Система управления батареями в электромобилях – Полное руководство

система управления аккумулятором представляет собой электронную систему, которая управляет перезаряжаемой батареей.

Система управления батареями — это мозг аккумуляторной батареи

Аккумулятор со встроенной системой управления батареями — это интеллектуальный аккумулятор. Интеллектуальное зарядное устройство, которое можно подключить к BMS интеллектуального аккумулятора через шину CAN или любые другие протоколы связи, заряжает аккумулятор. Для зарядки умного аккумулятора необходимо использовать умное зарядное устройство.

Почему BMS в электромобилях?

Литий-ионный аккумулятор, один из распространенных аккумуляторов. которые используются в электромобилях являются дорогостоящими и подвержены повреждениям. Срок службы батареи важен!!

• Ожидаемый срок службы аккумулятора электромобиля:как долго работает аккумулятор электромобиля?
• Ожидаемый срок службы двигателя электромобиля:как долго работает двигатель электромобиля?
• Ожидаемый срок службы электромобиля:сколько прослужит электромобиль?

Вероятность теплового разгона литий-ионной батареи намного выше, и каждую ячейку необходимо контролировать индивидуально, чтобы предотвратить повреждение.

Мобильные приложения будут эффективными (аккумулятора хватит надолго) только в том случае, если аккумулятор будет работать с максимальной эффективностью. С надлежащим тепловым и мощность управления батарея должна эксплуатироваться оптимально, чтобы получить от нее максимальную отдачу.

Функции системы управления батареями

Основная функция BMS – защита аккумулятора от повреждений. в широком диапазоне условий эксплуатации.

Эксплуатация батареи за пределами зоны безопасной эксплуатации запрещена

1. Внутренние переключатели для отключения батареи, когда она работает за пределами безопасной рабочей зоны.
2. Запрос устройств на снижение энергопотребления от батареи.
3. Активное управление окружающей средой с помощью обогревателей, охладителей и вентиляторов.

Другие функции BMS

• Управление энергопотреблением
• Балансировка ячеек
• Контроль среды
• И т. д. и т. д.

Краткое объяснение функций системы управления батареями

Система управления батареями имеет следующие функции.

Он отслеживает напряжение, ток, температуру, состояние заряда (SOC), состояние работоспособности (SOH), глубину разряда (DOD), состояние мощности (SOP) и расход охлаждающей жидкости.

Используя вышеуказанные параметры, BMS вычисляет несколько полезных значений, которые помогают защитить батарею.

Ниже приведены некоторые из них.

Максимальный ток заряда, Максимальный ток разряда, Энергия, подаваемая с момента последней зарядки, Внутреннее сопротивление элемента, Заряд, накопленный в батарее, Общая энергия, подаваемая с момента первого использования, Общее время работы с момента первого использования, Общее количество циклов.

система управления аккумулятором обменивается данными с аппаратным обеспечением нижнего уровня через датчики и с человеко-машинными интерфейсами (HMI) с использованием шины CAN. Комбинация приборов в электромобиле (любом транспортном средстве) отображает пользовательскую информацию от системы управления батареями.

Наиболее важные функции BMS перечислены ниже

• Защита от перегрузки по току
• Защита от перенапряжения
• Защита от пониженного напряжения
• Защита от перегрева.
• Защита от перегрева
• Защита от избыточного давления
• Обнаружение тока утечки

BMS действует как промежуточное устройство. который подключает нагрузку от батареи, чтобы предотвратить чрезмерные изменения нагрузки для защиты батареи.

Балансировка ячеек для повышения производительности батареи является еще одной функцией BMS. Все элементы в батарее поддерживаются в одинаковом состоянии заряда, рассеивая избыточный заряд в некоторых элементах, регулируя зарядку элементов и отключая некоторые оболочки.

Компоненты системы управления батареями (БМС)

Система управления батареями представляет собой электронную схему управления, которая контролирует батарею. На рынке доступно множество микросхем BMS. Например. У Texas Instruments есть микросхема BMS IC TPS65011

Каковы компоненты системы управления батареями?

Датчик тока

Общий ток и токи в отдельных элементах батареи измеряются для расчета общей энергии, которая хранится и используется в батарее.

Текущее потребление с течением времени даст вам энергию, оставшуюся в батарее.

Датчик напряжения

Контроль напряжения ячейки и напряжения батареи — это функции системы управления батареями в электромобиле. Датчики напряжения, подключенные к монитору батареи напряжение холостого хода и потенциальная разница когда батарея заряжена.

Состояние батареи сильно зависит от напряжения ячейки. Диапазон напряжения, в котором батарея может заряжаться и разряжаться, должен строго соблюдаться для обеспечения наилучшей производительности батареи. Например, литий-ионный аккумулятор с номинальным напряжением 3,6 В имеет максимальное и минимальное номинальное напряжение 2,8 В и 4,2 В соответственно [Ссылка].

Один из методов, используемый для проверки того, полностью ли заряжена батарея, измеряет напряжение холостого хода. Таким образом можно регулировать заряд батареи.

• Как работают литий-ионные аккумуляторы?

Статические переключатели и контроллеры

Каждая ячейка, упакованная в батарею электромобиля, индивидуально контролируется с помощью системы управления батареями. Статический переключатель, такой как FET, и контроллер вместе соединяют и отключают элементы от цепи нагрузки и зарядки, если это необходимо.

Датчик температуры

Литий-ионный аккумулятор, который является распространенной технологией аккумуляторов в современном электромобиле, чувствителен к температуре. Короткое замыкание приводит к последовательному выделению тепла и тепловому разгону батареи.

Тепловое управление очень важно в батарее. Температура также влияет на эффективность батареи.

Активное охлаждение может быть запущено путем измерения температуры элементов в аккумуляторной батарее, чтобы защитить их от возгорания.

• Пожароопасность электромобиля:безопасен ли электромобиль при авариях?

Алгоритм оценки состояния батареи

Двумя важными параметрами аккумулятора являются Статус заряда. и Состояние здоровья . SOC показывает уровень заряда батареи (%).

Существует два типа SOC

• Абсолютный уровень заряда (ASOC) — когда аккумулятор новый.
• Относительное состояние заряда (RSOC) – доступный заряд с учетом снижения емкости.

Как правило, SOC относится к RSOC.

Состояние работоспособности указывает на способность батареи работать так, как если бы она была новой. Отношение текущей энергоемкости к емкости новой батареи определяется как SOH.

Расчет состояния заряда (SOC) использует различные алгоритмы, такие как

• Метод подсчета кулонов
• Метод напряжения разомкнутой цепи
• Метод измерения импеданса
• Нечеткая логика искусственной нейронной сети
• Модель пространства состояний с фильтром Калмана

Оценка состояния здоровья включает в себя количество расчетов циклов заряда-разряда.

Пользовательский интерфейс

Пользовательский интерфейс показывает состояние батареи и другие важные данные для пользователя. Любые входные данные от пользователя также будут отправлены в блок управления батареями, если это необходимо, из пользовательского интерфейса.

Математическая модель аккумулятора

Модель батареи необходима для проверки работы системы управления батареями. Модель разработана с использованием математических уравнений может использоваться для анализа BMS.

Вы можете прочитать:Как разработать модель аккумулятора для имитации электромобиля?

Часы реального времени

Для отметки времени измеренных данных, оценки срока службы, оценки энергии и т. д. требуется временной сигнал. Здесь помогают часы реального времени в BMS.

Память

Собранные и обработанные данные будут сохранены для дальнейшего анализа. Для оценки жизни, оценки состояния здоровья и т.п. требуются исходные данные, хранящиеся в памяти.

Факторы, которые необходимо учитывать при разработке BMS

Желательные свойства систем управления батареями перечислены ниже

• Энергопотребление BMS должно быть как минимум насколько это возможно
• Энергопотребление в режиме ожидания должно быть минимум
• BMS должна работать на энергии от батареи, которую она контролирует

Заключение

Система управления батареями для электрического и гибридного электромобиля необходима защита и управление высоковольтной батареей. Литий-ионная батарея, используемая в электромобилях, легко выходит из строя, если за ней не ухаживать должным образом.

Неконтролируемая зарядка, разрядка, высокая температура и т. д. повреждают элементы. Система управления аккумулятором помогает защитить аккумулятор от таких повреждений.