Sistemi i menaxhimit të baterive
Një sistem i menaxhimit të baterive (BMS) është një pajisje që përdoret për të menaxhuar në mënyrë efektive paketat e baterive. Për automjetet elektrike, një pajisje dhe softuer{1}}BMS i projektuar mirë mund të rrisë efektivisht diapazonin e drejtimit, të zgjasë jetëgjatësinë e paketës së baterisë, të zvogëlojë kostot e funksionimit dhe të sigurojë sigurinë dhe besueshmërinë e paketës së baterisë së energjisë. Sistemi i menaxhimit të baterive të energjisë është bërë një komponent thelbësor i domosdoshëm i automjeteve elektrike. Ky kapitull do të fokusohet në prezantimin e përbërjes, funksioneve dhe parimeve të funksionimit të sistemit të menaxhimit të baterive të energjisë.
Arkitektura e Sistemit
Një harduer tipik i sistemit të menaxhimit të baterisë (BMS) përfshin kryesisht një njësi të menaxhimit të baterisë (BMU), një njësi të menaxhimit të qelizave (CMU), sensorë, parzmore instalime elektrike, etj. Në hartimin e sistemeve të baterive të energjisë në shkallë të madhe, zgjedhja e arkitekturës BMS është vendimtare, duke përcaktuar drejtpërdrejt metodat e lidhjes midis njësive harduerike dhe matjes së kostos së programimit të softuerit, qasjes së riprogramimit të instalimit dhe ndikimit, dhe ndikimit të riprogramimit të sistemit të softuerit. saktësinë. Bazuar në topologjinë ndërmjet kontrolluesve në BMS, BMS-të mund të kategorizohen gjerësisht në dy lloje: të integruara dhe të shpërndara.
1. BM e integruar
2. BMS e shpërndarë
Ndryshe nga topologjitë e integruara, arkitekturat e shpërndara e ndajnë funksionalitetin BMS në një BMU kryesore dhe CMU të shumëfishta skllav. Struktura modulare thjeshton montimin e modulit, optimizon paraqitjen e parzmores së kampionimit dhe zbut mospërputhjet e rënies së tensionit me ndarje uniforme. Disavantazhet përfshijnë kosto më të lartë dhe dizajn më kompleks të komunikimit dhe kontrollit. Bazuar në shumëllojshmërinë e metodave të lidhjes së shpërndarë BMS, ato mund të ndahen më tej në tre lloje: lidhje me yje (shih Figurën 8-2), lidhje me autobus dhe lidhje me zinxhir.
(1) Lidhja me YllNë një lidhje me yll, BMU i panelit kryesor është i vendosur në qendër dhe çdo modul CMU lidhet drejtpërdrejt me panelin kryesor të BMS nëpërmjet një parzmore. Lidhjet me yje lehtësojnë kontrollin nga pika-në-pikë dhe dështimi i një nyje të vetme CMU nuk ndikon ndjeshëm në sistem. Megjithatë, ndërsa numri i moduleve rritet, kompleksiteti i linjave të komunikimit në një lidhje ylli rritet në mënyrë eksponenciale, duke e bërë mirëmbajtjen të vështirë dhe duke kufizuar shkallëzueshmërinë. Për shkak të kufizimeve të portave të tabelës kryesore të BMS, modulet CMU nuk mund të shtohen në mënyrë arbitrare, duke e bërë atë relativisht të rrallë në aplikacione- në shkallë të gjerë.
(2) Lidhje me autobusNjë arkitekturë e sistemit{0}}bazuar në autobus lehtëson dizajnimin modular, siç tregohet në Figurën 8-3. BMS zakonisht ndahet në njësi të shumta kontrolli: BMU, CMU dhe Battery Join Box (BJB). BMU, CMU dhe BJB janë të lidhura nëpërmjet CAN ose rrjeteve të tjera të autobusëve. BMU kryen funksionet kryesore të algoritmit për menaxhimin e baterisë; CMU kryen përvetësimin, barazimin dhe matjen e temperaturës së tensionit të qelizave; BJB kryen marrjen e tensionit të lartë, rrymës dhe temperaturës, drejtimin dhe diagnostikimin e kontaktorit dhe zbulimin e izolimit për paketën e baterisë; izolimi siguron izolim elektrik, duke parandaluar kthimin nga djegia e tabelës së qarkut dhe duke kufizuar amplituda e ndërhyrjes.
Arkitektura e bazuar në autobus- ofron lidhje më fleksibël komunikimi dhe shkallëzim të fortë, duke thjeshtuar shumë dizajnin e arkitekturës së harduerit, duke arritur modularitetin dhe duke përmirësuar zbatueshmërinë dhe transportueshmërinë e sistemit. Disavantazhi kryesor i tij është kostoja relativisht e lartë.
Daisy-lidhja me zinxhir është një metodë relativisht e re e lidhjes që është shfaqur vitet e fundit. Ndërfaqja mund të konvertojë sinjale të plota-duplex SPI deri në 1 Mb/s në sinjale diferenciale dhe t'i transmetojë ato nëpërmjet kabllit të çiftëzuar-dhe një transformatori të thjeshtë- me kosto të ulët. Për shembull, pajisjet AFE të Linear Technology (LTC6811) mund të ndërlidhen për të formuar një BMS. Një transformator i vogël-me kosto të ulët zëvendëson izoluesin e të dhënave. Në anën e mikroprocesorit të kontrollit kryesor, një përshtatës i vogël IC (LTC6820) ofron ndërfaqen kryesore të kontrolluesit. Ndonëse rrjetëzimi i zinxhirit me një drejtim-daisy është i thjeshtë, dështimi i çdo nyje mund të ndikojë në komunikimin e të gjithë sistemit. Prandaj, një zinxhir i përmirësuar i unazës-, siç tregohet në figurën 8-4, është zhvilluar dhe zbatuar në produktet BMS të prodhuesve kryesorë të automjeteve me energji të re, si Tesla. Krahasuar me lidhjet e autobusit CAN, zinxhiri-daisy është më i ulët në kosto dhe më i vogël në madhësi, por ka shkallëzim të dobët, një numër maksimal të kufizuar nyjesh dhe vështirësi në trajtimin e çështjeve të menaxhimit të baterisë në skenarë më kompleksë, siç janë sistemet e ruajtjes së energjisë në shkallë të gjerë.
Funksionet Bazë
Në përgjithësi, funksionet bazë të një sistemi të menaxhimit të baterisë (BMS) përfshijnë: marrjen e të dhënave, vlerësimin e gjendjes së baterisë, menaxhimin e energjisë, menaxhimin e sigurisë, menaxhimin termik, kontrollin e barazimit, funksionet e komunikimit dhe ndërfaqen e makinerive njerëzore. Figura 8-5 tregon një bllok diagram funksional të një sistemi të menaxhimit të baterisë.
Marrja e të dhënave është themeli i të gjitha algoritmeve dhe kontrolleve në një sistem të menaxhimit të baterive (BMS). Prandaj, shkalla e marrjes së mostrave, saktësia dhe karakteristikat para{1}}filtrave janë tregues thelbësorë që ndikojnë në performancën e sistemit të baterisë. Shkalla e marrjes së të dhënave përcaktohet nga skenari dhe funksioni. Për shembull, me një furnizim rezervë të energjisë, shkalla e marrjes së të dhënave mund të jetë aq e ulët sa një kornizë për 10 sekonda ose edhe në minutë; ndërsa për objektet me rrymë që ndryshon me shpejtësi (të tilla si automjetet), të dhënat duhet të merren të paktën një herë në çdo 1 sekondë, me disa të dhëna të lidhura me sigurinë që kërkojnë frekuenca të marrjes së mostrave deri në 100 ms ose 10 ms.
2. Vlerësimi i gjendjes së baterisë
Vlerësimi i gjendjes së baterisë përfshin kryesisht dy aspekte:Shteti i ngarkuar (SOC)dheGjendja e shëndetit (SOH). SOC karakterizon ngarkesën aktuale të mbetur të paketës së baterisë dhe është baza për vlerësimin e distancës së lëvizjes së një automjeti elektrik. SOH është një parametër i përdorur për të përfaqësuar jetëgjatësinë e mbetur të baterisë dhe kushte të tjera shëndetësore.
Menaxhimi i energjisë siguron që prodhimi dhe hyrja e energjisë në kohë reale e baterisë të mos kalojë kapacitetin mbajtës të baterisë dhe sistemit. Në realitet, kapaciteti i ngarkimit/shkarkimit të një baterie ndikohet nga temperatura, SOC dhe SOH, ndër faktorë të tjerë. Në të njëjtën kohë, në nivelin e sistemit, duhet të shmangen rreziqe të tilla si mbinxehja dhe shkrirja e qarkut. Prandaj, menaxhimi i energjisë është një proces kontrolli global, duke përdorur kryesisht rrymën, tensionin, temperaturën, SOC dhe SOH si hyrje.
Monitoroni tensionin, rrymën dhe temperaturën e baterisë për t'u siguruar që ato të mos i kalojnë kufijtë normalë. BMS-ja moderne (Sistemi i Menaxhimit të Baterisë) jo vetëm që monitoron të gjithë paketën e baterisë, por gjithashtu siguron kontroll të rafinuar mbi kushtet ekstreme individuale të qelizave, si mbingarkesa, mbi-shkarkimi dhe mbi-temperatura.
Ftohja e baterisë kur temperatura e saj e funksionimit është shumë e lartë dhe ngrohja e saj kur bie nën kufirin e poshtëm të temperaturës së saj të përshtatshme të funksionimit për të mbajtur baterinë brenda intervalit optimal të funksionimit dhe për të ruajtur ekuilibrin e temperaturës midis qelizave individuale gjatë funksionimit. Menaxhimi termik është veçanërisht i nevojshëm për bateritë e përdorura në kushte-shkarkimi të lartë dhe temperaturë të lartë-.
6. Kontrolli Balancues
Mospërputhjet në performancën e baterisë mund të çojnë në një rënie të performancës së përgjithshme të paketës së baterisë dhe madje edhe në rreziqe sigurie. Qarqet balancuese janë instaluar midis qelizave individuale në paketën e baterisë për të siguruar që kushtet e karikimit dhe shkarkimit të secilës qelizë individuale të jenë sa më të qëndrueshme që të jetë e mundur, duke përmirësuar kështu performancën e përgjithshme të paketës së baterisë.
Një funksion thelbësor i një sistemi të menaxhimit të baterive (BMS) është të mundësojë komunikimin e parametrave dhe informacionit të baterisë me pajisjet në bord ose jashtë bordit, duke siguruar të dhëna për kontrollin e ngarkimit/shkarkimit dhe kontrollin e automjetit. Në varësi të aplikacionit, shkëmbimi i të dhënave mund të përdorë ndërfaqe të ndryshme komunikimi, të tilla si sinjale analoge, sinjale PWM, autobus CAN ose ndërfaqe serike I2C.
8. Ndërfaqja njerëzore-Makineri (HMI)
HMI është ndërfaqja ndërmjetëse për ndërveprimin e njeriut- me makinë. Ai përdor pajisje të përshtatshme hyrëse dhe dalëse për të mundësuar në mënyrë efektive dialogun dhe ndërveprimin midis njerëzve dhe makinave që ata operojnë. Në një BMS, HMI përfshin informacionin e ekranit dhe butonat dhe pullat e kontrollit, të konfiguruar sipas kërkesave të projektimit.
