenir la même tension que la batterie.Faible objectif d’équilibrage d’une seule cellule.
La technologie d'équilibrage traditionnelle présente les avantages de la simplicité, de la fiabilité et du faible coût, mais elle présente des inconvénients tels qu'une faible efficacité d'équilibrage et un gaspillage d'énergie important.
2. Technologie d'équilibrage intelligente
La technologie d’équilibrage intelligente est au centre des recherches sur la technologie d’équilibrage des batteries ces dernières années.Il utilise une technologie électronique et des algorithmes avancés pour contrôler et gérer avec précision chaque cellule de la batterie.La technologie d’équilibrage intelligent est principalement divisée en deux méthodes : l’équilibrage passif et l’équilibrage actif.
L'équilibrage passif atteint principalement l'objectif d'équilibrer la batterie en ajustant les paramètres pendant le processus de charge et de décharge de la batterie.
L'équilibrage actif ajoute des composants tels que des circuits de contrôle et des capteurs au bloc de batterie pour surveiller et contrôler l'état de chaque cellule en temps réel, atteignant ainsi l'objectif d'équilibrer le bloc de batterie.La technologie d'équilibrage intelligente présente les avantages d'une efficacité d'équilibrage élevée, d'une utilisation élevée de l'énergie et d'une bonne sécurité.
3. Technologie de gestion de l'énergie
La technologie de gestion de l'énergie fait référence à la gestion et à la planification optimales des blocs-batteries basées sur la technologie d'équilibrage des blocs-batteries et en tenant compte de manière globale de facteurs tels que les caractéristiques de performance des blocs-batteries, les conditions de fonctionnement du véhicule et la demande en énergie.
La technologie de gestion de l'énergie comprend la prévision de l'énergie, l'estimation de la capacité de la batterie, le diagnostic de l'état de santé de la batterie, etc. Grâce à une gestion et un contrôle précis de la batterie, la durée de vie de la batterie peut être prolongée, l'utilisation de l'énergie et la sécurité améliorées.
Conception et optimisation d'un nouveau système d'équilibrage de batteries de véhicules électriques
La conception et l'optimisation du nouveau système d'équilibrage des batteries de véhicules électriques visent à améliorer l'efficacité et l'utilisation de l'énergie de l'équilibrage des batteries tout en garantissant la sécurité des véhicules électriques.La conception et l'optimisation du nouveau système d'équilibrage des batteries de véhicules électriques comprennent principalement les aspects suivants.
1. Conception du circuit d'équilibrage
Le circuit d’équilibrage de la batterie est le composant central du système d’équilibrage de la batterie du véhicule électrique.La clé de sa conception réside dans l’équilibre entre l’efficacité, l’utilisation de l’énergie et la sécurité.La conception du circuit d'équilibrage du bloc de batterie doit prendre en compte de manière exhaustive les caractéristiques et les conditions de fonctionnement du bloc de batterie, et adopter des solutions et des stratégies d'équilibrage appropriées.Les aspects suivants doivent être pris en compte lors du processus de conception :
Sélection de la stratégie d'équilibrage : la technologie d'équilibrage traditionnelle et la technologie d'équilibrage intelligente ont leurs avantages et leurs inconvénients, et la stratégie d'équilibrage appropriée doit être sélectionnée en fonction de la situation spécifique.
La structure du circuit d'équilibrage : La conception structurelle du circuit d'équilibrage doit répondre aux exigences d'efficacité d'équilibrage élevée, d'utilisation élevée d'énergie, de sécurité et de fiabilité du bloc de batterie.Les structures de circuits d'équilibrage couramment utilisées comprennent l'équilibrage de division de tension de résistance, l'équilibrage de commutateur, l'équilibrage CA, etc.
Contrôle du circuit d'équilibrage : Le contrôle du circuit d'équilibrage nécessite une surveillance en temps réel de paramètres tels que la tension et la température de chaque cellule de la batterie, ainsi qu'un contrôle et un ajustement en fonction de la stratégie d'équilibrage définie.
2. Conception du système de gestion de l'énergie
Le système de gestion de l’énergie est un autre élément important du système d’équilibrage des batteries des véhicules électriques.Il est conçu pour optimiser l’utilisation de l’énergie de la batterie, prolonger la durée de vie de la batterie et assurer la sécurité des véhicules électriques.La conception du système de gestion de l’énergie doit prendre en compte de manière globale les aspects suivants :
Sélection de stratégies de gestion de l'énergie : les stratégies de gestion de l'énergie comprennent des stratégies de charge, des stratégies de décharge et des stratégies de contrôle de charge.Différentes stratégies de gestion de l'énergie ont des impacts différents sur la durée de vie et l'utilisation de l'énergie de la batterie.
Contrôle du système de gestion de l'énergie : Le contrôle du système de gestion de l'énergie nécessite une surveillance en temps réel de l'état et des changements d'énergie de chaque cellule de la batterie, ainsi qu'un contrôle et un ajustement en fonction de la stratégie de gestion de l'énergie définie.
Optimisation du système de gestion de l'énergie : grâce à une gestion et une planification minutieuses des blocs-batteries, l'utilisation de l'énergie et la durée de vie du bloc-batterie peuvent être optimisées, et les performances et la sécurité des véhicules électriques peuvent être améliorées.
3. Conception du système de protection de sécurité de la batterie
Le système de protection de sécurité des batteries est un autre élément important du système d’équilibrage des batteries des véhicules électriques, conçu pour assurer la sécurité des véhicules électriques.Le système de protection de sécurité de la batterie comprend principalement une protection contre les surcharges, une protection contre les décharges excessives, une protection contre les courts-circuits, une protection contre la surchauffe et d'autres fonctions.Grâce à la surveillance et à la protection en temps réel de la batterie, les accidents dangereux dans la batterie peuvent être évités.
Recherche théorique sur la conception du système d'équilibrage des batteries
1. Analyse des causes des différences de tension au sein de la batterie
La différence de tension interne de la batterie est principalement due aux différences de résistance interne, de taux de réaction électrochimique et d'autres facteurs entre les cellules individuelles.
En fonctionnement réel, en raison de la durée de vie différente et du nombre de cycles de charge et de décharge des différentes cellules, la résistance interne des cellules est différente, ce qui entraîne des différences dans la tension interne du bloc de batterie.De plus, en raison du phénomène d'autodécharge de la batterie, un placement à long terme entraînera une diminution de la puissance de la batterie, entraînant des différences de tension au sein de la batterie.
2. Stratégie d'équilibrage dynamique de la tension
La stratégie d'équilibrage dynamique de la tension est une stratégie de contrôle qui peut ajuster de manière adaptative la stratégie d'équilibrage du bloc de batterie pendant le fonctionnement.Cette stratégie ajuste dynamiquement l'état de fonctionnement du circuit d'équilibrage en fonction de la tension et de la puissance de chaque cellule à l'intérieur du bloc de batterie pour atteindre l'équilibre du bloc de batterie et éviter des problèmes tels qu'un dépassement excessif et une décharge excessive.
En termes de mise en œuvre spécifique, nous divisons le système d’équilibrage des batteries en deux parties : le contrôleur d’équilibrage et le circuit d’équilibrage.Le contrôleur d'équilibrage surveille la tension et la puissance de chaque cellule à l'intérieur du bloc de batterie en temps réel, calcule l'état de fonctionnement du circuit d'équilibrage en fonction de la stratégie d'équilibrage de tension dynamique, puis contrôle l'état de commutation du circuit d'équilibrage pour obtenir l'équilibrage du batterie.
3.Algorithme de contrôle
L’algorithme de contrôle est au cœur de la stratégie d’équilibrage dynamique de la tension.Nous avons conçu un contrôleur d'équilibrage de batterie basé sur l'algorithme de contrôle PID.Ce contrôleur peut équilibrer la tension et la puissance de chaque cellule du bloc de batterie lorsque la différence de tension au sein du bloc de batterie est faible, empêchant ainsi les dépassements, les décharges excessives et d'autres problèmes.
Les paramètres d'entrée du contrôleur incluent la tension et la puissance de chaque cellule à l'intérieur de la batterie.Grâce à la surveillance et à l'analyse en temps réel de ces paramètres, l'état de fonctionnement du circuit d'équilibrage peut être calculé, réalisant ainsi l'équilibrage du bloc de batterie.
En termes de mise en œuvre spécifique, nous avons adopté l'algorithme de contrôle PID et ajouté un mécanisme de rétroaction et un contrôle flou pour garantir la précision et l'effet du contrôle.Parmi eux, le mécanisme de rétroaction peut ajuster dynamiquement les paramètres de l'algorithme de contrôle en fonction de l'état de sortie du contrôleur d'égalisation, obtenant ainsi un contrôle d'égalisation plus précis.
De plus, nous avons conçu différents algorithmes de contrôle pour différents types de batteries.Par exemple, l'algorithme de contrôle d'un bloc de batterie au lithium doit prendre en compte des facteurs tels que la vitesse de réaction chimique à l'intérieur du bloc de batterie, ainsi que les caractéristiques de charge et de décharge de la batterie au lithium, afin de formuler des stratégies d'équilibrage et des algorithmes de contrôle correspondants.
Vérification expérimentale
Afin de vérifier l’efficacité du système d’équilibrage des batteries proposé, nous avons mené une série d’expériences.Tout d’abord, nous avons testé différents types de batteries, notamment au plomb, au nickel-hydrure métallique et au lithium.
Grâce aux statistiques et à l'analyse des données expérimentales, nous avons constaté que la stratégie d'équilibrage de tension dynamique et l'algorithme de contrôle proposés peuvent atteindre efficacement l'équilibre de la batterie et éviter les dépassements, les décharges excessives et d'autres problèmes.
Deuxièmement, nous avons mené des expériences de longue durée.Dans l'expérience, nous avons placé la batterie dans différents environnements, simulé différents scénarios d'utilisation, puis surveillé les performances de la batterie.
Grâce à des statistiques et à l'analyse de données expérimentales, nous avons constaté que le système d'équilibrage de batterie proposé présente une fiabilité et une stabilité élevées et peut répondre aux besoins d'utilisation dans différents scénarios.
Enfin, nous avons également mené des expériences d’application pratiques.Nous avons appliqué le système d'équilibrage de batterie proposé à un nouveau véhicule électrique et effectué un essai routier.Grâce à l'analyse des données d'essais routiers, nous avons constaté que les performances des véhicules électriques ont été considérablement améliorées, notamment l'autonomie de croisière, les performances d'accélération et d'autres aspects.
Avec le développement rapide des véhicules électriques, la recherche et l’optimisation des systèmes d’équilibrage des batteries font l’objet d’une attention croissante.En nous concentrant sur la recherche sur le système d'équilibrage des batteries des véhicules électriques, nous avons mené une discussion approfondie sur la technologie d'équilibrage des batteries, le système de gestion de l'énergie et le système de protection de sécurité des batteries.
En analysant l'état de développement et les problèmes existants de la technologie d'équilibrage des blocs-batteries, un plan d'optimisation pour la technologie d'équilibrage intelligente est proposé et la méthode de conception de la structure et du contrôle du circuit d'équilibrage est discutée.
En général, le système d’équilibrage des batteries des véhicules électriques constitue une partie importante du développement de la technologie des véhicules électriques, et son optimisation et son amélioration sont cruciales pour les performances et la sécurité des véhicules électriques.
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