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如何通過有序充電控制策略提升電動汽車充電的安全可靠性?

更新時間:2025-03-04  |  點擊率:91

摘要:

新能源電動汽車在使用充電樁進(jìn)行充電時,極易引發(fā)起火燃燒。究其原因,充電缺乏主動充電的相應(yīng)功能,僅能遵循BMS(電池管理系統(tǒng))所發(fā)出的具體指令實施充電,當(dāng)BMS處于失效狀態(tài)時,將導(dǎo)致充電樁出現(xiàn)失控,進(jìn)而持續(xù)充電,引發(fā)動力電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng),甚至造成起火燃燒。本文簡述了新能源電動汽車充電樁的概念,淺析了直流充電系統(tǒng)概況,探究了新能源電動汽車充電樁主動充電控制策略,以期為電動汽車充電主動充電控制提供借鑒。

1.引言

當(dāng)前,電動汽車日漸普及,人們高度重視電動汽車的充電安全。充電在為電動汽車充電的過程中,充電機負(fù)責(zé)對能源進(jìn)行提供,但由電池管理系統(tǒng)對充電進(jìn)行控制,這就導(dǎo)致充電機極為被動,進(jìn)而埋下了充電安全隱患。因此,有必要積極探究新能源電動汽車充電樁主動充電控制策略,實現(xiàn)充電樁對 BMS所發(fā)出充電指令的主動鑒別,并及時處理各類異常命令,有效保障電動汽車實現(xiàn)安全充電。

2.新能源電動汽車充電樁概述

新能源電動汽車充電樁,主要負(fù)責(zé)為電動汽車提供電能,其功能與加油站相應(yīng)的加油機類似。新能源電動汽車充電樁主要在公共建筑、停車場以及充電站內(nèi)安裝,通常在地面或墻壁上進(jìn)行固定,可基于各類電壓等級,為各類型號的電動汽車進(jìn)行充電。充電相應(yīng)的輸入端直接與交流電網(wǎng)進(jìn)行連接,其輸出端則安裝有充電插頭,用于對電動汽車進(jìn)行充電。充電通常具有兩種充電方式,一種是常規(guī)充電,一種是快速充電。電動汽車車主可對充電卡進(jìn)行使用,在充電相應(yīng)的人機交互機上刷卡操作,對電動汽車進(jìn)行充電。

3.直流充電系統(tǒng)概述

直流充電系統(tǒng)主要由兩部分構(gòu)成,一部分是功率部分,一部分是控制部分。功率部分主要包括如下構(gòu)件:

①充電機。若干組充電模塊經(jīng)過并聯(lián),即組成了充電機,能實現(xiàn)對容量不同的各類動力電池相應(yīng)的充電需求的有效滿足,同時,能實現(xiàn)對輸出電壓及電流的有效調(diào)整。

②充電樁。充電樁能使充電機有效連接動力電池,并具備人機交互功能,且能實現(xiàn)刷卡計費和有效的充電控制。

③動力電池。動力電池主要負(fù)責(zé)對電動汽車提供動力,當(dāng)前,鋰電池在電動汽車相應(yīng)的動力電池中應(yīng)用較多。鋰電池實施單體串并聯(lián)的具體數(shù)量決定了動力電池的實際容量。

BMS主要對動力電池相應(yīng)的全部的單體實施電壓和溫度采集,并將采集結(jié)果作為依據(jù)對電池的SOC進(jìn)行計算,充電控制單元借助CAN通信將充電策略通知BMS。遵循充電策略,BMS對當(dāng)前充電電壓及電流進(jìn)行生成。BMS借助CAN通信將充電電壓及電流向充電控制單元進(jìn)行傳遞。充電控制單元則向功率控制單元傳遞BMS所申請的具體充電電壓值和電流值,功率控制單元則對充電機功率進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié),對充電機實際輸出的電壓以及電流值進(jìn)行控制。充電控制單元在采集輸出電壓及輸出電流的基礎(chǔ)上,對電量進(jìn)行生成,對充電進(jìn)行計費。

4.主動充電控制策略

新能源電動汽車充電樁主動充電控制策略,要求充電機能實現(xiàn)對BMS所發(fā)出的充電電壓及電流的準(zhǔn)確判斷,并對BMS所申請的充電電壓及電流的合理性進(jìn)行辨別。若BMS所申請的充電電壓及電流缺乏合理性,則不能對 BMS的申請需求進(jìn)行響應(yīng),且需將 BMS故障進(jìn)行上報。

主動充電控制策略的良好實現(xiàn)有賴于充電數(shù)據(jù)庫的有效導(dǎo)入。充電數(shù)據(jù)庫涵蓋諸多信息,例如充電電池的具體類型、實際健康程度、充電電壓及電流、電池容量、電壓和溫度、單體容量、電壓和溫度、不同充電階段相應(yīng)的 SOC以及充電具體時間等。上述數(shù)據(jù)所反映的是標(biāo)準(zhǔn)電池在正常充電狀態(tài)下的曲線,實際充電參數(shù)則會借助BMS向充電機進(jìn)行實時上傳,將之與標(biāo)準(zhǔn)電池在正常狀態(tài)下的曲線實時進(jìn)行對比,若二者存在較大的偏離,則說明當(dāng)前存在一定的充電異常問題,應(yīng)及時對之進(jìn)行處理。其具體處理流程如下:

①充電連接,并對充電時間進(jìn)行設(shè)定。

②BMS 對電池信息進(jìn)行上傳。

③將當(dāng)前充電參數(shù)對充電數(shù)據(jù)庫進(jìn)行代入,并生成當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)充電曲線。

④開始充電。

⑤判斷當(dāng)前充電時間下實際SOC與標(biāo)準(zhǔn)值二者的偏差是否超標(biāo),若超標(biāo),則使充電機停止充電,對故障信息進(jìn)行記錄并顯示;判斷當(dāng)前充電時間下充電電流與標(biāo)準(zhǔn)值二者的偏差是否超標(biāo),若超標(biāo),則使充電機停止充電并對故障信息進(jìn)行記錄并顯示;判斷當(dāng)前充電時間下電池溫度與標(biāo)準(zhǔn)值二者偏差是否超標(biāo),若超標(biāo),則使充電機停止充電,對故障信息進(jìn)行記錄并顯示。

⑥達(dá)到正常充電結(jié)束條件時,結(jié)束充電。

每次充電,均通過人工方式對充電時間進(jìn)行設(shè)定,借助BMS對各類電池信息,諸如電力類型、容量以及SOH日等進(jìn)行上傳,在充電數(shù)據(jù)庫中將上述參數(shù)準(zhǔn)確代入,將與當(dāng)前充電電池相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)充電曲線進(jìn)行生成。標(biāo)準(zhǔn)充電曲線,是指在不同充電電流及環(huán)境溫度下,基于充電時間所呈現(xiàn)出的電池SOC變化曲線。將其中包含的任意3個變量給定,即可將第4個變量準(zhǔn)確得出。在該控制策略中,充電機能實現(xiàn)對當(dāng)前充電電流、電池溫度和SOC的實時獲取,并基于當(dāng)前相應(yīng)的充電時間,對實際充電電流、電池溫度和SOC與各自對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值存在的偏差進(jìn)行循環(huán)判斷,當(dāng)所存在的偏差大于閥值時,使充電機停止輸出,并將故障信息進(jìn)行上報。

主要通過兩個途徑對標(biāo)準(zhǔn)充電曲線進(jìn)行獲取:

①大量開展測試,并對大數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄,在此基礎(chǔ)上對充電曲線進(jìn)行生成。

②借助BMS充電算法對充電曲線進(jìn)行生成??傊?,對標(biāo)準(zhǔn)充電曲線進(jìn)行獲取,均需將BMS作為來源。從本質(zhì)上來說,電動汽車充電主動充電控制策略,是對 BMS 相應(yīng)的充電策略實施二次確認(rèn),實現(xiàn)對其準(zhǔn)確性的有效保障。

5.應(yīng)用方案

充電運營管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設(shè)施管理系統(tǒng),可以實現(xiàn)對充電樁的監(jiān)控、調(diào)度和管理,提高充電樁的利用率和充電效率,提升用戶的充電體驗和服務(wù)質(zhì)量。用戶可以通過APP或小程序提前預(yù)約充電,避免在充電站排隊等待的情況,同時也能為充電站提供更準(zhǔn)確的充電需求數(shù)據(jù),方便后續(xù)的調(diào)度和管理。通過平臺可對充電樁的功率、電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控,及時發(fā)現(xiàn)和處理充電樁故障和異常情況對充電樁的功率進(jìn)行控制和管理,確保充電樁在合理的功率范圍內(nèi)充電,避免對電網(wǎng)造成過大的負(fù)荷。

 

 

實時監(jiān)控

對充電站、充電樁以及各設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控。

 

交易結(jié)算

充電價格策略管理,預(yù)收費管理,賬單管理,營收和財務(wù)相關(guān)報表。

 

運營趨勢

可按日、月、季度、年查看充電次數(shù)、充電時長、充電金額,同時顯示對應(yīng)的曲線圖。

 

故障派發(fā)

顯示待派發(fā)的充電樁故障信息,派發(fā)之后生成工單,由運維人員到現(xiàn)場處理故障。

 

能耗分析

可查看時段充電站和充電樁的用電量,顯示對應(yīng)的能耗趨勢圖并進(jìn)行同環(huán)比分析。

6.產(chǎn)品選型

安科瑞為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式,便攜式、壁掛式、落地式等多種類型的充電樁,包含智能7kw/21kw交流充電樁,30kw直流充電樁,60kw/80kw/120kw/180kw直流一體式充電樁來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟、智能運營管理的市場需求。實現(xiàn)對動力電池快速、高效、安全、合理的電量補給,同時為提高公共充電樁的效率和實用性,具有有智能監(jiān)測:充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護(hù)的功能;智能計量:輸出配置智能電能表,進(jìn)行充電計量,具備完善的通信功能;云平臺:具備連接云平臺的功能,可以實現(xiàn)實時監(jiān)控,財務(wù)報表分析等等;遠(yuǎn)程升級:具備完善的通訊功能,可遠(yuǎn)程對設(shè)備軟件進(jìn)行升級;保護(hù)功能:具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù),漏電保護(hù)和接地保護(hù)等功能;適配車型:滿足國標(biāo)充電接口,適配所有符合國標(biāo)的新能源汽車,適應(yīng)不同車型的不同功率

 

 

 

 

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