Akumulatora vadības sistēma
Akumulatora pārvaldības sistēma (BMS) ir ierīce, ko izmanto, lai efektīvi pārvaldītu akumulatorus. Elektriskajiem transportlīdzekļiem labi-izstrādāta BMS aparatūra un programmatūra var efektīvi palielināt braukšanas attālumu, pagarināt akumulatora darbības laiku, samazināt ekspluatācijas izmaksas un nodrošināt strāvas akumulatora bloka drošību un uzticamību. Jaudas akumulatora vadības sistēma ir kļuvusi par neatņemamu elektrisko transportlīdzekļu galveno sastāvdaļu. Šajā nodaļā galvenā uzmanība tiks pievērsta akumulatora vadības sistēmas sastāvam, funkcijām un darbības principiem.
Sistēmas arhitektūra
Tipiskā akumulatoru pārvaldības sistēmas (BMS) aparatūra galvenokārt ietver akumulatoru pārvaldības vienību (BMU), šūnu pārvaldības vienību (CMU), sensorus, vadu instalācijas utt. Liela mēroga-jaudas akumulatoru sistēmu projektēšanā BMS arhitektūras izvēlei ir izšķiroša nozīme, kas tieši nosaka savienojuma metodes starp aparatūras vienībām un programmatūras programmēšanas pieeju, kā arī ietekmē sistēmas uzturēšanas ilgumu, mērīšanas ātrumu un atbilstību. Pamatojoties uz topoloģiju starp BMS kontrolieriem, BMS var plaši iedalīt divos veidos: integrētās un izplatītās.
1. Integrētais BM
2. Sadalītā BMS
Atšķirībā no integrētajām topoloģijām, sadalītās arhitektūras sadala BMS funkcionalitāti pamatplates BMU un vairākos vergu CMU. Modulārā struktūra vienkāršo moduļa montāžu, optimizē paraugu ņemšanas instalācijas izkārtojumu un mazina sprieguma krituma neatbilstības ar vienmērīgu atstarpi. Trūkumi ietver augstākas izmaksas un sarežģītāku sakaru un vadības dizainu. Pamatojoties uz sadalīto BMS savienojuma metožu daudzveidību, tās var iedalīt trīs veidos: zvaigžņu savienojums (skat. 8. attēlu-2), kopnes savienojums un ķēdes savienojums.
(1) Star ConnectionZvaigznes savienojumā galvenā plate BMU atrodas centrā, un katrs CMU modulis ir tieši savienots ar BMS pamatplati, izmantojot vadu. Zvaigžņu savienojumi atvieglo vadību no punkta-līdz-punktam, un viena CMU mezgla atteice būtiski neietekmē sistēmu. Tomēr, palielinoties moduļu skaitam, zvaigžņu savienojuma sakaru līniju sarežģītība palielinās eksponenciāli, apgrūtinot apkopi un ierobežojot mērogojamību. BMS pamatplates portu ierobežojumu dēļ CMU moduļus nevar pievienot patvaļīgi, tāpēc liela mēroga{5}} lietojumprogrammās tas notiek salīdzinoši reti.
(2) Autobusa savienojumsSistēmas arhitektūra, kuras pamatā ir kopne-, atvieglo modulāru dizainu, kā parādīts 8. attēlā-3. BMS parasti ir sadalīts vairākās vadības blokos: BMU, CMU un Battery Join Box (BJB). BMU, CMU un BJB ir savienoti, izmantojot CAN vai citus kopnes tīklus. BMU veic akumulatora pārvaldības algoritma pamatfunkcijas; CMU veic šūnas sprieguma ieguvi, izlīdzināšanu un temperatūras mērīšanu; BJB veic augstsprieguma, strāvas un temperatūras uztveršanu, kontaktora vadību un diagnostiku, kā arī akumulatora bloka izolācijas noteikšanu; Izolācija nodrošina elektrisko izolāciju, novēršot atpakaļplūsmu no shēmas plates izdegšanas un ierobežojot traucējumu amplitūdu.
Kopnes{0}}arhitektūra piedāvā elastīgākus sakaru savienojumus un spēcīgu mērogojamību, ievērojami vienkāršojot aparatūras arhitektūras dizainu, panākot modularitāti un uzlabojot sistēmas pielietojamību un pārnesamību. Tās galvenais trūkums ir salīdzinoši augstās izmaksas.
Daisy{0}}ķēdēšana ir salīdzinoši jauna savienojuma metode, kas ir parādījusies pēdējos gados. Saskarne var pārveidot pilno-duplekso SPI signālus līdz 1 Mb/s diferenciālos signālos un pārraidīt tos, izmantojot vītā-pāra kabeli un vienkāršu, zemu{5}}maksas transformatoru. Piemēram, Linear Technology AFE ierīces (LTC6811) var savstarpēji savienot, lai izveidotu BMS. Neliels, lēts-transformators aizstāj datu izolatoru. Galvenā vadības mikroprocesora pusē neliels adaptera IC (LTC6820) nodrošina galvenā kontrollera saskarni. Lai gan vienvirziena ķēdes{13}}tīklošana ir vienkārša, jebkura mezgla kļūme var ietekmēt visas sistēmas saziņu. Tāpēc ir izstrādāta uzlabota gredzenveida ķēde, kā parādīts 8 Salīdzinot ar CAN kopnes savienojumiem, daisy{19}}ķēdes izmaksas ir mazākas, taču tai ir vāja mērogojamība, ierobežots maksimālais mezglu skaits un grūtības risināt akumulatora pārvaldības problēmas sarežģītākos scenārijos, piemēram, liela mēroga enerģijas uzglabāšanas sistēmās.
Pamatfunkcijas
Parasti akumulatora pārvaldības sistēmas (BMS) pamatfunkcijās ietilpst: datu iegūšana, akumulatora stāvokļa novērtēšana, enerģijas pārvaldība, drošības pārvaldība, siltuma pārvaldība, izlīdzināšanas kontrole, sakaru funkcijas un cilvēka{0}}mašīnas saskarne. Attēlā 8-5 parādīta akumulatora vadības sistēmas funkcionālā blokshēma.
Datu iegūšana ir visu bateriju pārvaldības sistēmas (BMS) algoritmu un vadīklu pamats. Tāpēc paraugu ņemšanas biežums, precizitāte un pirms-filtra raksturlielumi ir būtiski rādītāji, kas ietekmē akumulatora sistēmas veiktspēju. Datu iegūšanas ātrumu nosaka scenārijs un funkcija. Piemēram, ar rezerves barošanas avotu datu iegūšanas ātrums var būt pat viens kadrs 10 sekundēs vai pat minūtē; savukārt par objektiem ar strauji mainīgu strāvu (piemēram, transportlīdzekļiem) dati ir jāiegūst vismaz reizi 1 sekundē, un dažiem ar drošību{6}}saistītiem datiem ir nepieciešamas tik zemas iztveršanas frekvences kā 100 ms vai 10 ms.
2. Akumulatora stāvokļa novērtējums
Akumulatora stāvokļa novērtējums galvenokārt ietver divus aspektus:Uzlādes stāvoklis (SOC)unVeselības stāvoklis (SOH). SOC raksturo pašreizējo akumulatora bloka atlikušo uzlādi un ir pamats elektriskā transportlīdzekļa braukšanas attāluma noteikšanai. SOH ir parametrs, ko izmanto, lai attēlotu akumulatora atlikušo kalpošanas laiku un citus veselības stāvokļus.
Enerģijas pārvaldība nodrošina, ka{0}}akumulatora reāllaika enerģijas izvade un ievade nepārsniedz akumulatora un sistēmas nestspēju. Patiesībā akumulatora uzlādes/izlādes jaudu cita starpā ietekmē temperatūra, SOC un SOH. Vienlaikus sistēmas līmenī ir jāizvairās no tādiem riskiem kā pārkaršana un ķēdes sabrukšana. Tāpēc enerģijas pārvaldība ir globāls kontroles process, kurā kā ievades galvenokārt tiek izmantota strāva, spriegums, temperatūra, SOC un SOH.
Akumulatora sprieguma, strāvas un temperatūras uzraudzība, lai nodrošinātu, ka tie nepārsniedz normālos diapazonus. Modernā BMS (Battery Management System) ne tikai uzrauga visu akumulatoru komplektu, bet arī nodrošina rafinētu kontroli pār ekstremāliem atsevišķiem elementa apstākļiem, piemēram, pārlādēšanu, pārmērīgu-izlādi un pār{2}}temperatūru.
Akumulatora dzesēšana, ja tā darba temperatūra ir pārāk augsta, un sildīšana, kad tā nokrītas zem piemērotās darba temperatūras apakšējās robežas, lai saglabātu akumulatoru tā optimālajā darbības diapazonā un saglabātu temperatūras līdzsvaru starp atsevišķām šūnām darbības laikā. Termiskā pārvaldība ir īpaši nepieciešama akumulatoriem, ko izmanto lielas-jaudas izlādes un augstas{2}}temperatūras apstākļos.
6. Balansēšanas kontrole
Akumulatora veiktspējas neatbilstības var izraisīt akumulatora kopējās veiktspējas samazināšanos un pat drošības riskus. Balansēšanas ķēdes ir uzstādītas starp atsevišķām akumulatora bloka šūnām, lai nodrošinātu, ka katras atsevišķas šūnas uzlādes un izlādes apstākļi ir pēc iespējas konsekventāki, tādējādi uzlabojot akumulatora kopējo veiktspēju.
Akumulatora pārvaldības sistēmas (BMS) būtiska funkcija ir nodrošināt akumulatora parametru un informācijas saziņu ar iebūvētām vai ārējām ierīcēm, nodrošinot datus uzlādes/izlādes kontrolei un transportlīdzekļa kontrolei. Atkarībā no lietojuma datu apmaiņai var izmantot dažādas komunikācijas saskarnes, piemēram, analogos signālus, PWM signālus, CAN kopnes vai I2C seriālās saskarnes.
8. Cilvēka-mašīnas saskarne (HMI)
HMI ir starpposma saskarne cilvēku{0}}iekārtu mijiedarbībai. Tas izmanto atbilstošas ievades un izvades ierīces, lai efektīvi nodrošinātu dialogu un mijiedarbību starp cilvēkiem un iekārtām, kuras viņi izmanto. BMS HMI ietver displeja informāciju un vadības pogas un pogas, kas konfigurētas atbilstoši konstrukcijas prasībām.
