Systém správy baterie v elektrických vozidlech – dokonalý průvodce

Systém správy baterie je elektronický systém, který spravuje dobíjecí baterii.

Systém správy baterie je mozkem baterie

Sada baterií s vestavěným systémem správy baterie je inteligentní baterie. Baterii nabíjí chytrá nabíječka baterií, kterou lze připojit k BMS chytré baterie prostřednictvím sběrnice CAN nebo jiných komunikačních protokolů. K nabíjení chytré baterie je nutné použít chytrou nabíječku baterií.

Proč BMSin Electric Vehicles?

Li-ion baterie, jedna z běžných baterií které se používají v elektrických vozidlech jsou drahé a náchylné k poškození. Životnost baterie je důležitá!!

  • Předpokládaná životnost baterie elektrického auta:Jak dlouho vydrží baterie elektromobilu?
  • Očekávaná životnost motoru elektrického automobilu:Jak dlouho vydrží elektrický motor?
  • Očekávaná životnost elektrického vozidla:Jak dlouho vydrží elektromobil?

Pravděpodobnost tepelného úniku Li-Ion baterie je mnohem vyšší a každý článek musí být individuálně monitorován, aby se zabránilo poškození.

Mobilní aplikace by byly efektivní (baterie vydrží dlouho) pouze v případě, že baterie pracuje s maximální účinností. Se správnou tepelnou a výkon řízení, baterie by měla být provozována optimálně, aby se z ní dostalo maximum.

Funkce systému správy baterie

Primární funkcí BMS je chránit baterii před poškozením v širokém rozsahu provozních podmínek.

Je zabráněno provozu baterie mimo bezpečnou provozní oblast

  1. Interní spínače k ​​izolaci baterie, když má tendenci pracovat mimo bezpečnou provozní oblast.
  2. Požadavek na zařízení, aby snížila spotřebu energie z baterie
  3. Aktivní ovládání prostředí pomocí ohřívačů, chladičů a ventilátorů

Další funkce BMS jsou

  • Řízení energie
  • Vyrovnávání buněk
  • Ovládání prostředí
  • Atd. atd.

Stručné vysvětlení funkcí systému Battery Management

Systém správy baterie má následující funkce.

Monitoruje napětí, proud, teplotu, stav nabití (SOC), zdravotní stav (SOH), hloubku vybití (DOD), stav napájení (SOP) a průtok chladicí kapaliny.

Pomocí výše uvedených parametrů vypočítá BMS několik hodnot, které jsou užitečné a pomáhají chránit baterii.

Následuje několik z nich.

Maximální nabíjecí proud, Maximální vybíjecí proud, Energie dodaná od posledního nabití, Vnitřní impedance článku, Nabití uložené v baterii, Celková energie dodaná od prvního použití, Celková doba provozu od prvního použití, Celkový počet cyklů.

Systém správy baterie komunikuje s nízkoúrovňovým hardwarem prostřednictvím senzorů a s rozhraním člověk-stroj (HMI) pomocí sběrnice CAN. Přístrojový panel v elektrickém vozidle (jakémkoli vozidle) zobrazuje informace o uživateli ze systému správy baterie.

Nejdůležitější funkce BMS jsou uvedeny níže

  • Ochrana nad proudem
  • Ochrana proti přepětí
  • Podpěťová ochrana
  • Ochrana proti přehřátí
  • Pod tepelnou ochranou
  • Ochrana proti přetlaku
  • Detekce svodového proudu

BMS funguje jako prostřední zařízení která připojuje zátěž od baterie, aby se zabránilo nadměrným změnám zátěže, aby byla baterie chráněna.

Vyrovnávání buněk Další funkcí BMS je zlepšení výkonu baterie. Všechny články v baterii jsou udržovány ve stejném stavu nabití, čímž dochází k rozptýlení přebytečného náboje v některých článcích, regulovanému nabíjení článků a vypínání některých skořápek.

Součásti systému správy baterie (BMS)

Systém řízení baterie je elektronický řídicí obvod, který monitoruje baterii. Na trhu je k dispozici mnoho integrovaných obvodů BMS. Např. Texas Instruments má BMS IC TPS65011

Jaké jsou součásti systému správy baterie?

Snímač proudu

Celkový proud a proudy v jednotlivých článcích baterie jsou snímány pro výpočet celkové energie uložené a využité z baterie.

Aktuální spotřeba v průběhu času vám poskytne energii zbývající v baterii.

Napěťový senzor

Napětí článků a monitorování napětí baterie jsou funkcemi systému správy baterie v elektrickém vozidle. Napěťové senzory připojené k baterii monitorují napětí naprázdno a potenciální rozdíl když je baterie nabitá.

Stav baterie velmi závisí na napětí článku. Rozsah napětí, ve kterém se baterie smí nabíjet a vybíjet, by měl být přísně dodržován, aby baterie fungovala co nejlépe. Například lithium-iontová baterie s nominálním napětím 3,6 V má maximální a minimální jmenovité napětí 2,8 V a 4,2 V v tomto pořadí [Reference].

Jedna metoda používaná ke kontrole, zda je baterie plně nabitá, měří napětí naprázdno. Tak lze regulovat nabíjení baterie.

  • Jak fungují Li-ion baterie?

Statické přepínače a ovladače

Každý článek v baterii elektrického vozidla je individuálně monitorován pomocí systému správy baterie. Statický spínač, jako je FET, a ovladač v případě potřeby společně propojují a odpojují články od zátěže a nabíjecího obvodu.

Snímač teploty

Li-ion baterie, která je běžnou technologií baterií v moderních elektrických vozidlech, je citlivá na teplotu. Zkrat vede k postupnému generování tepla a tepelnému úniku baterie.

Tepelný management je u baterie velmi důležitý. Teplota také ovlivňuje účinnost baterie.

Aktivní chlazení může být spuštěno měřením teploty článků v baterii, aby byly chráněny před požárem.

  • Nebezpečí požáru elektrického vozidla:Je elektromobil bezpečný při nehodách?

Algoritmus odhadu stavu baterie

Dva důležité parametry baterie jsou Stav nabití a Zdravotní stav . SOC udává úroveň nabití baterie (%).

Existují dva typy SOC

  • Absolute State of Charge (ASOC) – když je baterie nová
  • Relativní stav nabití (RSOC) – dostupné nabití s ​​ohledem na pokles kapacity

Obecně SOC označuje RSOC.

Zdravotní stav indikuje schopnost baterie fungovat, jako by byla nová. Poměr aktuální energetické kapacity ke kapacitě baterie, když byla nová, je definován jako SOH.

Výpočet stavu nabití (SOC) používá různé algoritmy, např.

  • Coulombova metoda počítání
  • Metoda napětí naprázdno
  • Metoda měření impedance
  • Fuzzy logika umělé neuronové sítě
  • Model stavového prostoru s Kalmanovým filtrem

Odhad zdravotního stavu zahrnuje počet výpočtů nabíjecích a vybíjecích cyklů.

Uživatelské rozhraní

Uživatelské rozhraní informuje uživatele o stavu baterie a dalších relevantních údajích. Jakékoli vstupy od uživatele by byly v případě potřeby z uživatelského rozhraní odeslány také do řídicí jednotky správy baterie.

Matematický model baterie

Model baterie je nezbytný pro kontrolu fungování systému správy baterie. Model vyvinutý pomocí matematických rovnic lze použít pro analýzu BMS.

Můžete si přečíst:Jak vyvinout model baterie pro simulaci elektromobilu?

Hodiny v reálném čase

K časovému razítku naměřená data, odhad životnosti, odhad energie atd. vyžadují časový signál. Zde pomáhají hodiny reálného času v BMS.

Paměť

Shromážděná a zpracovaná data budou uložena pro další analýzu. Odhad života, odhad zdravotního stavu atd. vyžaduje počáteční data uložená v paměti.

Faktory, které je třeba vzít v úvahu při navrhování BMS

Žádoucí vlastnosti systémů pro správu baterie jsou uvedeny níže

  • Spotřeba energie BMS by měla být jako minimální jak je to možné
  • Spotřeba energie při nečinnosti by měla být minimální
  • BMS by měl být provozován s využitím energie z baterie, kterou monitoruje

Závěr

Systém správy baterie pro elektrické a hybridní elektrické vozidlo je nezbytné chránit a spravovat vysokonapěťovou baterii. Li-ion baterie, která se používá v elektrických vozidlech, se snadno poškodí, pokud není dobře udržována.

Nekontrolované nabíjení, vybíjení, vysoká teplota atd. články poškozuje. Systém správy baterie pomáhá chránit baterii před těmito poškozeními.