¿Qué es un sistema de gestión de seguridad de baterías?
gestión de seguridad
El sistema de gestión de seguridad de la batería garantiza principalmente el funcionamiento seguro y eficiente del paquete de baterías, evitando que se incendie debido a las altas temperaturas o falle debido a las bajas temperaturas. Debido a que el paquete de baterías es un dispositivo de alto-voltaje, un sistema de protección de aislamiento de alto-voltaje es esencial para garantizar la seguridad de los ocupantes del vehículo y de los peatones. El sistema de gestión de seguridad de la batería debe poder maximizar el rendimiento tanto de la batería como del vehículo y al mismo tiempo garantizar el funcionamiento seguro del vehículo. El desarrollo de sistemas de gestión de seguridad de baterías es de gran importancia para garantizar la seguridad de la vida y la propiedad y promover el desarrollo de vehículos eléctricos.
Sistema de prueba de aislamiento de alto-voltaje
Los dispositivos de almacenamiento de energía de los vehículos eléctricos, como paquetes de baterías, pilas de combustible o supercondensadores, funcionan a voltajes que exceden con creces el rango de voltaje seguro para el cuerpo humano; Algunos autobuses eléctricos incluso tienen paquetes de baterías que funcionan a 600 V. El rendimiento de aislamiento de los materiales aislantes del vehículo se deteriora gradualmente durante el uso debido al desgaste, y el aumento de humedad también reduce el rendimiento de aislamiento entre la batería de alto-voltaje y el chasis. Cuando la capa de aislamiento de los terminales positivo y negativo de la batería se desgasta y entra en contacto con el chasis, se crea un bucle de corriente de fuga que afecta el funcionamiento del controlador del motor y otros aparatos eléctricos de bajo-voltaje e incluso pone en peligro la seguridad de los pasajeros. Cuando el aislamiento entre varios puntos del circuito del paquete de baterías y el chasis envejece, se produce una autodescarga y acumulación de energía, lo que puede provocar un incendio en casos graves. Para garantizar el funcionamiento seguro del vehículo, se debe instalar un dispositivo de detección del rendimiento del aislamiento para monitorear la resistencia del aislamiento entre el sistema de alto-voltaje y el chasis en tiempo real.
Los métodos de prueba de aislamiento más utilizados incluyen:
1. Método de medición de fugas directas
En sistemas DC, este es el método más sencillo y práctico. Configure un multímetro al rango actual y conéctelo en serie entre el terminal positivo de la batería y la carcasa del dispositivo (o tierra). Esto detectará la corriente de fuga entre el terminal negativo del paquete de baterías y la carcasa. De manera similar, se puede conectar en serie entre el terminal negativo y la carcasa para detectar la corriente de fuga entre el terminal positivo y la carcasa. Este método es simple y fácil de implementar, y se usa comúnmente en-detección de fallas en sitio e inspecciones rutinarias de vehículos.
2. Método de detección de corriente
Un sensor de corriente de efecto Hall es un método común para detectar fugas en sistemas de CC de alto-voltaje. Los buses de energía positivo y negativo del sistema de batería pasan juntos en la misma dirección a través del sensor de corriente. Cuando no hay corriente de fuga, la corriente que fluye desde el terminal positivo es igual a la corriente que regresa al terminal negativo. Por lo tanto, la corriente que pasa a través del sensor de corriente es cero y el voltaje de salida del sensor de corriente es cero. Cuando se produce una fuga, el voltaje de salida actual del sensor no es cero. El signo de este voltaje se puede utilizar para determinar aún más si la corriente de fuga se origina en el terminal positivo o negativo de la fuente de alimentación. Sin embargo, este método de prueba requiere que el paquete de baterías bajo prueba esté operativo y que la corriente entre y salga. No puede evaluar el rendimiento del aislamiento del sistema de batería a tierra en condiciones sin-carga.
3. Método de medición del medidor de resistencia de aislamiento
Este método utiliza un medidor de resistencia de aislamiento para medir el valor de resistencia del aislamiento. Un medidor de resistencia de aislamiento, comúnmente conocido como megaóhmetro, suele funcionar con un generador de manivela -manivela, por lo que también se le llama megaóhmetro. Su escala se basa en la resistencia de aislamiento y es un instrumento de medición comúnmente utilizado en ingeniería eléctrica. Su principio de funcionamiento se muestra en la Figura 8-29.
El instrumento funciona excitando el dispositivo o red bajo prueba con un voltaje, luego midiendo la corriente generada por la excitación y usando la ley de Ohm para medir la resistencia. El medidor de resistencia de aislamiento consta principalmente de dos partes: un generador-de manivela y un medidor de relación magnetoeléctrico. Al girar la manija, el generador-de manivela genera alto voltaje de CA, que es rectificado por un diodo para proporcionar alto voltaje de CC para la medición. Luego, el medidor de relación magnetoeléctrica mide la relación entre la corriente en la bobina de voltaje y la bobina de corriente, y el indicador de puntero indica la escala de resistencia.
Todos los tres métodos anteriores emplean equipos patentados para pruebas de corriente de fuga y resistencia de aislamiento, lo que presenta ciertas dificultades para la integración en los sistemas de gestión de baterías. Los métodos de medición de circuitos se utilizan más comúnmente en los sistemas de gestión de baterías. El principio de medición de aislamiento de tensión CC comúnmente utilizado se muestra en la Figura 8-30.
En este diagrama de bloques, R₁, R₂, R₃ y R₄ son resistencias de alta-resistencia (p. ej., 500 kΩ o más), lo que garantiza que el nivel de aislamiento no disminuya artificialmente durante la medición. Rₙ y Rₚ son las resistencias de aislamiento de los terminales positivo y negativo del paquete de batería de alimentación a la carrocería del vehículo, respectivamente. R' y R" son resistencias divisoras de voltaje con resistencias pequeñas (por ejemplo, alrededor de 2000 Ω), lo que permite que el chip de conversión A-D obtenga señales analógicas de nivel mV-a través de ellas.
Cuando el interruptor S está apagado, los valores de voltaje en Rₙ y Rₚ se pueden obtener a través del chip de medición, lo que lleva a la siguiente ecuación:
En la fórmula, V₁ y V₂ representan los voltajes a tierra de las barras colectoras positiva y negativa cuando el interruptor S está abierto.
De manera similar, cuando el interruptor S está cerrado, se puede obtener otra ecuación:
En la fórmula, V'₁ y V'₂ representan los voltajes de barra colectora positivos y negativos a tierra cuando S está cerrado.
Dado que se conocen los valores de resistencia de las resistencias en serie R₁, R₂, R₃, R₄, R y R', el sistema de ecuaciones (8-5) y (8-6) se puede utilizar para resolver R₊ y R₋.
Otros métodos de medición de la resistencia de aislamiento utilizados en los sistemas de gestión de baterías incluyen el método de puente equilibrado, el método de inyección de señal de alta-frecuencia y el método de suministro de energía auxiliar. A medida que aumenta el voltaje de las baterías y sus aplicaciones se generalizan, la seguridad del aislamiento de los vehículos eléctricos se vuelve cada vez más importante y los investigadores diseñan y validan continuamente varios métodos de monitoreo del aislamiento.
Potencia máxima
SOP (Estado de energía) es la potencia máxima que una batería puede liberar o absorber dentro de un intervalo de tiempo predeterminado. La potencia máxima se utiliza para evaluar los límites de carga y descarga de una batería en diferentes estados de carga, desempeñando un papel crucial en la optimización de la combinación entre el paquete de batería y el rendimiento energético del vehículo, así como en la maximización de la función de frenado regenerativo del motor eléctrico. También tiene un valor teórico y práctico significativo para el uso racional de las baterías, evitando la sobrecarga o-descarga excesiva, mejorando la seguridad de la batería y extendiendo su vida útil. Sin embargo, la potencia máxima de la batería está sujeta a numerosas limitaciones de seguridad; sólo la potencia máxima dentro de estos límites de seguridad tiene importancia práctica. Esta sección analiza algunos parámetros de la batería que limitan la potencia máxima y explora la relación entre la seguridad de la batería y la potencia máxima.
1. Restricciones basadas en la temperatura-
La conductividad del electrolito y la actividad de los materiales del ánodo y del cátodo cambian con la temperatura, afectando así el límite superior de la potencia de carga y descarga de la batería. La velocidad de reacción de los electrodos disminuye a medida que disminuye la temperatura. La temperatura también afecta las velocidades de transporte de iones y electrones en el electrolito. Estas tasas aumentan al aumentar la temperatura y viceversa. Además, si la temperatura es demasiado alta y excede el límite de temperatura especificado, se alterará el equilibrio químico dentro de la batería, lo que provocará problemas de seguridad en la batería.
Como se muestra en la Figura 8-31, la potencia máxima de la batería cambia con la temperatura, mostrando una curva claramente no lineal. La potencia máxima disminuye a medida que disminuye la temperatura y cambia lentamente a bajas temperaturas. La potencia máxima aumenta a medida que aumenta la temperatura, pero las temperaturas excesivamente altas dificultan la disipación del calor, lo que afecta negativamente a la seguridad y la vida útil de la batería.
2. Restricciones basadas en el estado de carga (SOC)-
La restricción SOC en SOP (inicio de operación) está diseñada para evitar la sobrecarga y{0}}descarga excesiva de la batería durante el funcionamiento, lo que garantiza la seguridad de la batería. Al estudiar la relación entre la potencia máxima y el SOC, también se debe considerar la influencia de factores como la temperatura y la tasa de carga/descarga en el SOC para mejorar la precisión de la medición del SOC. Como se muestra en la Figura 8-32, con el aumento del estado de carga (SOC), la potencia de descarga aumenta mientras que la potencia de carga disminuye. Por ejemplo, dentro del mismo rango de SOC, cuando el SOC aumenta del 10% al 90%, la potencia máxima de descarga aumenta de 222W a 693W, mientras que la potencia máxima de carga disminuye de 675W a 300W. El estudio de la potencia máxima en diferentes condiciones SOC puede estimar las capacidades de carga y descarga de la batería, proporcionando datos y soporte técnico para su uso en vehículos eléctricos.
3. Restricciones basadas en la resistencia óhmica
Como se muestra en la Figura 8-33, la potencia máxima de una batería es aproximadamente inversamente proporcional a su resistencia óhmica interna. Cuanto menor sea la resistencia óhmica interna, mayor y más rápida será la salida de potencia máxima; por el contrario, cuanto mayor sea la resistencia óhmica interna, menor y más lenta será la salida de potencia máxima.
La temperatura, el estado de carga (SOC) y la resistencia interna de la batería están estrechamente relacionados con su estado de seguridad. Por lo tanto, el estado de funcionamiento (SOP) de la batería debe cumplir con las limitaciones impuestas por estos tres factores para garantizar un funcionamiento seguro y prolongar su vida útil.
