Могут ли натриево-ионные аккумуляторы справиться с рекуперативным торможением в гольф-карах? Натрий-ионные аккумуляторы может обеспечивать рекуперативное торможение гольф-кара только в том случае, если готовый аккумуляторный блок способен безопасно выдерживать обратный зарядный ток при замедлении или движении под уклон.
Если система управления батареей (BMS), контроллер, диапазон напряжения, уровень заряда батареи (SOC), температурные ограничения и алгоритм восстановления не согласованы, электромобиль может утратить способность к рекуперативному торможению, сработать защита, появиться сигнал о перенапряжении или торможение может стать непредсказуемым.
Главный вопрос заключается в том, сможет ли аккумуляторная батарея принять реальный ток рекуперации без срабатывания защитных механизмов системы управления батареей (BMS).
Натриево-ионный аккумулятор Kamada Power 12v 100Ah
Рекуперативное торможение — это не только торможение, но и процесс зарядки
В гольф-каре система рекуперативного торможения замедляет транспортное средство за счет преобразования части его кинетической энергии обратно в электрическую. С точки зрения аккумуляторной батареи рекуперативное торможение представляет собой кратковременный процесс зарядки, который может происходить внезапно, повторно и иногда с высоким током.
Натрий-ионная батарея может нормально разряжаться при ускорении, но при этом испытывать трудности с рекуперацией, если ее ограничение по току заряда, верхний порог напряжения, настройки защиты системы управления батареей (BMS) или обратная связь контроллера не рассчитаны на обратный ток. Батарея не только питает электромобиль. От нее также требуется поглощать энергию, когда водитель замедляется, движется под уклон или отпускает педаль газа.
Аккумулятор для гольф-кара, который «достаточно мощный для движения», не всегда «готов к рекуперации энергии».
Высокий уровень заряда аккумулятора — это первое ограничение
Наиболее сложные условия рекуперации часто возникают, когда аккумулятор почти полностью заряжен.
Аккумулятор с низким или средним уровнем заряда (SOC) имеет больше резерва для приема возвращаемой энергии. У почти полностью заряженного аккумулятора этот резерв меньше. Если ток рекуперации подталкивает напряжение аккумулятора к верхнему пределу, система управления аккумулятором (BMS) может ограничить разрешение на зарядку или заблокировать зарядку для защиты элементов.
Для натрий-ионных аккумуляторных батарей этот порог должен быть задан на уровне батареи. Система управления батареей (BMS) должна знать, какой ток заряда допустим при высоком уровне заряда (SOC), насколько близко батарея находится к верхнему пределу напряжения, а также какая реакция будет более безопасной, чем внезапное отключение.
Наиболее безопасная схема — это контролируемый прием рекуперативной энергии, а не режим «разрешить всю рекуперацию».
Система управления батареей (BMS) должна управлять обратным током, не вызывая сбоев в работе двигателя
Система управления батареей (BMS) защищает аккумуляторную батарею от перенапряжения, перегрузки по току, экстремальных температур и дисбаланса элементов. Во время рекуперативного торможения эти защитные механизмы работают на стороне зарядки.
Если система управления батареей (BMS) фиксирует слишком сильный ток рекуперации или слишком высокое напряжение на элементах, она может заблокировать зарядку. Это может защитить батарею, но также может сбить с толку контроллер тележки, если он рассчитывал, что батарея будет поглощать возвращаемую энергию. В результате это может ощущаться как резкое торможение, внезапная потеря рекуперации, сбой контроллера или непредсказуемое поведение транспортного средства.
Натрий-ионная батарея, готовая к рекуперации, не должна использовать аварийную защиту в качестве основного метода управления. Она должна быть оснащена цепью заряда системы управления батареей (BMS), пороговыми значениями напряжения, ограничениями по току и механизмами взаимодействия с контроллером, способными справляться с ожидаемыми ситуациями рекуперации.
Совместимость контроллера определяет, будет ли регенеративное торможение ощущаться естественно
Контроллер двигателя определяет, насколько интенсивно будет осуществляться рекуперативное торможение, когда оно начнется и с какой силой будет возвращаться энергия. Аккумулятор определяет, какой объем этой энергии он способен принять.
Контроллер, изначально настроенный с учетом характеристик свинцово-кислотных аккумуляторов, может не соответствовать диапазону напряжения натриево-ионного аккумуляторного блока. Контроллер, настроенный для работы с литиевыми аккумуляторами, также может потребовать доработки, поскольку ограничения системы управления аккумуляторным блоком (BMS), верхний порог напряжения и характеристики приема заряда зависят от конкретного аккумуляторного блока.
Контроллер, который не может уменьшить интенсивность рекуперации при полной заряженности аккумулятора, может привести к срабатыванию защитных механизмов аккумуляторной батареи. Система управления аккумуляторной батареей (BMS), которая просто отключается без согласования с контроллером, может вызвать сбой в работе автомобиля.
Для производителей оригинального оборудования и дистрибьюторов совместимость контроллеров должна определяться их рабочими характеристиками, а не только напряжением. Аккумуляторные батареи с одинаковым напряжением могут по-разному реагировать при торможении тележки на спуске.
Регенеративное торможение должно быть регулируемым, а не фиксированным без учета условий
Сильная настройка регенерации не всегда лучше.
В случае натриево-ионного аккумуляторного блока для гольф-кара ток рекуперации должен регулироваться или ограничиваться с учетом номинального зарядного тока блока, степени заряда (SOC), верхнего предела напряжения и допустимых температурных режимов. При работе с высокой степенью заряда может потребоваться снижение интенсивности рекуперации. При эксплуатации в холодных условиях может потребоваться снижение интенсивности рекуперации или ее отключение до тех пор, пока напряжение блока не вернется в допустимый диапазон зарядки.
В более совершенных системах связь с системой управления батареей (BMS) может позволить контроллеру уменьшить интенсивность рекуперации, если мощность зарядки ограничена. В более простых системах без такой связи настройки контроллера должны быть достаточно консервативными, чтобы избежать повторных вмешательств со стороны BMS.
Цель заключается в обеспечении предсказуемого торможения и контролируемой рекуперации энергии, а не в постоянной максимальной рекуперации.
Изменения в правилах регенерации в холодную погоду
Рекуперативное торможение — это зарядка. А это значит, что правила зарядки в холодную погоду имеют большое значение.
Натрий-ионный аккумулятор может разряжаться в холодных условиях, но это не означает, что он автоматически способен принимать зарядный ток в холодном состоянии. Если гольф-карт эксплуатируется в регионе с холодным климатом, хранится на открытом воздухе или используется ранним утром, ток рекуперации может поступать до того, как элементы аккумулятора достигнут допустимого диапазона температур зарядки.
Тележка по-прежнему должна обеспечивать предсказуемое поведение при торможении, однако аккумуляторной батарее может потребоваться ограничить или заблокировать зарядный ток. Если контроллер и система управления аккумуляторной батареей (BMS) не согласованы между собой, система может неожиданно выдать предупреждения, уменьшить интенсивность рекуперации, утратить способность к рекуперативному торможению или перейти в режим защиты.
На рынках в регионах с холодным климатом рекуперативную зарядку следует рассматривать как часть стратегии зарядки при низких температурах. Способность к разряду при низких температурах не гарантирует безопасность рекуперативной зарядки в таких условиях.
Диапазон напряжения имеет большее значение, чем номинальное значение, указанное на этикетке аккумуляторной батареи
Аккумуляторная батарея для гольф-кара на 36, 48 или 72 В может соответствовать номинальной платформе кара, однако особенности рекуперации зависят от верхнего предела напряжения.
Во время рекуперативного торможения напряжение может быстро повышаться. Если верхний предел напряжения натриево-ионной батареи ниже, чем предполагает контроллер, система управления батареей (BMS) может раньше зафиксировать перенапряжение. Если настройки рекуперативного торможения в контроллере слишком агрессивны, повышение напряжения может привести к срабатыванию системы защиты. Если батарея почти полностью заряжена, даже умеренное рекуперативное торможение может довести систему до предела.
Номинальное напряжение — это лишь первая ступень. На самом деле при рекуперации важно то, соответствует ли поведение напряжения рекуперации контроллера диапазону зарядного напряжения аккумуляторной батареи и верхнему пределу защиты системы управления батареей (BMS).
Для блока питания с поддержкой рекуперации требуется схема зарядки, рассчитанная на импульсный режим
Рекуперативный ток не всегда имеет плавный характер. Он может поступать импульсами при движении под уклон, при движении с частыми остановками и запусками или при многократном замедлении. Цепь заряда системы управления батареей (BMS), MOSFET-транзисторы или контакторы, шины, клеммы, разъемы и проводка должны выдерживать такие импульсы в пределах предусмотренных техническими условиями.
Это отличается от входного тока медленного зарядного устройства. Зарядное устройство может подавать ток с регулируемым напряжением в течение нескольких часов. Система рекуперации может подавать кратковременный динамический ток во время движения автомобиля.
В случае натрий-ионных аккумуляторных батарей для гольф-каров возможность рекуперации следует рассматривать как заложенную характеристику зарядного тока, а не как дополнительное преимущество. Если максимальный зарядный ток батареи ниже, чем ток рекуперации контроллера, система потребует настройки контроллера, согласования с системой управления батареей (BMS) или изменения конструкции батареи.
Механическое торможение должно оставаться резервным средством обеспечения безопасности
Рекуперативное торможение не следует рассматривать как единственный способ торможения.
Даже при нормальной работе системы рекуперации механическая тормозная система электромобиля и стратегия безопасности контроллера должны оставаться в силе в случае снижения интенсивности рекуперации, ее ограничения или недоступности. Высокий уровень заряда аккумулятора (SOC), низкая температура, срабатывание защитных механизмов системы управления аккумуляторной батареей (BMS), неисправности контроллера или ограничения аккумуляторной батареи могут привести к снижению объема энергии, которую аккумуляторная батарея способна принять.
Безопасная система должна обеспечивать предсказуемое торможение даже при ограниченной рекуперации. Рекуперация энергии в аккумуляторе повышает эффективность и улучшает ощущения от вождения, но она не должна заменять системы безопасности тормозного механизма автомобиля.
Основные границы интеграции
Самый простой способ определить, подходит ли регенерация, — это выяснить, какие границы системы могут быть нарушены.
| Предельное значение рекуперативного торможения | Что меняется в упаковке | Неудача, если ее проигнорировать |
|---|
| Работа при высоком уровне заряда аккумулятора | Меньший запас напряжения для рекуперации энергии | Сбой системы защиты от перенапряжения BMS или неисправность контроллера |
| Ток зарядки системы рекуперации энергии | Цепь заряда должна выдерживать кратковременные всплески обратного тока | Отключение системы BMS, резкое торможение или потеря рекуперации |
| Настройка напряжения контроллера | Regen должен соответствовать верхнему диапазону напряжения блока | Всплеск напряжения, преждевременное срабатывание защиты или снижение эффективности торможения |
| Работа в холодных условиях | Regen переходит на низкотемпературную зарядку | Блокировка зарядки, предупреждающие сообщения или попытки зарядки в небезопасных условиях |
| Логика связи или управления | Контроллеру может потребоваться уменьшить интенсивность рекуперации при достижении предельных значений | Аккумулятор и контроллер конфликтуют друг с другом |
| Резервная система механического торможения | Торможение должно оставаться безопасным даже при снижении интенсивности рекуперации | Недостаточное ощущение торможения или небезопасная зависимость от рекуперации |
Контрольный список для проверки регенерации
| Элемент проверки Regen | Что необходимо проверить |
|---|
| Торможение с высоким уровнем заряда аккумулятора | Отсутствие перенапряжения в системе управления батареей (BMS) или неисправности контроллера |
| Торможение при спуске | Рост напряжения не выходит за пределы допустимого значения для аккумуляторной батареи |
| Повторное замедление | Цепь заряда выдерживает импульсный ток |
| Холодная погода | Regen следует правилам зарядки при низких температурах |
| Настройки контроллера | Ток рекуперации можно ограничить или уменьшить |
| Связь с системой управления батареями | Контроллер может реагировать на ограничения по заряду, если он используется |
| Восстановление после защиты | Безопасный перезапуск тележки и упаковки |
| Резервный механический тормозной механизм | Торможение остается безопасным, если рекуперация ограничена |
Стандартные натрий-ионные аккумуляторные батареи работают только при небольшой потребности в регенерации
Стандартная натрий-ионная батарея для гольф-кара может работать в режиме рекуперативного торможения при условии, что ток рекуперации не слишком велик, батарея имеет достаточный запас заряда (SOC), настройки контроллера совместимы, температура находится под контролем, а система управления батареей (BMS) прошла проверку на соответствие ожидаемому поведению при обратном токе.
Индивидуальная конструкция становится более безопасной, если тележка характеризуется интенсивным рекуперативным торможением на спуске, агрессивными настройками контроллера, частыми остановками и запусками, эксплуатацией при высоком уровне заряда аккумулятора, использованием в холодную погоду, эксплуатацией в составе автопарка или применением контроллера, работающего с учетом данных, поступающих от аккумулятора. Эти условия не делают натрий-ионные аккумуляторы непригодными для использования. Они лишь меняют характер требуемых проектных работ.
Разница заключается не в том, «может ли натрий-ионная батарея выдерживать рекуперацию или нет». Разница заключается в том, была ли готовая батарея разработана и проверена с учетом особенностей рекуперативного торможения данного автомобиля.
Проверяйте тормозной момент, а не только нагрузку при движении
Аккумуляторную батарею натриево-ионного типа для гольф-кара не следует одобрять только потому, что она обеспечивает хорошее ускорение или способна преодолевать подъемы. Испытания на рекуперацию должны быть направлены на ситуации, в которых энергия возвращается в батарею: торможение на спуске, многократное замедление, торможение при высоком уровне заряда (SOC), торможение в холодных условиях (если это актуально), а также восстановление после любого срабатывания системы защиты от перезаряда (BMS).
В ходе проверки необходимо учесть фактическое состояние тележки, настройки контроллера, аккумуляторную батарею, ограничения системы управления аккумуляторной батареей (BMS), прокладку кабелей, диапазон заряда аккумулятора (SOC) и рабочую температуру.
Именно это делает систему рекуперации надежной. Аккумуляторная батарея должна работать корректно при движении энергии в обоих направлениях.
Заключение
Натрий-ионные аккумуляторы может обеспечивать рекуперативное торможение в гольф-карах, если система управления батареей (BMS), тракт зарядного тока, диапазон напряжения, настройки контроллера, запас по уровню заряда (SOC), температурные ограничения, резервная механическая тормозная система и алгоритм восстановления разработаны комплексно.
Перед утверждением аккумуляторной батареи для гольф-кара с рекуперативным торможением необходимо проверить торможение на спуске, рекуперацию при высоком уровне заряда (SOC), реакцию контроллера, защиту системы управления батареей (BMS) от перезаряда, работу в холодных погодных условиях, восстановление после рекуперации, а также безопасность торможения при снижении интенсивности рекуперации. Если вы разрабатываете систему натрий-ионных аккумуляторов для гольф-кара, связаться с нами с учетом напряжения в аккумуляторной батарее, модели контроллера, настроек рекуперативного торможения, конфигурации батареи и условий эксплуатации. Мы поможем определить, готовы ли батарея и контроллер к рекуперативному торможению.