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安科瑞電氣股份有限公司
中級(jí)會(huì)員 | 第5年

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如何通過(guò)有序充電控制策略提升電動(dòng)汽車(chē)充電的安全可靠性?

時(shí)間:2025/3/4閱讀:310
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摘要:

新能源電動(dòng)汽車(chē)在使用充電樁進(jìn)行充電時(shí),極易引發(fā)起火燃燒。究其原因,充電缺乏主動(dòng)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(shí)施充電,當(dāng)BMS處于失效狀態(tài)時(shí),將導(dǎo)致充電樁出現(xiàn)失控,進(jìn)而持續(xù)充電,引發(fā)動(dòng)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(jiǎn)述了新能源電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)充電樁主動(dòng)充電控制策略,以期為電動(dòng)汽車(chē)充電主動(dòng)充電控制提供借鑒。

1.引言

當(dāng)前,電動(dòng)汽車(chē)日漸普及,人們高度重視電動(dòng)汽車(chē)的充電安全。充電在為電動(dòng)汽車(chē)充電的過(guò)程中,充電機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)能源進(jìn)行提供,但由電池管理系統(tǒng)對(duì)充電進(jìn)行控制,這就導(dǎo)致充電機(jī)極為被動(dòng),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(dòng)汽車(chē)充電樁主動(dòng)充電控制策略,實(shí)現(xiàn)充電樁對(duì) BMS所發(fā)出充電指令的主動(dòng)鑒別,并及時(shí)處理各類(lèi)異常命令,有效保障電動(dòng)汽車(chē)實(shí)現(xiàn)安全充電。

2.新能源電動(dòng)汽車(chē)充電樁概述

新能源電動(dòng)汽車(chē)充電樁,主要負(fù)責(zé)為電動(dòng)汽車(chē)提供電能,其功能與加油站相應(yīng)的加油機(jī)類(lèi)似。新能源電動(dòng)汽車(chē)充電樁主要在公共建筑、停車(chē)場(chǎng)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(lèi)電壓等級(jí),為各類(lèi)型號(hào)的電動(dòng)汽車(chē)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(duì)電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)車(chē)主可對(duì)充電卡進(jìn)行使用,在充電相應(yīng)的人機(jī)交互機(jī)上刷卡操作,對(duì)電動(dòng)汽車(chē)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(jī)。若干組充電模塊經(jīng)過(guò)并聯(lián),即組成了充電機(jī),能實(shí)現(xiàn)對(duì)容量不同的各類(lèi)動(dòng)力電池相應(yīng)的充電需求的有效滿(mǎn)足,同時(shí),能實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)有效連接動(dòng)力電池,并具備人機(jī)交互功能,且能實(shí)現(xiàn)刷卡計(jì)費(fèi)和有效的充電控制。

③動(dòng)力電池。動(dòng)力電池主要負(fù)責(zé)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)提供動(dòng)力,當(dāng)前,鋰電池在電動(dòng)汽車(chē)相應(yīng)的動(dòng)力電池中應(yīng)用較多。鋰電池實(shí)施單體串并聯(lián)的具體數(shù)量決定了動(dòng)力電池的實(shí)際容量。

BMS主要對(duì)動(dòng)力電池相應(yīng)的全部的單體實(shí)施電壓和溫度采集,并將采集結(jié)果作為依據(jù)對(duì)電池的SOC進(jìn)行計(jì)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(duì)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?jiǎng)t向功率控制單元傳遞BMS所申請(qǐng)的具體充電電壓值和電流值,功率控制單元?jiǎng)t對(duì)充電機(jī)功率進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié),對(duì)充電機(jī)實(shí)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(duì)電量進(jìn)行生成,對(duì)充電進(jìn)行計(jì)費(fèi)。

4.主動(dòng)充電控制策略

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

主動(dòng)充電控制策略的良好實(shí)現(xiàn)有賴(lài)于充電數(shù)據(jù)庫(kù)的有效導(dǎo)入。充電數(shù)據(jù)庫(kù)涵蓋諸多信息,例如充電電池的具體類(lèi)型、實(shí)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(shí)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(xiàn),實(shí)際充電參數(shù)則會(huì)借助BMS向充電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳,將之與標(biāo)準(zhǔn)電池在正常狀態(tài)下的曲線(xiàn)實(shí)時(shí)進(jìn)行對(duì)比,若二者存在較大的偏離,則說(shuō)明當(dāng)前存在一定的充電異常問(wèn)題,應(yīng)及時(shí)對(duì)之進(jìn)行處理。其具體處理流程如下:

①充電連接,并對(duì)充電時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。

②BMS 對(duì)電池信息進(jìn)行上傳。

③將當(dāng)前充電參數(shù)對(duì)充電數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行代入,并生成當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)充電曲線(xiàn)。

④開(kāi)始充電。

⑤判斷當(dāng)前充電時(shí)間下實(shí)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(jī)停止充電,對(duì)故障信息進(jìn)行記錄并顯示;判斷當(dāng)前充電時(shí)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(jī)停止充電并對(duì)故障信息進(jìn)行記錄并顯示;判斷當(dāng)前充電時(shí)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(jī)停止充電,對(duì)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(shí),結(jié)束充電。

每次充電,均通過(guò)人工方式對(duì)充電時(shí)間進(jìn)行設(shè)定,借助BMS對(duì)各類(lèi)電池信息,諸如電力類(lèi)型、容量以及SOH日等進(jìn)行上傳,在充電數(shù)據(jù)庫(kù)中將上述參數(shù)準(zhǔn)確代入,將與當(dāng)前充電電池相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)充電曲線(xiàn)進(jìn)行生成。標(biāo)準(zhǔn)充電曲線(xiàn),是指在不同充電電流及環(huán)境溫度下,基于充電時(shí)間所呈現(xiàn)出的電池SOC變化曲線(xiàn)。將其中包含的任意3個(gè)變量給定,即可將第4個(gè)變量準(zhǔn)確得出。在該控制策略中,充電機(jī)能實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前充電電流、電池溫度和SOC的實(shí)時(shí)獲取,并基于當(dāng)前相應(yīng)的充電時(shí)間,對(duì)實(shí)際充電電流、電池溫度和SOC與各自對(duì)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(shí),使充電機(jī)停止輸出,并將故障信息進(jìn)行上報(bào)。

主要通過(guò)兩個(gè)途徑對(duì)標(biāo)準(zhǔn)充電曲線(xiàn)進(jìn)行獲取:

①大量開(kāi)展測(cè)試,并對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄,在此基礎(chǔ)上對(duì)充電曲線(xiàn)進(jìn)行生成。

②借助BMS充電算法對(duì)充電曲線(xiàn)進(jìn)行生成??傊?,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)充電曲線(xiàn)進(jìn)行獲取,均需將BMS作為來(lái)源。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō),電動(dòng)汽車(chē)充電主動(dòng)充電控制策略,是對(duì) BMS 相應(yīng)的充電策略實(shí)施二次確認(rèn),實(shí)現(xiàn)對(duì)其準(zhǔn)確性的有效保障。

5.應(yīng)用方案

充電運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(hù)的充電體驗(yàn)和服務(wù)質(zhì)量。用戶(hù)可以通過(guò)APP或小程序提前預(yù)約充電,避免在充電站排隊(duì)等待的情況,同時(shí)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(guò)平臺(tái)可對(duì)充電樁的功率、電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理充電樁故障和異常情況對(duì)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(duì)電網(wǎng)造成過(guò)大的負(fù)荷。

 

 

實(shí)時(shí)監(jiān)控

對(duì)充電站、充電樁以及各設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

 

交易結(jié)算

充電價(jià)格策略管理,預(yù)收費(fèi)管理,賬單管理,營(yíng)收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)表。

 

運(yùn)營(yíng)趨勢(shì)

可按日、月、季度、年查看充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額,同時(shí)顯示對(duì)應(yīng)的曲線(xiàn)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(yùn)維人員到現(xiàn)場(chǎng)處理故障。

 

能耗分析

可查看時(shí)段充電站和充電樁的用電量,顯示對(duì)應(yīng)的能耗趨勢(shì)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(hù)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(lèi)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(lái)滿(mǎn)足新能源汽車(chē)行業(yè)快速、經(jīng)濟(jì)、智能運(yùn)營(yíng)管理的市場(chǎng)需求。實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池快速、高效、安全、合理的電量補(bǔ)給,同時(shí)為提高公共充電樁的效率和實(shí)用性,具有有智能監(jiān)測(cè):充電樁智能控制器對(duì)充電樁具備測(cè)量、控制與保護(hù)的功能;智能計(jì)量:輸出配置智能電能表,進(jìn)行充電計(jì)量,具備完善的通信功能;云平臺(tái):具備連接云平臺(tái)的功能,可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控,財(cái)務(wù)報(bào)表分析等等;遠(yuǎn)程升級(jí):具備完善的通訊功能,可遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備軟件進(jìn)行升級(jí);保護(hù)功能:具備防雷保護(hù)、過(guò)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(chē)型:滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)充電接口,適配所有符合國(guó)標(biāo)的新能源汽車(chē),適應(yīng)不同車(chē)型的不同功率

 

 

 

 

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