Lítium Ion Akkumulátor Fejlesztések. Dr. Nagy László 1

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Lítium Ion Akkumulátor Fejlesztések. Dr. Nagy László 1"

Ödön Németh
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Lítium Ion Akkumulátor Fejlesztések Dr. Nagy László

2 Az EnerSys több, mint 25%-os részesedésével globális piacvezető ipari akkumulátor gyártó Németország 3 Lengyelország Csehország USA 8 Mexikó 3 Argentína Nagy-Britannia 3 Franciaország Spanyolország Tunézia Brazília Görögország Dél-Afrika Bulgária India Kína 3 Ausztrália Amerika EMEA Ázsia Összesen A gyárak száma Gyárak világszerte Dr. Nagy László 2

Franciaország Spanyolország Tunézia Brazília Görögország Dél-Afrika Bulgária India Kína 3

3 Főbb termékcsoportok. Savas ólomakkumulátorok folyadék elektrolitos vagy szeleppel zárt (zselés ill. filces) kivitelben Lúgos akkumulátorok NiCd és NiZn Li-ion akkumulátorok primer és szekunder elemek Dr. Nagy László 3

4 Főbb termékcsoportok 2. Kiegészítő berendezések és rendszerek akkumulátor töltők csereberendezések töltőállomások hálózati energiatárolók Dr. Nagy László 4

5 EnerSys Advanced Systems Thurso Culham Nordhausen Budaörs Longmont Horsham Longmont műholdak, űrhajók akkumulátorai Culham műholdak, űrhajók akkumulátorai, műszerei Horsham primer elemek űrkutatási, katonai és orvosi Thurso ipari és katonai akkumulátorok, töltők célokra Budaörs ipari akkumulátorok, bányászlámpák Nordhausen cellagyártás, speciális nagyteljesítményű alkalmazások Dr. Nagy László 5

űrkutatási, katonai és orvosi Thurso ipari és katonai akkumulátorok, töltők célokra Budaörs ipari

6 Primer cellák és telepek Elsősorban katonai alkalmazások Dr. Nagy László 6

7 Szekunder telepek Műholdak, űrrakéták, űrhajók áramellátása Dr. Nagy László 7

8 Katonai célú lítium ion akkumulátorok Kommunikáció Harctéri robotok Harci járművek Tengeralattjárók Szuperkönnyű robotrepülőgépek Vízalatti aknasemlegesítő robotok Dr. Nagy László 8

9 Polgári célú alkalmazások Megújuló energiák Vasút és vasútbiztosítás Távközlés Hálózati energiatárolás Anyagmozgatás Hajózás Dr. Nagy László 9 UPS Bányász, tengerészeti és egyéb fejlámpák

10 Biztonsági kérdések Ismert képek, de sajnos nem csak a múltból. A robbanásos égés a cellák hőmegfutásának eredménye. (exoterm folyamatok) A kiváltó ok a cellák nem megengedett üzemállapotban való működtetése, ami megfelelő, előzetes intézkedésekkel elkerülhető. A biztonsági intézkedések szintjei - megfelelő elektrokémia - cellaszintű beavatkozó eszközök - rendszerszintű akkumulátor felügyelet Dr. Nagy László 0

(exoterm folyamatok) A kiváltó ok a cellák nem megengedett üzemállapotban való működtetése, ami

11 Az akkumulátorok felügyeleti rendszere (Battery Management System) Az akkumulátor felügyeleti rendszer egy adatgyűjtő, adatfeldolgozó és beavatkozó elektronikus egység, amelynek feladata a telep üzemének ellenőrzése. Három alapvető funkciója - a biztonságos üzemelés - az optimális működés - a külső, belső kommunikáció biztosítása. Üzembiztonság A BMS-nek biztosítania kell, hogy a nagyszámú, soros-párhuzamos cellából álló rendszerben az üzemelési körülmények mindenben megfeleljenek a cellák által támasztott követelményeknek: - az egyes cellák feszültsége soha nem léphet ki a gyártó által megadott töltési és kisütési végfeszültségek által meghatározott sávból, azaz kell mélykisütés és túltöltés elleni védelem - a töltési és kisütési áramok nem haladhatják meg a meghatározott időfüggő határértékeket, azaz szükség van túláram védelemre - a cellák hőmérséklete benne kell maradjon az üzemmódtól függő alsó és felső megengedett értékek által adott tartományban, azaz kell alsó és felső hőmérsékleti védelem A megfelelő rendszer megbízhatóság megkövetel bizonyos öndiagnosztikai funkciókat is. Dr. Nagy László

Üzembiztonság A BMS-nek biztosítania kell, hogy a nagyszámú, soros-párhuzamos cellából álló rendszerben az üzemelési körülmények mindenben megfeleljenek a cellák által támasztott követelményeknek: -

12 Optimális működés A telep optimális működésének feltétele, hogy valamennyi sorba kapcsolt cella mindig azonos mértékben legyen feltöltve. Minthogy az egyes cellák között mindig vannak eltérések, amelyek ráadásul az öregedéssel növekednek, a felügyeleti rendszernek a cellák töltöttségi állapotát ki kell egyenlítenie. A cél a jelentős, tartós eltérések kiküszöbölése. Kiegyenlítésre sor kerülhet mind töltés, mind kisütés alatt, de gyakorlatilag könnyebb és elegendő is csak a töltési szakaszban alkalmazni. Az eljárást igen sokszor lehet cellafeszültség mérésre alapozni, de ez nem tehető meg tetszőleges cella elektrokémia esetén. Pl. lítium-vas-foszfát celláknál az igen lapos áram-feszültség jelleggörbe miatt ez a módszer nem alkalmazható hatékonyan. Itt inkább a töltöttségi állapot (SOC) meghatározása ad megfelelő támpontot. Kommunikáció Van egy rendszeren belüli és egy külső kommunikáció. A belső kommunikáció a rendszert alkotó egyes alegységek egymás közötti információ cseréjét jelenti, ami elengedhetetlen feltétele a BMS működésének. A külső kommunikáció egy szolgáltatás egy fölérendelt rendszer számára. A BMS minden, a rendszerben rendelkezésre álló adatot továbbítani tud, pl. SOC, SOH, hőmérsékletek, feszültségek, áramok, üzemállapotok, hibajelzések stb. A felügyeleti rendszer tud külső parancsokat fogadni és azoknak megfelelően módosítani az akkumulátor működését. Dr. Nagy László 2

A cél a jelentős, tartós eltérések kiküszöbölése. Kiegyenlítésre sor kerülhet mind töltés, mind kisütés alatt, de gyakorlatilag könnyebb és elegendő is csak a töltési szakaszban alkalmazni.

Hagyományos, hierarchikus felépítésű felügyeleti rendszer (Master-Slave) Telepkapcsoló Sönt Slave A Slave foglalkozik a cellákkal - méri a cella feszültségeket, hőmérsékleteket és az áramot, és az

13 Hagyományos, hierarchikus felépítésű felügyeleti rendszer (Master-Slave) Telepkapcsoló Sönt Slave A Slave foglalkozik a cellákkal - méri a cella feszültségeket, hőmérsékleteket és az áramot, és az adatokat továbbítja a Masternek. - a Mastertől kapott üzemállapot meghatározásnak megfelelően működteti kiegyenlítő áramköröket. - a Slave csak meghatározott számú soros cellát felügyel. Ha magasabb telep feszültség, azaz több soros cella szükséges, akkor több Slave egységet alkalmazunk. Master Kapcsolat a külvilággal A Master felügyeli a telep egészének működését - ez az egység gyűjti össze és értékeli ki a Slave kártyáktól kapott adatokat. - méri a telep feszültséget és áramot - az összegyűjtött adatok alapján ellenőrzi az akkumulátor állapotát (SOC, SOH) és döntéseket hoz a telep további üzeméről. - felügyeli a telepkapcsoló működését - a Slave-ektől kapott adatok alapján minősíti azok működését - biztonsági intézkedéseket hoz hardware hiba esetén - irányítja a külső kommunikációt Dr. Nagy László 3

Ha magasabb telep feszültség, azaz több soros cella szükséges, akkor több Slave egységet alkalmazunk.

14 Belső CAN alapú BMS A hierarchikus, Master-Slave típusú rendszerek hátrányai: - nagy, komplex rendszerekben, amelyek sok soros cellából épülnek fel, nagyszámú Slave-re van szükség, ami már igen bonyolult struktúrát eredményez. - ha akkumulátorokat kívánunk sorosan kapcsolni, akkor új, szuper Master -ekre van szükség a komplett rendszer felügyeletéhez. - a bonyolult rendszerfelépítés és a koncentrált ellenőrzési funkciók előnytelenek a rendszer megbízhatósága szempontjából A megoldást egy a CAN alapú BMS struktúra jelenti. - itt a rendszer tengelyében egy CAN Bus helyezkedik el. - erre csatlakozik a rendszer valamennyi eleme - minden elem valamennyi általa birtokolt és lényeges információt (adatokat, parancsokat) felrak a bus-ra - minden egység, minden számára lényeges információt vagy parancsot meg tud kapni a bus-ról - az azonos funkciójú, redundáns egységek azonos információkhoz jutván azonos módon viselkednek. Nagykiterjedésű összetett rendszereknél a megfelelő beavatkozási sebességek biztosítása érdekében csak az operatív információk közvetítése történik CAN alapon, a nagy menyiségű, információs kommunikációt már ethernet végzi. Dr. Nagy László 4

- a bonyolult rendszerfelépítés és a koncentrált ellenőrzési funkciók előnytelenek a rendszer megbízhatósága szempontjából A megoldást egy a CAN alapú BMS struktúra jelenti.

15 50kWh / 600V UPS akkumulátor és blokkvázlata Dr. Nagy László 5

16 A Li-ion akkumulátorok fejlesztési és gyártási együttműködése Európában Thurso Culham Nordhausen Budaörs Európai feladatmegosztás Budaörs Thurso Project management Villamos tervezés Rendszertervezés Hardware tervezés Software tervezés Prototípus építés Labor vizsgálatok Elektronika gyártatás Mechanikai tervezés Prototípus vizsgálatok Sorozatgyártás Culham Cellavizsgálatok adott köre Prototípus vizsgálatok adott köre Nordhausen Cellagyártás Cellavizsgálatok adott köre A kitűzött cél: a kialakult működési modell kiterjesztése Európa és Amerika vonatkozásában, majd alkalmazása más szakterületeken is. Dr. Nagy László 6

tervezés Prototípus vizsgálatok Sorozatgyártás Culham Cellavizsgálatok adott köre Prototípus vizsgálatok adott köre Nordhausen Cellagyártás

17 Köszönöm a figyelmet

Hasonló dokumentumok

Lítium-ion akkumulátorok

Lítium-ion akkumulátorok üzemeltetési kérdései Li-ion akkumulátorokkal ma már az élet szinte minden területén találkozhatunk Miért lítium? Lítium bázison érhető el a tárolt energia mennyiségre vonatkozó