RO132123A2 - Stand de încercări şi metodă de evaluare a managementului energetic al bateriilor de acumulatoare folosite în automobilele electrice - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un stand de încercări şi la o metodă de evaluare a managementului energetic al bateriilor de acumulatoare folosite în automobile electrice. Standul conform invenţiei este compus dintr-un bloc de intrare (R, S, T, N), nişte blocuri de măsură curent şi tensiune (BMA, BMB, BMC, BMD, BME, BMF), care măsoară parametrii indicaţi în puncte caracteristice ale standului, un redresor (U1), nişte baterii de acumulatori (U2), un bloc invertor (U3), un bloc convertor de frecvenţă (U4), un motor sincron (M) cu magneţi permanenţi, un generator sincron (G) cu magneţi permanenţi, un bloc redresor cu diode (U5), un bloc convertor frână (U6) şi o placă de achiziţie (SAD). Metoda conform invenţiei prevede prelucrarea, cu ajutorul unei plăci de achiziţie (SAD), a tensiunilor şi curenţilor în punctele relevante ale standului, în vederea obţinerii bilanţului energetic de puteri, şi evaluarea curenţilor şi tensiunilor, precum şi a factorului de distorsiune în punctele relevante menţionate, ca parametri de bază în managementul energetic al bateriilor de acumulatoare.

Description

managementului energetic

Invenția se refera la un stand de încercări si metoda de evaluare a al bateriilor de acumulatoare folosite in automobilele electrice care sa permită simularea automobilului electric prin evaluarea reala, calitativa si cantitativa, a eficientei energetice si a performantelor unui sistem de propulsie sursa-conversie-sarcina ale acestuia. Automobilul electric este considerat astazi de către industrie ca o potențiala alternativa viabila la automobilul clasic, datorita problemelor legate de viitorul combustibililor fosili.

Tehnologia de lucru a unui autovehicul electric, proiectarea lui, tehnicile de calcul pentru optimizarea eficientei accestuia sunt tehnici avansate care nu ridica probleme deosebite specialiștilor, ceea ce ramane o problema deschisa pentru viitor este insa simularea si mai ales testarea in bucla închisa a performantelor sistemului energetic de propulsie sursa-conversie-sarcina a unui autovehicul electric, in dorința obținerii unei eficiente maxime a ansamblului amintit.

Sunt cunoscute modele matematice simulative adaptabile diferitelor structuri constructive ale automobilelor electrice care permit evaluarea bateriilor de acumulatoare folosite in automobilele electrice.

Dezavantajul acestor metode este ca ele oferă rezultate aproximative, mai puțin intuitive si mai greu de interpretat.

Este de asemenea cunoscut un sistem de management al bateriilor pentru vehicule electrice (brevet JP 5781013 Battery management system for electric vehicle) care propune o rutina de monitorizare a bateriei declansata pentru un scurt interval de timp intre pornirea si oprirea vehiculului electric.

Brevetul WO/2012/089857 (System for testing and evaluating the behaviour and energy of the drive system of hybrid electric motor vehicle) prezintă un sistem complex bazat pe un model de emulare in timp real a comportării dinamice a vehiculului.

Dezavantajul acetora este ca nu oferă un sistem unitar de testare a bateriilor de acumulatori ce reprezintă sursa de energie a autovehicolului electric, avand ca sarcina un convertor c.c.ic.a. sau c.c./c. c. asociat cu un motor de propulsie de c.a. sau c.c. in tandem cu un generator frana controlat pentru a evidenția fluxul energetic intrare-iesire sau sursa-sarcina

Problema tehnica rezolvata de prezenta invenție consta in simularea reala a unui autovehicul electric cu un stand de încercări compus dintr-un sistem asemanator structurii autovehiculului electric realizat din baterii de acumulatori-convertor c.c.ic.a, motor de c.aa 2016 00118

16/02/2016

3Γ generator de c.a.-sarcina static care permite stabilirea performantele sistemului de propulsie, calitatea energetica a mărimilor electrice de pe fluxul de conversie energie electrica-lucru mecanic si randamentul global al conversiei si in ultima instant valuarea reala, calitativa si cantitativa, a eficientei energetice si a performantelor unui sistem de propulsie sursaconversie-sarcina a unui autovehicul electric .

Standul de încercări a bateriilor de acumulatoare folosite in automobilele electrice elimina dezavantajele menționate anterior prin aceea ca este realizat dintr-un bloc de intrare R, S, T, N , un bloc de măsură curent si tensiune , un redresor, niște blocuri de măsură curent si tensiune in diverse punte relevante la standului, riiste baterii de acumulatori, un bloc invertor, un bloc convertor de frecventa, un motor sincron cu magneți permanent, un, generator sincron cu magneți permanenți similar din punct de vedere al caracteristicilor electrice cu motorul electric, un bloc redresor cu diode, un bloc convertor-frana si o placa de achiziție si prelucrare a datelor relevante.

Metoda de evaluare a managementului energetic al bateriilor de acumulatori are in vedere prelucrarea cu ajutorul unei placi de achiziție SAD a tensiunilor si curenților in punctele relevante al standului in vederea obținerii bilanțului energetic de puteri si pentru evaluarea curenților a tensiunilor si factorului de distorsiune in punctele relevante menționate, ca parametrii de baza in managementul energetic al bateriilor de acumulatoare.

Avantajul soluției pentru standul de încercări si respective metoda de evaluare a managementului energetic al bateriilor de acumulatoare folosite in automobilele electrice, costa in aceea ca;

- oferă un sistem unitar de testare a bateriilor de acumulatori ce reprezintă sursa de energie a autovehicolului electric, avand ca sarcina un convertor c.c.ic.a. sau c.c./c. c. asociat cu un motor de propulsie de c.a. sau c.c. in tandem cu un generator frana controlat pentru a evidenția fluxul energetic intrare-iesire sau sursa-sarcina;

- este adaptabil unor condiții de lucru variabile si dinamice;

- este fiabil si realizabil cu mijloace accesibile.

Se dau in continuare cate un exemplu de realizare pentru standul de încercare a bateriilor de acumulatoare folosite in automobilele electrice si respectiv pentru metoda de evaluare a managementului energetic, in legătură cu figurile 1, si 3 care reprezintă:

Fig. 1 -Schema bloc a standului de încercare pentru evaluarea managementului energetic al bateriilor de acumulatoare folosite in automobilele electrice;

Fig. 2- Structura plăcii de achiziție SAD.

Fig. 3- Algoritmul metodei de evaluare a managementului energetic,

In conformitate cu fig. 1, standul de încercări pentru verificarea managementului energetic al bateriilor de acumulatori ale vehiculelor electrice, este compus dintr-un bloc de intrare R,S,T,N , un bloc de măsură curent si tensiune BMA, un redresor U1, un bloc de măsură a 2016 00118

16/02/2016 curent si tensiune BMB, niște baterii de acumulatori 2, un bloc invertor U3, _Un bloc de măsură curent si tensiune BMC, un bloc convertor de frcventa 4, un bloc de măsură curent si tensiune BMD, un motor sincron cu magneți permanenți M, un generator sincron cu magneți permanenți G similar din punct de vedere al caracteristicilor electrice cu motorul M, un bloc de măsură tensiune si curenți BME, un bloc redresor cu diode U5, _Un bloc de măsură curent si tensiune BMF, un bloc convertor-frana U6 si o placa de achiziție SAD destinata prelicrarii parametrilor tensiune-curent in punctele A....F cu ajutorul blocurilor de măsură BMA...BMF.

Parametrii electrici si funcționali caracteristici ai elementelor din schema bloc sunt după cum urmeaza:

- Blocul de intrare R,S,T,N estealimentat de la rețeaua de 3 x 400V, 50Hz;

- Blocurile de măsură curent si tensiune BMA, BMB.... BME, masoara parametrii indiacti in puncte funcționale caracteristice A...F ale standului;

- Redresorul U1, estealimentat in 3 x 400V, 50Hz din blocul de intrare R,S,T,N si oferă la ieșire tensiunea de curent continuu 220V si curentul de sarcina de maxim 40 A;

- Bateriile de acumulatori 2 funcționează cu tensiunea 220Vcc si capacitatea 33Ah;

- Blocul invertor U3 primește tensiunea de intrare 220Vcc si furnizează tensiunea de ieșire 3 x 400V, cu nul si 50Hz capabil sa ofere un curent de sarcina de 11,5A;

- Blocul convertor de frcventa 4 are tensiunea de intrare 3 x 400V, 50Hz si tensiunea de ieșire 0+3 x 400V, 0+50Hz si putere 8kVA;

- Motorul sincron cu magneți permanenți M, are tensiunea de intrare 0+3 x 400V, frecventa 0-50Hz si puterea 2kW;

- Blocul redresor cu diode U5 are tensiunea de intrare 0+3 x 400V, 0+50Hz si tensiunea de ieșire reglabila 0+480Vcc.;

- Blocul convertor-frana U6 este alimentat cu tensiunea variabila 0-480Vcc si cu tensiunea trifazata legata la blocul de intrare R,S,T,N.

Placa de achiziție SAD (fig.2) este formata din 5 canale de intrare tensiune-curent pentru achiziționarea semnalelor de tensiune si curent din punctele indicate in fig. 1.

La rândul sau, fiecare canal este format din cate un senzor de achiziție curent si/sau tensiune SA^-.SAs de tip traductor Hali, un bloc condiționare semnal BCSv-.BCSs necesar compatibilizarii semnalelor de ieșire din senzorul de achiziție cu intrarea in blocurile de conversie analog-digitale, un convertor analog-digital CADv.-.CADs necesar conversiei semnalelor analogice in semnale digitale, semnale digitale ce vor fi prelucrate in blocul de evaluare calitativa si cantitativa a elementelor ce reprezintă structura managementului energetic al bateriilor de acumulatoare folosite in automobilele electric si un bloc, denumit logica de conversie BLC de prelucrare a datelor primite pe linia fiecărui canal, care cuplat cu un PC va monitoriza algoritmul de evaluare a managementului energetic al bateriilor de a 2016 00118

16/02/2016 acumulatoare folosite de automobilele electrice si va evidenția bilanțul energetic al conversiei 53 energiei eliberate de bateriile de acumulatori in energie electrica la bornele de ieșire ale generatorului frana.

Metoda de evaluare a managementului energetic al bateriilor de acumulatoare folosite in automobilele electrice prespune parcurgerea următoarelor etape/pasi(fig. 3). presupune parcurgerea următoarelor etape/pasi (fig. 3):

Se stabilește cu ajutorul convertorului U₄ o turatie cuprinsa intre turatia minima si turatia nominala a unui motor M, turatia corespunzătoare unui punct static de funcționare -PAS 0;

Se masoara in punctul BMA manual cele 3 tensiuni de faza U_RN, Usn, U_tn respectiv curenții absorbiți de un bloc Ih. Aceleași mărimi sunt aplicate la intrarea unui canal 1 dintr-o placa de achiziție SAD cu ajutorul careia se vor evidenția puterile active P_A, reactiva Q_A, aparenta S_A, factorul de distorsiune curent THD|_A si factorul de distorsiune tensiune THD_UA, spectrul de armonice pentru tensiunile de faza U_RN, U_Sn, U_tn si spectrul de armonice pentru curenții absorbiți de blocul Ui in același punct BMA -PAS 1;

Se masoara in punctul BMB manual, tensiunea la borneleunei baterii de acumulatori U₂ si curentul l₂ absorbit de un bloc U₃. Aceleași mărimi U₂, l₂ sunt aplicate la intrarea unui canal 2 din placa de achiziție de date SAD cu ajutorul careia se va evidenția puterea activa P_B-PAS 2 ;

Se masoara in punctul BMC manual cele 3 tensiuni de faza U_RN, U_SN, U_TN respectiv curenții absorbiți de un bloc U₄. Aceleași mărimi sunt aplicate la intrarea unui canal 3 din placa de achiziție SAD cu ajutorul careia se vor evidenția puterile active P_c, reactiva Qc, aparenta S_c, factorul de distorsiune curent THDic si factorul de distorsiune tensiune THDuc, spectrul de armonice pentru tensiunile de faza U_RN, Usn, U_tn si spectrul de armonice pentru curenții absorbiți de blocul U₄ in același punct BMC- PAS 3;.

Se masoara in punctul BMD manual cele 3 tensiuni de faza U_RN, Usn, Utn respectiv curenții absorbiți de un motor M₃. Aceleași mărimi sunt aplicate la intrarea unui canal 4 din placa de achiziție SAD cu ajutorul careia se vor evidenția puterile active P_D, reactiva Q_D, aparenta S_D, factorul de distorsiune curent THDid si factorul de distorsiune tensiune THDud, spectrul de armonice pentru tensiunile de faza U_Rn, Usn, Utn si spectrul de armonice pentru curenții absorbiți de motorul M₃ in același punct BMD -PAS 4;

Se masoara in punctul BME manual cele 3 tensiuni de faza U_Rn, Usn, Utn respectiv curenții absorbiți de un bloc U5. Aceleași mărimi sunt aplicate la intrarea unui canal 5 din placa de achiziție SAD cu ajutorul careia se vor evidenția puterile active P_E, reactiva Q_E, aparenta S_E, factorul de distorsiune curent THD|_E si factorul de distorsiune tensiune THDue, spectrul de armonice pentru tensiunile de faza U_Rn, Usn, Utn si spectrul de armonice pentru curenții absorbiți de blocul U₅ in același punct BME -PAS 5;

Se masoara in punctul BMB manual, tensiunea la bornele unei baterii de acumulatori Uf si curentul If absorbit de un bloc υθ. Aceleași mărimi Uf, If sunt aplicate la intrarea canalului 6 a 2016 00118

16/02/2016 din placa de achiziție de date SAD cu ajutorul careia se va evidenția puterea activa P_F -PAS 6; 32

- Se calculează raportul PE/PB, care subunitar fiind, explica conversia sursa (exprimata prin energia debitata de bacteria de acumulatori)- lucru mecanic dezvoltat de motorul de tracțiune exprimat prin energia de la bornele generatorului frana. Diferența dintre PB si PE se explica prin pierderile de energie active datorate vehiculării energiei deformante produse de armonicele din spectrul formei undei de curent pe traseul sursa-motor- PAS 7

- Se calculează raportul PF/PB care evidențiază energia recuperata in regimul de franare recuperativa a automobilului electric -PAS 8.

Claims (3)

1. Stand de încercări pentru verificarea managementului energetic al bateriilor de acumulatori ale vehiculelor electrice, caracterizat prin aceea ca este compus din blocul de intrare R,S,T,N alimentat din 3 x 400V, 50Hz, blocul de măsură curent si tensiune BMA, redresorul U1, alimentat in3 x 400V, 50Hz din blocul de intrare R,S,T,N si care oferă la ieșire tensiunea de curent continuu 220V si curentul de sarcina de maxim 40 A, blocul de măsură curent si tensiune BMB, bateriile de acumulatori U2 cu tensiunea 220Vcc si capacitatea 33Ah, blocul invertor U3 cu tensiunea de intrare 220Vcc si tensiunea de ieșire 3 x 400V, cu nul si 50Hz capabil sa ofere un curent de sarcina de 11,5A, blocul de măsură curent si tensiune BMC, blocul convertor de frcventa U4 cu tensiunea de intrare 3 x 400V, 50Hz si tensiunea de ieșire 0+3 x 400V, 0+50Hz si putere 8kVA, blocul de măsură curent si tensiune BMD, motorul sincron cu magneți permanenți M, cu tensiunea de intrare 0+3 x 400V, frecventa 050Hz si puterea 2kW, generatorul sincron cu magneți permanenți G similar din punct de vedere al caracteristicilor electrice cu motorul M, blocul de măsură tensiune si curenti BME, blocul redresor cu diode U5 cu tensiunea de intrare 0+3 x 400V, 0+50Hz si tensiunea de ieșire reglabila 0+480Vcc, blocul de măsură curent si tensiune BMF, blocul convertor-frana U6 alimentat cu tensiunea variabila 0-480Vcc si cu tensiunea trifazata legata la blocul de intrare R,S,T, N si placa de achiziție SAD .

2. Stand de încercări pentru verificarea managementului energetic al bateriilor de acumulatori ale vehiculelor electrice conform revendicării 1 caracterizat prin aceea ca placa de achiziție SAD (fig.2) are 5 canale de intrare tensiune-curent pentru achiziționarea semnalelor de tensiune si curent din punctele A...F, fiecare canal fiind format din senzorul de achiziție curent si/sau tensiune SA^-.SAs de tip traductor Hali, blocul condiționare semnal

BCS1... BCS₅ necesar compatibilizarii semnalelor de ieșire din senzorul de achiziție cu intrarea in blocurile de conversie analog-digitale, convertorul analog-digital CAD1....CAD5 necesar conversiei semnalelor analogice in semnale digitale, semnale digitale ce vor fi prelucrate in blocul de evaluare calitativa si cantitativa a elementelor ce reprezintă structura managementului energetic al bateriilor de acumulatoare folosite in automobilele electric si blocul logica de conversie BLC de prelucrare a datelor primite pe linia fiecărui canal, care cuplat cu un PC va monitoriza algoritmul de evaluare a managementului energetic al bateriilor de acumulatoare folosite de automobilele electrice si va evidenția bilanțul energetic al conversiei energiei eliberate de bateriile de acumulatori in energie electrica la bornele de ieșire ale generatorului frana..

3. Metoda de evaluare a managementului energetic al bateriilor de acumulatoare folosite in a 2016 00118

16/02/2016 automobilele electrice caracterizata prin aceea ca prespune parcurgerea următorii pași (fig.3) :

Se stabilește cu ajutorul convertorului U₄ o turatie cuprinsa intre turatia minima si turatia nominala a motorului M, turatie corespunzătoare unui punct static de funcționare -PAS 0;

Se masoara in punctul BMA manual cele 3 tensiuni de faza U_RN, U_Sn, U_tn respectiv curentii absorbiți de blocul Lh, aceleași mărimi fiind aplicate la intrarea canalului 1 din placa de achiziție SAD cu ajutorul careia se vor evidenția puterile active P_A, reactiva Q_A, aparenta S_A, factorul de distorsiune curent THD|_A si factorul de distorsiune tensiune THD_UA, spectrul de armonice pentru tensiunile de faza U_RN, U_SN, U_TN si spectrul de armonice pentru curentii absorbiți de blocul Ui in același punct BMA -PAS 1;

Se masoara in punctul BMB manual, tensiunea la bornele bateriei de acumulatori U2 si curentul l₂ absorbit de blocul U₃, aceleași mărimi U₂, l₂ fiind aplicate la intrarea canalului 2 din placa de achiziție de date SAD cu ajutorul careia se va evidenția puterea activa P_B-PAS 2;

Se masoara in punctul BMC manual cele 3 tensiuni de faza U_RN, U_SN, U_TN respectiv curentii absorbiți de blocul U₄, aceleași mărimi fiind aplicate la intrarea canalului 3 din placa de achiziție SAD cu ajutorul careia se vor evidenția puterile active Pc, reactiva Qc, aparenta S_c, factorul de distorsiune curent THDic si factorul de distorsiune tensiune THDuc, spectrul de armonice pentru tensiunile de faza U_RN, U_Sn, U_tn si spectrul de armonice pentru curentii absorbiți de blocul U₄ in același punct BMC- PAS 3;.

Se masoara in punctul BMD manual cele 3 tensiuni de faza U_RN, U_Sn, U_tn respectiv curentii absorbiți de motorul M₃, aceleași mărimi fiind aplicate la intrarea canalului 4 din placa de achiziție SAD cu ajutorul careia se vor evidenția puterile active P_D, reactiva Q_D, aparenta Sd, factorul de distorsiune curent THD|₀ si factorul de distorsiune tensiune THD_ud, spectrul de armonice pentru tensiunile de faza U_RN, U_Sn, U_tn si spectrul de armonice pentru curentii absorbiți de motorul M₃ in același punct BMD -PAS 4;

Se masoara in punctul BME manual cele 3 tensiuni de faza U_RN, U_Sn, U_tn respectiv curentii absorbiți de blocul U₅, aceleași mărimi fiind aplicate la intrarea canalului 5 din placa de achiziție SAD cu ajutorul careia se vor evidenția puterile active Pe, reactiva Qe, aparenta Se, factorul de distorsiune curent THD|_E si factorul de distorsiune tensiune THDue, spectrul de armonice pentru tensiunile de faza U_RN, U_Sn, Utn si spectrul de armonice pentru curentii absorbiți de blocul U₅ in același punct BME -PAS 5;

Se masoara in punctul BMF manual, tensiunea la bornele bateriei de acumulatori Uf si curentul If absorbit de blocul U₆, aceleași mărimi Uf, If fiind aplicate la intrarea canalului 6 din placa de achiziție de date SAD cu ajutorul careia se va evidenția puterea activa P_F -PAS 6;

Se calculează raportul PE/PB, care subunitar fiind, explica conversia sursa (exprimata prin energia debitata de bacteria de acumulatori)- lucru mecanic dezvoltat de motorul de tracțiune exprimat prin energia de la bornele generatorului frana, iar diferența dintre PB si PE a 2016 00118

16/02/2016 explicandu-se prin pierderile de energie active datorate vehiculării energiei deformante produse de armonicele din spectrul formei undei de curent pe traseul sursa-motor- PAS 7 Se calculează raportul PF/PB care evidențiază energia recuperata in regimul de franare recuperativa a automobilului electric -PAS 8.