Qu'est-ce qu'un système de gestion de la sécurité des batteries ?
gestion de la sécurité
Le système de gestion de la sécurité de la batterie garantit principalement le fonctionnement sûr et efficace de la batterie, l'empêchant de prendre feu en raison de températures élevées ou de tomber en panne en raison de basses températures. Étant donné que la batterie est un dispositif à haute-tension, un système de protection d'isolation à haute-tension est essentiel pour garantir la sécurité des occupants du véhicule et des piétons. Le système de gestion de la sécurité de la batterie doit être capable de maximiser les performances de la batterie et du véhicule tout en garantissant un fonctionnement sûr du véhicule. Le développement de systèmes de gestion de la sécurité des batteries revêt une grande importance pour garantir la sécurité des personnes et des biens et promouvoir le développement des véhicules électriques.
Système de test d'isolation haute-tension
Les dispositifs de stockage d'énergie dans les véhicules électriques, tels que les blocs-batteries, les piles à combustible ou les supercondensateurs, fonctionnent à des tensions dépassant de loin la plage de tension sûre pour le corps humain ; certains bus électriques disposent même de batteries fonctionnant à 600 V. Les performances d'isolation des matériaux isolants du véhicule se détériorent progressivement au cours de l'utilisation en raison de l'usure, et l'augmentation de l'humidité réduit également les performances d'isolation entre la batterie haute tension - et le châssis. Lorsque la couche d'isolation des bornes positives et négatives de la batterie est usée et entre en contact avec le châssis, une boucle de courant de fuite est créée, affectant le fonctionnement du contrôleur de moteur, d'autres appareils électriques basse tension - et mettant même en danger la sécurité des passagers. Lorsque l'isolation entre plusieurs points du circuit de la batterie et le châssis vieillit, une auto-décharge et une accumulation d'énergie se produisent, pouvant conduire à un incendie dans les cas graves. Pour garantir le fonctionnement sûr du véhicule, un dispositif de détection des performances d'isolation doit être installé pour surveiller la résistance d'isolement entre le système haute -tension et le châssis en temps réel.
Les méthodes de test d’isolation couramment utilisées comprennent :
1. Méthode de mesure des fuites directes
Dans les systèmes DC, c’est la méthode la plus simple et la plus pratique. Réglez un multimètre sur la plage actuelle et connectez-le en série entre la borne positive de la batterie et le boîtier de l'appareil (ou la masse). Cela détectera le courant de fuite entre la borne négative de la batterie et le boîtier. De même, il peut être connecté en série entre la borne négative et le boîtier pour détecter le courant de fuite entre la borne positive et le boîtier. Cette méthode est simple et facile à mettre en œuvre et est couramment utilisée dans la détection de défauts sur site et les inspections de routine des véhicules.
2. Méthode de détection de courant
Un capteur de courant à effet Hall est une méthode courante pour détecter les fuites dans les systèmes CC haute tension. Les bus d’alimentation positifs et négatifs du système de batterie circulent ensemble dans la même direction à travers le capteur de courant. Lorsqu’il n’y a pas de courant de fuite, le courant circulant depuis la borne positive est égal au courant revenant vers la borne négative. Par conséquent, le courant traversant le capteur de courant est nul et la tension de sortie du capteur de courant est nulle. Lorsqu'une fuite se produit, la tension de sortie du capteur de courant n'est pas nulle. Le signe de cette tension peut être utilisé pour déterminer davantage si le courant de fuite provient de la borne positive ou négative de l'alimentation. Cependant, cette méthode de test nécessite que la batterie testée soit opérationnelle, avec un courant entrant et sortant. Il ne peut pas évaluer les performances d'isolation du système de batterie par rapport à la terre dans des conditions sans -charge.
3. Méthode de mesure du compteur de résistance d'isolation
Cette méthode utilise un compteur de résistance d'isolement pour mesurer la valeur de résistance de l'isolation. Un compteur de résistance d'isolement, communément appelé mégohmmètre, est souvent alimenté par un générateur à manivelle -, donc également appelé mégohmmètre. Son échelle est basée sur la résistance d'isolement et constitue un instrument de mesure couramment utilisé en électrotechnique. Son principe de fonctionnement est illustré à la Figure 8-29.
L'instrument fonctionne en excitant l'appareil ou le réseau testé avec une tension, puis en mesurant le courant généré par l'excitation et en utilisant la loi d'Ohm pour mesurer la résistance. Le compteur de résistance d'isolement se compose principalement de deux parties : un générateur à manivelle-et un ratiomètre magnétoélectrique. En tournant la poignée, le générateur à manivelle - génère une haute tension alternative, qui est redressée par une diode pour fournir une haute tension continue pour la mesure. Le rapporteur magnétoélectrique mesure ensuite le rapport entre le courant dans la bobine de tension et la bobine de courant, et l'indicateur à pointeur indique l'échelle de résistance.
Les trois méthodes ci-dessus utilisent toutes des équipements exclusifs pour les tests de courant de fuite et de résistance d'isolement, ce qui présente certaines difficultés d'intégration dans les systèmes de gestion de batterie. Les méthodes de mesure de circuit sont plus couramment utilisées dans les systèmes de gestion de batterie. Le principe de la mesure d'isolation en tension continue couramment utilisée est illustré à la Figure 8-30.
Dans ce schéma fonctionnel, R₁, R₂, R₃ et R₄ sont des résistances à haute résistance - (par exemple, 500 kΩ ou plus), garantissant que le niveau d'isolation ne diminue pas artificiellement pendant la mesure. Rₙ et Rₚ sont respectivement les résistances d'isolement des bornes positives et négatives du bloc-batterie d'alimentation à la carrosserie du véhicule. R' et R" sont des résistances diviseuses de tension avec de petites résistances (par exemple, environ 2000 Ω), permettant à la puce de conversion A-D d'obtenir des signaux analogiques de niveau mV- à travers elles.
Lorsque l'interrupteur S est à l'état désactivé, les valeurs de tension aux bornes Rₙ et Rₚ peuvent être obtenues via la puce de mesure, conduisant à l'équation suivante :
Dans la formule, V₁ et V₂ représentent les tensions à la terre des jeux de barres positifs et négatifs lorsque l'interrupteur S est ouvert.
De même, lorsque l'interrupteur S est fermé, une autre équation peut être obtenue :
Dans la formule, V'₁ et V'₂ représentent les tensions positives et négatives du jeu de barres à la terre lorsque S est fermé.
Puisque les valeurs de résistance des résistances série R₁, R₂, R₃, R₄, R et R' sont connues, le système d'équations (8-5) et (8-6) peut être utilisé pour résoudre R₊ et R₋.
D'autres méthodes de mesure de la résistance d'isolement utilisées dans les systèmes de gestion de batterie incluent la méthode du pont équilibré, la méthode d'injection de signal haute -et la méthode d'alimentation auxiliaire. À mesure que la tension des batteries de puissance augmente et que leurs applications se généralisent, la sécurité de l'isolation des véhicules électriques devient de plus en plus importante, et les chercheurs conçoivent et valident en permanence diverses méthodes de surveillance de l'isolation.
Puissance de pointe
SOP (State of Power) est la puissance maximale qu'une batterie peut libérer ou absorber dans un intervalle de temps prédéterminé. La puissance de pointe est utilisée pour évaluer les limites de charge et de décharge d'une batterie de puissance dans différents états de charge, jouant un rôle crucial dans l'optimisation de l'adéquation entre la batterie de puissance et les performances de puissance du véhicule, ainsi que dans la maximisation de la fonction de freinage par récupération du moteur électrique. Il présente également une valeur théorique et pratique significative pour l'utilisation rationnelle des batteries, en évitant la surcharge ou la décharge excessive-, en améliorant la sécurité des batteries et en prolongeant leur durée de vie. Cependant, la puissance de pointe de la batterie est soumise à de nombreuses limitations de sécurité ; seule la puissance de crête comprise dans ces limites de sécurité a une signification pratique. Cette section traite de certains paramètres de batterie qui limitent la puissance de pointe et explore la relation entre la sécurité de la batterie et la puissance de pointe.
1. Contraintes basées sur la température
La conductivité de l'électrolyte et l'activité des matériaux de l'anode et de la cathode changent avec la température, affectant ainsi la limite supérieure de la puissance de charge et de décharge de la batterie. La vitesse de réaction des électrodes diminue à mesure que la température diminue. La température affecte également les taux de transport des ions et des électrons dans l'électrolyte. Ces taux augmentent avec l'augmentation de la température et vice versa. De plus, si la température est trop élevée, dépassant la limite de température spécifiée, l'équilibre chimique au sein de la batterie sera perturbé, entraînant des problèmes de sécurité de la batterie.
Comme le montre la figure 8-31, la puissance maximale de la batterie change avec la température, présentant une courbe clairement non linéaire. La puissance maximale diminue à mesure que la température diminue, changeant lentement à basse température. La puissance maximale augmente à mesure que la température augmente, mais des températures trop élevées rendent la dissipation de la chaleur difficile, ce qui a un impact négatif sur la sécurité et la durée de vie de la batterie.
2. Contraintes basées sur l'état de charge (SOC)-
La contrainte SOC sur SOP (Start of Operation) est conçue pour empêcher la surcharge et la-décharge excessive de la batterie d'alimentation pendant le fonctionnement, garantissant ainsi la sécurité de la batterie. Lors de l'étude de la relation entre la puissance de crête et le SOC, l'influence de facteurs tels que la température et le taux de charge/décharge sur le SOC doit également être prise en compte pour améliorer la précision de la mesure du SOC. Comme le montre la figure 8-32, avec l'augmentation de l'état de charge (SOC), la puissance de décharge augmente tandis que la puissance de charge diminue. Par exemple, dans la même plage SOC, lorsque le SOC augmente de 10 % à 90 %, la puissance de décharge maximale augmente de 222 W à 693 W, tandis que la puissance de charge maximale diminue de 675 W à 300 W. L'étude de la puissance maximale dans différentes conditions SOC permet d'estimer les capacités de charge et de décharge de la batterie, en fournissant des données et une assistance technique pour son utilisation dans les véhicules électriques.
3. Contraintes basées sur la résistance ohmique
Comme le montre la figure 8-33, la puissance maximale d'une batterie est approximativement inversement proportionnelle à sa résistance ohmique interne. Plus la résistance interne ohmique est petite, plus la puissance de crête est élevée et rapide ; à l’inverse, plus la résistance ohmique interne est élevée, plus la puissance de sortie maximale est faible et lente.
La température de la batterie, son état de charge (SOC) et sa résistance interne sont tous étroitement liés à son état de sécurité. L’état de fonctionnement (SOP) de la batterie doit donc répondre aux contraintes imposées par ces trois facteurs pour garantir un fonctionnement sûr et prolonger sa durée de vie.
