Energijos srautų valdymas elektromobilių sistemose

ĮVADAS Šiame darbe daugiausia dėmesio skiriama energijos valdymo sistemos (EMS) raidai elektrinėse transporto priemonėse (EV) ir jos komponentams. Išsamiai aprašant EMS, privaloma apibūdinti akumuliatoriaus reikšmę EV. Akumuliatorius vaidina labai svarbų vaidmenį elektrinėse transporto priemonėse ir užtikrina, kad elektros varikliui būtų suteikta reikalinga energija. Norint saugiai ir patikimai naudoti akumuliatorius elektra varomose transporto priemonėse, būtina nuolat stebėti ir įvertinti baterijų būklę. Tai galima pasiekti naudojant baterijų valdymo sistemą (BMS). Be BMS, turėtų būti kontroliuojamas ir optimalus energijos srautas tarp akumuliatoriaus, keitiklių ir kitų transporto priemonės dalių. Ši kontrolė vadinama energijos valdymo sistema (EMS). Taigi bendras transporto priemonės veikimas labai priklauso nuo energijos valdymo sistemos. EMS atlieka svarbų vaidmenį siekiant sumažinti energijos sąnaudas arba pagerinti sistemos efektyvumą, padidinti baterijos veikimo laiką ir pasiekti švarią ir efektyvią transporto sistemą užtikrinant ilgą produkto tarnavimo laiką ir saugią vairavimo patirtį [1]. Tiriamasisi objektas : elektromobilių sistemų energijos srautų valdymas Tikslas : Susipažinti su elektromobilių sistemų energijos srautų valdymu Uždaviniai : • Susipažinti su energijos valdymo sistema (EMS); • Susipažinti su baterijų valdymo sistema (BMS); • Susipažinti su energijos srautų valdymo sistemos optimizavimo strategija; • Susipažinti su PHEV energijos valdymu; • Ir kt. APŽVALGINĖ DALIS Didėjantis susirūpinimas aplinkosaugos problemomis, tokiomis kaip pasaulinis atšilimas, ir energetikos klausimai (iškastinio kuro išeikvojimas ir kuro kainų padidėjimas) stipriai paveikė automobilių gamintojus, kurie privalėjo atkreipti dėmesį į ekologiškesnes transporto priemones. Kasdien keliais važiuoja vidaus degimo varikliais (ICE) varomos transporto priemonės, naudojančios benziną ir išskiriančios nuodingas dujas, taip sukeldamos aplinkos taršą. Tai katalizuoja greitą natūralių naftos išteklių kasybą ir jų eksponentinį išeikvojimą. Šiais laikais pastebimas globalus judėjimas švaresnio ir ekologiškesnio rytojaus link. Vienas iš būdų realizuoti šį žingsnį yra alternatyvaus transporto sprendimo, hibridinių transporto priemonių, pritaikymas. Hibridinės transporto priemonės yra vienas perspektyviausių sprendimų, šios hibridinės elektrinės transporto priemonės (HEV) sumažina degalų sąnaudas, naudodamos akumuliatoriuose sukauptą elektros energiją kartu su ICE. Pastarosiomis dienomis elektriniai akumuliatoriai tampa populiari alternatyva tradicinėms vidaus degimo transporto priemonėms dėl pažangių akumuliatorių technologijų, galios elektronikos sąsajų (PEI) ir valdymo strategijų. Elektrinėse transporto priemonėje yra šie pagrindiniai komponentai: elektrinis variklis, variklio valdiklis, traukos akumuliatorius, akumuliatoriaus valdymo sistema ir kištukinis įkroviklis, kurį galima valdyti atskirai nuo transporto priemonės. Pagrindinė baterijų valdymo sistemos (BMS) funkcija yra komunikacija su išoriniais komponentais, įskaitant maitinimo keitiklį/įkroviklį, aplinkos valdymo blokus ir sistemos valdiklius. Šios komunikacijos sąsajos suteikia vartotojui prieigą prie BMS būsenos ir diagnostikos informacijos, taip pat palaiko valdymo parametrų pakeitimus. Be numatomų medžiagų ir baterijų sistemų projektavimo pažangos, energijos valdymas labiausiai prisideda prie norimo našumo, patikimumo, saugos ir sąnaudų reikalavimų. Tai lemia komercinę elektrinių transporto priemonių sėkmę [1]. 1. BATERIJŲ VALDYMO SISTEMA (BMS) 1 pav. Elektroninis valdymo bloko valdymas 1 paveiksle pavaizduotas elektroninio valdymo bloko valdymas turintis keturias pagrindines funkcijas: akumuliatoriaus elemento įkrovimo valdymas, įkrovimo būsenos valdymas (SOC), akumuliatoriaus talpos įvertinimas, SOC ir jo diapazono perdavimas per LCD ekraną. Po 1991 m. ECU valdymas pakeistas baterijų valdymo sistema (BMS). BMS, parodytas 2 paveiksle, atlieka šias funkcijas: • Numato akumuliatoriaus būseną • Kontroliuoja kiekvienos celės iškrovas ir perkrovas • Valdo celių balansavimą • Prailgina akumuliatoriaus tarnavimo laiką • Renka duomenis • Atlieką terminį valdymą • Nurodo akumuliatoriaus būseną vartotojui • Komunikuoja su kitais komponentais 2 pav. Baterijos valdymo sistemos (BMS) posistemiai Vėliau BMS su sudėtingomis schemomis buvo paverstas į išmanųjį BMS. 3 paveiksle pavaizduota išmanioji akumuliatorių valdymo sistema susidedanti iš stebėjimo komponentų, esančių netoli akumuliatoriaus elementų, vieno ar daugiau energijos keitimo etapų, atsižvelgiant į transporto priemonės poreikius, ir išmaniųjų valdiklių arba įterptinių procesorių. Šie komponentai yra išdėstyti strateginėse sistemos vietose, kad būtų galima valdyti įvairius energijos posistemio aspektus 3 pav. Pažangi baterijų valdymo sistema ir jos komponentai Sukūrus BMS ir jėgos agregatų komponentus, būtina centrinė valdymo sistema, užtikrinanti varomosios jėgos dydį tarp transporto priemonės varomųjų ratų ir kelio bei užtikrinti atitinkamą galios sugražinimą regeneracijos metu. Ši centrinio valdymo programinė įranga vadinama „energijos valdymu“. Ši EMS sukuria ryšį su baterijomis, kad būtų galima nustatyti kiekvienos baterijos įkrovimo būseną, taip pat ryšį tarp kiekvieno nuolatinės srovės keitiklio ir variklio, kad būtų galima valdyti galios srautą tarp jėgainės komponentų. 4 pav. Optimalus energijos srautas tarp energijos valdymo sistemos ir jėgainės komponentų 4 paveiksle parodytas optimalus energijos srautas tarp energijos valdymo sistemos ir jėgos pavaros komponentų. EMS elektromobiliuose pagrindinis tikslas yra padidinti akumuliatoriaus tarnavimo laiką, padidinant jo šiluminį stabilumą ir optimaliai paskirstyti galią tarp jėgos agregatų [1]. 2. AUTOMOBILIO MAITINIMO/ENERGIJOS VALDYMO IR PASKIRSTYMO SISTEMOS SANDARA 5 pav. Automobilių elektros energijos/energijos valdymo ir paskirstymo sistemos sandara Energijos valdymo sistemą galima suskirstyti į šias posistemes: • Elektros gamyba • Energijos kaupimas • Maitinimo magistralė • Elektrinė apkrova • Galios elektronika • Galios valdymo valdiklis Ši bendroji sandara taikoma vidaus degimo varikliams (angl. ICE - internal combustion engine), elektrinėms, kuro elementų ar bet kokio tipo hibridinėms transporto priemonėms. Tam tikros transporto priemonės konfigūracijos atveju nebūtini visi penktame paveiksle pateikti komponentai ar posistemiai, išimtinais atvejais reikalingi kai kurie nedideli sistemos topologijos pakeitimai [2]. 2.1 Elektros gamyba Pagrindinė elektros energijos gamybos posistemės funkcija yra konvertuoti chemines medžiagas, elektrocheminės, mechaninės ir kitos energijos formas į elektros energiją. Pirminių energijos šaltinių pavyzdžiai yra vidaus degimo variklių (benzinas, dyzelinas, vandenilis, kiti alternatyvūs degalai), kitų tipų varikliai (Stirlingo variklis ir turbinos) ir kuro elementai. Pirmame paveiksle matome pagalbinį elektros energijos generavimo bloką (angl. APU - auxiliary power unit), kuris gali suteikti laikiną energiją, kai neveikia pirminis energijos generatorius, arba gali papildyti pirminį energijos generatorių įprasto veikimo metu. Karinės pramonės transporto priemonėse APU taip pat naudojamas energijai tiekti tylaus budėjimo metu. Tylaus budėjimo režimu, transporto priemonė gali naudoti savo kompiuterius ar kitus išorinius įrenginius, kai variklis yra išjungtas. Kuro elementų įtaisai elektrocheminę energiją tiesiogiai paverčia elektros energija, o visų tipų variklių energijos šaltiniai elektros energijai gaminti turi pasikliauti įvairiomis elektrinėmis mašinomis. Verta paminėti, kad visi energijos šaltiniai ir generatoriai turi savo optimalius veikimo intervalus, kalbant apie galingumą ir efektyvumą. Sistemos našumas ir efektyvumas gali būti itin žemas, veikiant nepageidaujamame diapazone. Todėl, norint pasiekti maksimalų sistemos efektyvumą, energijos valdymo sistemos pagrindinė užduotis kontroliuoti ir koordinuoti elektros energijos gamybos posistemio veikimą [2]. 2.2 Energijos kaupimas Pagrindinė energijos kaupimo posistemio funkcija yra užtikrinti lengvai prieinamą elektros energiją, kai pirminių energijos šaltinių galios nėra arba jos nepakanka, ir kaupti elektros energijos perteklių, kurį sukuria pirminiai energijos šaltiniai arba sukuria regeneracinis stabdymas. Dažniausiai energijos kaupimo įtaisai yra įvairių tipų baterijos, pradedant švino rūgštinėmis, metalo hidridų ir baigiant ličio jonų baterijomis. Pagrindiniai akumuliatoriaus pasirinkimo aspektai yra specifinė galia (galia/svoris), specifinė energija (energija/svoris), kaina ir ciklo tarnavimo laikas. Kiti energijos kaupimo įtaisai, tokie kaip ultrakondensatoriai, smagračiai ir hidrauliniai/pneumatiniai akumuliatoriai, paprastai naudojami kartu su baterijomis, kad būtų kompensuota ribota baterijos energija. Nors šie įrenginiai paprastai turi ribotas energijos galimybes, jie gali žymiai pagerinti sistemos galios pajėgumą reaguoti į staigaus režimo (didelės galios, bet trumpos trukmės) maitinimo užklausą. Akivaizdu, kad tinkamas energijos kaupimo posistemio valdymas yra tikras iššūkis energijos valdymo sistemai [2]. 2.3 Maitinimo magistralė Dvi nuolatinės (DC) maitinimo magistralės pavaizduotos 1 paveiksle. Vienas yra skirtas aukštos įtampos maitinimo magistralei, kitas - žemos įtampos maitinimo magistrale. Tiek apkrovos, tiek maitinimo šaltiniai yra prijungti prie šių maitinimo magistralių per įvairius galios valdymo blokus (angl. PCU – Power control unit) ir maitinimo keitiklius. Toks jungimo būdas labai skiriasi nuo tiesioginio ryšio tarp šaltinio ir apkrovos tradicinėse vidaus degimo transporto priemonėse. Paprastai aukštos įtampos maitinimo magistralė tiekia elektros energija varomiesiems varikliams ir kitoms didelės galios apkrovoms, o žemos įtampos magistralė tiekia energiją mažos galios papildomos rūšies apkrovoms, tokioms kaip lempos, maži varikliai ir mikrovaldiklių blokai. Naudojant du ar daugiau galios magistralių esant skirtingai įtampai transporto priemonėje, vienu metu galima patenkinti galios ir saugos reikalavimus. Reikėtų paminėti, kad „aukšta“ ir „žema“ įtampa yra santykina ir labai priklauso nuo transporto priemonės konfigūracijos. Pavyzdžiui, elektrinėje transporto priemonėje gali būti aukštos įtampos 300 V magistralė ir žemos įtampos magistralė esant 42 V. Transporto priemonė su vidaus degimo varikliu gali turėti aukštos įtampos 42 V magistralę, o žemos įtampos - 14 V magistralę. Yra vienas ar daugiau DC/DC keitiklių, jungiančių dvi galios magistrales, kad energija būtų perduodama pirmyn ir atgal. Be to, kartais pridedama kintamosios srovės (AC) maitinimo magistralė (110 arba 220 V), užtikrinanti prieigą prie maitinimo išoriniams kištukiniams prietaisams ar įrenginiams [2]. 2.4 Elektrinė apkrova Automobilių elektrines apkrovas galima suskirstyti į dvi klases: varomąją ir nejudamąją. Į varomąsias apkrovas paprastai įeina viena ar kelios elektrinės mašinos, tokios kaip indukcinės ar sinchroninės mašinos, kurios naudojamos kaip traukos variklis ar generatorius. Pavaros apkrovai reikalingas didžiausias transporto priemonės galios lygis - nuo

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!