Абстрацт
Овај чланак се фокусира на хардверске аспекте система за управљање батеријама (БМС) у електричним возилима и фиксним апликацијама. Сврха је да се оцртају концепти у постојећим напредним системима, омогућавајући читаоцима да разумеју факторе које треба узети у обзир приликом дизајнирања БМС-а за специфичне апликације. Након кратке анализе општих захтева, проучавано је неколико могућих тополошких структура батеријских пакета и њихов утицај на комплексност БМС-а. Узимајући четири акумулатора изабрана из комерцијално доступних електричних возила као пример за објашњење. Након тога, разматрани су аспекти имплементације мерења потребних физичких варијабли (напон, струја, температура, итд.), као и питања и стратегије балансирања. На крају, разговарало се о безбедносним питањима и аспектима поузданости.
1. Увод
Сложеност система за управљање батеријама (БМС) зависи од примене. Једна батерија, једноставна као мобилни телефон или читач е-књига, може се измерити једноставним „мерачем батерије“ ИЦ, који може да мери напон, температуру и струју и процени стање напуњености (СОЦ). Сложен као електрична возила, БМС треба да обавља сложеније задатке. Поред мерења основних параметара као што су напон батерије, температура и струја, напредни алгоритми су такође потребни за одређивање расположиве енергије за израчунавање домета крстарења.
Овај рад се фокусира на хардверски аспект система управљања литијум-јонским батеријама. Део 2 уводи хардверске захтеве за БМС, укључујући мерне вредности, електромагнетне сметње, електричну изолацију, контакторе и редундантност. Одељак 3 пружа преглед БМС топологије, појашњава разлике између једноставних и сложених апликација и даје пример батерије за електрично возило. Одељак 4 објашњава како испунити захтеве мерења физичке вредности и уобичајене замке. Одељак 5 говори о равнотежи, уводи и упоређује методе балансирања наплате. Одељак 6 се фокусира на безбедност и поузданост, укључујући ризике и противмере у раду са високонапонским батеријама, и укратко представља методе мерења изолације и сродне стандарде.
2. Захтеви за пројектовање система за управљање батеријом (БМС)
Дизајнирање БМС-а је сложен задатак који захтева разматрање специфичних захтева апликације, системског окружења и карактеристика батерија које се користе, из чега се може извести низ системских захтева. Уопштено говорећи, следеће БМС компоненте и функционални захтеви су обично релевантни:
Сакупљање температуре
Избор и постављање сензора:Прецизно прикупљање температуре је тешко при пројектовању БМС-а, а потребно је узети у обзир тип сензора (дигитални или аналогни) и локацију за мерење температуре батерије, што одређује број сензора температуре батерије. Понекад је потребно прикупити температуру контактора, осигурача или сабирница. Обично постоји одређена пропорција канала између сензора температуре и сензора напона.
Захтеви за температуру за различите сценарије примене:Захтеви за температуру треба да узму у обзир три ситуације: пуњење, пражњење и складиштење, а такође треба обратити пажњу на термичку временску константу. Литијум-јонске батерије не могу исправно да функционишу изван одређеног температурног опсега, а литијумско превлачење може да се деси при високим струјама унутар нормалног температурног опсега. Због тога је потребно прецизно прикупити температуру, напон и струју. На топлотну капацитивност и топлотну проводљивост батерија утичу фактори као што је структура батерије, а неправилно постављање температурних сензора може довести до погрешног очитавања и термичких слепих углова.
Аквизиција напона
Канал аквизиције и тачност:Класични БМС заснован на литијум-јонским батеријама захтева најмање један канал за прикупљање напона за сваку серијски повезану батерију, а неке аутомобилске апликације имају и секундарну заштиту (постигнуту преко програмабилног компаратора прозора). Стопа конверзије података за прикупљање напона варира у зависности од апликације, а често коришћени БМС фронт-енд чипови имају одређену тачност напона и резолуцију.
Утицај на процену СОЦ:Узимајући НМЦ и ЛФП батерије као примере, показано је да тачност аквизиције напона има значајан утицај на СОЦ процену. Што је тачност већа, то је тачнија процена СОЦ-а, а коришћење само података о напону за одређивање СОЦ-а можда неће бити довољно.
Слика 1. Поређење СОЦ несигурности зависи од тачности напона од ± 1 мВ.
Цуррент цоллецтион
Метода сакупљања и карактеристике сензора:СОЦ се може одредити не само мерењем напона отвореног кола (ОЦВ), већ и коришћењем Кулонове методе бројања (мерење струје и интегрисање). Међутим, струјни сензори имају неидеалне карактеристике као што су дрифт, оффсет и температурне грешке и можда ће морати истовремено да задовоље различите захтеве за опсег мерења и да имају одређени пропусни опсег.
У практичним применама, ослањање искључиво на Кулоново бројање за одређивање СОЦ је нетачно, посебно у условима ниске струје. Да би се решио овај проблем, могуће је комбиновати алгоритме и параметризоване моделе за обраду текућих података, али то је ван оквира овог чланка.
Комуникациони захтеви
Комуникација унутар система:БМС треба да комуницира са целим системом (као што је енергетска електроника, управљање енергијом или контролне јединице возила), узимајући у обзир факторе као што су начин комуникације, брзина, робусност и поузданост. На пример, ЦАН интерфејси ће можда морати да буду обезбеђени у возилима за системску комуникацију, а различите апликације можда већ имају одређене комуникационе захтеве на нивоу система, којима БМС треба да се прилагоди.
Међумодулска комуникација:За модуларне системе потребно је дефинисати начин комуникације између мастер и славе модула, који је сличан основним захтевима за међусистемску комуникацију. Конкретни примери се могу наћи у наредним поглављима.
Заштита од електромагнетних сметњи (ЕМИ).
Утицај ЕМИ на сензоре:ЕМИ може утицати на прикупљање података сензора, а сви сензори су подложни његовом утицају, што може довести до благог изобличења или потпуне бескорисности података.
Мере за смањење утицаја ЕМИ:Да би се минимизирао утицај, мотори, енергетске електронске компоненте и друга оптерећења треба да имају добар ЕМИ дизајн, а одговарајући уређаји за ЕМИ филтрирање као што су пригушнице заједничког режима и кондензатори за блокирање могу се користити и инсталирати близу путање мерења сензора.
Захтеви везани за контакторе
Функција и захтеви контактора:Већина батерија захтева могућност електричног искључивања најмање једне електроде, што захтева одговарајући контактор. Због посебне природе прекида једносмерне струје и гашења лука, контактори треба да имају уређаје за гашење магнетног лука и треба да избегавају контактно заваривање.
Мере безбедности рада:Да би се осигурала сигурност, потребно је посебно коло (као што је јединица за претходно пуњење која се састоји од серијски повезаног контактора и отпорника) током рада прекидача контактора како би се осигурало да нема разлике потенцијала између два краја и избјегле опасне ситуације.
Захтеви за редундантност
Улога редундантности у поузданости система:Према стандарду ИСО 26262, редундантност може побољшати поузданост система. Напон батерије се обично посматра редундантно у одређеној мери, уз две методе: прецизно мерење помоћу главног чипа и бинарне информације које обезбеђује помоћни чип.
Концепт редундантности вишег нивоа:Концепти редундантности такође постоје у процесирању вишег нивоа, као што је корак закључавања, исправљање грешака у меморији и механизми самотестирања у специјалним ЦПУ-има.
Захтеви за електричну изолацију
Изолација батерије:Батерија се обично дели на делове високог и ниског напона, који захтевају електричну изолацију и могу се постићи оптичким, индуктивним или капацитивним методама.
Изолација топлотног сензора:Сви термални сензори такође морају бити електрично изоловани да би се избегли кварови високог напона који утичу на нисконапонске делове, слично концепту распореда ИТ мреже за дистрибуцију енергије.
Захтеви за баланс
Утицај неравнотеже пуњења:Може доћи до неуравнотежености пуњења између серијски повезаних батерија, што може утицати на перформансе и поузданост система, а генерално је потребно да га одржавате на ниском нивоу.
Посебна разматрања о примени:Различите апликације могу имати посебна разматрања, као што су ограничења тежине или захтјеви за струјом пуњења, што може довести до стварања балансне струје. Одељак 5 ће даље увести неопходност и методе примене балансирања.
Остали захтеви
Захтеви у вези са апликацијом:Апликација такође може имати неке друге захтеве, као што су простор, цена, хардверска механичка чврстоћа, тежина и потрошња енергије, који нису у фокусу овог чланка, али их треба узети у обзир.
3. Тополошка структура БМС
Преглед структуре батеријског система:Да би се задовољиле електричне спецификације система, батерије се често морају комбиновати у пакете батерија са више топологија повезивања. Серијско повезивање може постићи одређени опсег напона и смањити струју; Паралелно повезивање може повећати капацитет. Постоје различите варијанте у практичним применама, као што је паралелно повезивање батерија малог капацитета у модуле и серијско повезивање, или директно коришћење батерија великог капацитета у серијској вези. Различите топологије имају различите утицаје на сложеност БМС-а, као што су повећани трошкови праћења и балансирања када је више серијских батерија повезано паралелно.
Слика 2. Шематски дијаграм различитих топологија батерија: (а) једна ћелија; (б) Паралелно повезивање две батерије; (ц) Серијско повезивање три батерије; (д) Паралелно повезивање две серије и три серије батерија; (е) Серијска веза три модула која се састоје од две паралелне батерије.
Табела 1. Карактеристике тополошких варијанти приказане су на слици 2.
Наведите пример да бисте илустровали метод повезивања батерије и захтеве канала за мерење напона: на пример, комбинација м серијски повезаних батерија и н паралелно повезаних батерија захтева различит број канала за мерење напона за различите методе повезивања.
Дискусија о посебним случајевима:У неким специјалним апликацијама (као што су сонда Марс Европске свемирске агенције и сонда Росетта), праћење и балансирање једне ћелије можда неће бити изведени због фактора као што су величина, тежина и потрошња енергије. Иако нека мишљења сугеришу да пажљиво бирање батерија из исте серије може изоставити праћење, истраживање је показало да чак и батерије из исте серије могу имати различита понашања у старењу, а изостављање праћења може представљати ризик. Међутим, за мале системе и напоне батерија унутар одређеног опсега, утицај изостављања праћења може бити релативно мали.
Повезано са интегрисаним колом (ИЦ).
ИЦ са основном функцијом надгледања:Да би постигли основну функцију надгледања безбедног рада батерија, произвођачи полупроводника обезбеђују различита интегрисана кола за специфичне апликације (АСИЦ). За мале електронске уређаје са појединачним ћелијама постоји ИЦ „мерач горива“ који може да прати напон, струју и температуру, процењује СОЦ, а може да укључује и функције као што су регулатори пуњења. На пример, ТИ-јев "бк27220" и Маким-ов сродни ИЦ-ови.
ИЦ за системе велике снаге и потражње за енергијом
Модуларизација и додела функција:За апликације са високом снагом и/или енергетским захтевима, батерија се састоји од више батерија, а релевантна ИЦ може истовремено да надгледа више батерија и обезбеди функционалност балансирања. У систему постоји централни модул (БМС Мастер) одговоран за сложене функције као што су СОЦ процена и алгоритми за предвиђање снаге; Фронт-енд ИЦ модул (БМС Славес) је одговоран за основне функције као што су аквизиција и филтрирање сигнала.
Слика 3. Типична БМС структура за апликације електричних возила.
Различити примери ИЦ-а и методе балансирања:На пример, ТИ-јеви бк76ПЛ536А, МАКС11068 и ЛТ6802Г-2 обезбеђују пасивно балансирање, док АМС АС8506Ц може да се користи за топологију пасивног балансирања и такође пружа могућност активног балансирања. Неке ИЦ-ове имају наследне производе, а да би се побољшала поузданост праћења напона, могу се користити ИЦ-ови секундарне заштите. Иако потпуно редундантни БМС може побољшати поузданост, цена је висока.
Комуникација и пренос података
Предњи ИЦ начин повезивања:Предњи ИЦ-ови се обично могу повезати преко ланца у низу, а различите ИЦ-ове имају различите методе интерфејса. МАКС11068 је повезан преко И2Ц порта, ТИ-јев бк76ПЛ536А обезбеђује више интерфејса, а ЛТ6802Г-2 је повезан преко СПИ магистрале (захтева додатни дигитални изолатор).
Системски начин комуникације:У систему се обично користе јефтини микроконтролери за повезивање ИЦ-а на истој штампаној плочи, а модули на другим ПЦБ-има и главним модулима БМС-а се повезују преко сабирнице (као што је ЦАН).
Стварни случај
Митсубисхи и-МиЕВ:Батерија се састоји од више модула повезаних вијцима, са 88 призматичних батерија. ПЦБ на модулу садржи ИЦ-ове за надзор и температурне сензоре, а кућиште батерије садржи више компоненти. Главни модул БМС се налази испод задњих седишта возила и комуницира преко интерне ЦАН магистрале. У поређењу са другим батеријама, њен унутрашњи простор је пространији, што може бити нуспојава ваздушног хлађења.
Слика 4. (а) Митсубисхи и-МиЕВ батерија; (б) Волксваген е-Уп батерија; (ц) Смарт фортво батерија за електрични погон. Напомена: Методе скалирања су различите.
Слика 5. (а) Поглед одозго на Тесла Модел С батеријски модул; (б) Волксваген е-Уп батеријски модул, 6с2п модул, поглед одозго.
Смарт Фортво Елецтриц Едитион:Батерија се састоји од 90 серија повезаних батерија у торбици, са системом за хлађење, а основне задатке надгледања обавља ТИ-јева ИЦ, слично као бк76ПЛ536А. Свака штампана плоча садржи више ИЦ-ова за праћење и микроконтролера, а главни модул БМС-а се налази унутар кућишта батерије, са високом интеграцијом и неколико каблова.
Волксваген е-Уп:Батерија садржи више серијских модула, нема систем за хлађење или сервисни уређај за искључивање, централизовани БМС модул, повезан на батерију и мерну ИЦ (МАКС11068) преко великог броја линија за мерење напона, са великим бројем балансираних отпорника и микроконтролером без конверзије. сигнали.
Тесла Модел С:Батерија се састоји од великог броја батерија од 18650, подељених у више модула, повезаних везним жицама. БМС се надгледа помоћу ТИ-јевог бк76ПЛ536А-К1, а напон се мери помоћу жица за заваривање. У поређењу са другим батеријама, њен ниво интеграције је другачији, као што је низак ниво интеграције Волксваген е-Уп и висок ниво интеграције Смарт Фортво.
4. Преглед технологије мерења ВН батеријског система
Важност технологије мерења:Мерна технологија је кључна компонента система за управљање батеријама, која може да одреди варијабле стања као што су СОЦ, СОХ, СОФ, итд. Обично мери варијабле као што су напон батерије, укупни напон, укупна струја и температура система батерија. Ове променљиве стања могу заштитити систем батерија од оштећења као што су прекомерно пуњење или прекомерно пражњење и оптимизовати коришћење система батерија.
Захтеви сензора:Одредите типичне захтеве за сензоре на основу апликација за складиштење батерија, укључујући цену, пропусни опсег, тачност, опсег мерења и величину, као што је детаљно описано у одељку 2.
Мерење струје
Класификација метода мерења:Опрема за прикупљање струје је подељена на две основне сензорске технологије: електричну везу и изолацију. Обично коришћени сензор струје шант отпорника припада типу електричне везе, а Холов сензор је пример типа изолације.
Поред сензорске технологије, потребно је узети у обзир и положај у батерији. За системе батерија који садрже више низова који се могу пребацити, сваки низ треба да буде опремљен уређајем за праћење струје за праћење неравнотеже снаге.
Мерење отпора шанта
Принцип и карактеристике мерења:Комбиновањем ниског отпора, отпора високе прецизности и система мерења напона високе прецизности, мери се струја. Отпор се налази на путањи струје, а губитак снаге и пораст температуре настају када струја прође. Приликом избора отпорника потребно је уравнотежити губитак и потребу за генерисањем одговарајућег пада напона. Приликом мерења са великом прецизношћу треба узети у обзир и температурни коефицијент и дугорочну стабилност отпорника.
Овај метод се може користити за мерење једносмерних и наизменичних струја и има предности једноставности, линеарности и великог пропусног опсега. Међутим, опсег мерења је ограничен прецизношћу мерења напона.
Поређење мерења ниске и високе стране
Мерење ниске стране односи се на отпорник који се налази између позитивног терминала батерије и оптерећења. Његова предност је у томе што је улазни напон заједничког мода низак, а може се користити и велики број појачивача струје. Коло је једноставно и исплативо, али ће ометати пут уземљења и не може детектовати премошћивање струје високог оптерећења.
Мерење високе стране се односи на отпорник који се налази између оптерећења и негативног пола или масе батерије. Његова предност је у томе што може избећи сметње на путу уземљења и детектовати кратке спојеве, али захтева конверзију нивоа на излазу појачала и захтева да појачало издржи висок напон заједничког мода.
Контактирајте сензоре мање струје (Хол сензори, итд.)
Принцип мерења и предности:Коришћење магнетног поља генерисаног струјом за мерење, као што су Холови сензори засновани на Холовом ефекту, без повећања отпора на путу струје, без додатних проводних губитака, са предностима електричне изолације и без потребе за додатним оптокаплерима или дигиталним изолаторима за кондиционирање сигнала.
Халл сензори се могу купити као интегрисана кола, постављени на струјни пут, а њихов излаз треба филтрирати. На располагању су и комплетни модули за употребу, који се састоје од феритних прстенова који садрже Холове сензоре и могу да обезбеде електричну изолацију.
Карактеристике и ограничења сензора:Главни недостатак је ограничен пропусни опсег, који обично не прелази десетине кХз, и температурни помак у излазном сигналу који треба компензовати. Ако систем батерија захтева већи пропусни опсег, требало би да се користи мерење отпора шанта, а Холови сензори су скупи и гломазни.
Мерење напона
Разликовање мерења напона батерије:Код литијум-јонских батерија потребно је направити разлику између мерења напона сваке батерије и укупног напона батерије. Опсези напона су различити, а збир свих напона батерија треба да буде једнак укупном напону, што се може користити као критеријум за процену рационалности.
Мерење напона батерије:обично комплетира интегрисани БМС фронт-енд чип. Број батерија које се могу повезати на чипове на тржишту варира, а редундантност и поузданост система се такође могу побољшати кроз секундарне надзорне ИЦ-ове.
Мерење напона батерије:комплетиран са засебном мерном јединицом, укључујући делилац напона, претварач импедансе, филтер и аналогно-дигитални претварач (АДЦ). Делитељ напона се користи за смањење напона батерије на одговарајући опсег, што може захтевати више отпорника како би се осигурала сигурност, као и Зенер диода за заштиту наредног кола. Истовремено, за добијање измереног напона користе се претварачи импедансе, филтери и АДЦ.
Мерење температуре
Уобичајени типови и принципи температурних сензора:Уобичајени температурни сензори укључују типове негативног температурног коефицијента (НТЦ) и позитивног температурног коефицијента (ПТЦ), који мере температуру мерењем пада напона под константном струјом. Њихов отпор варира у зависности од температуре и може се користити у одређеном температурном опсегу, али постоје нелинеарни проблеми.
Проблеми и решења у коришћењу сензора:Због нелинеарности, тражена табела је потребна у ланцу дигиталне обраде за калибрацију прорачуна температуре. Постоје и неки сензори који користе дигиталне интерфејсе који су погоднији за употребу, али треба приметити проблеме са ЕМИ-ом када их постављате близу путева велике снаге у батеријским пакетима. Друге методе мерења као што су метални ПТЦ и термоелемент могу обезбедити већу тачност и шири температурни опсег, али са већом електронском сложеношћу.
Пренос података
Карактеристике и сценарији примене различитих комуникационих магистрала:потребна је комуникација између БМС модула и између БМС-а и целог система. ЦАН магистрала се обично користи у окружењу возила, са флексибилношћу и отпорношћу на буку; ЛИН магистрала је релативно једноставна, али спора у брзини, има слабу флексибилност и није диференцијална, што је чини погодном за сценарије са високим захтевима за трошковима; Други комуникациони интерфејси кратког домета као што су СПИ, И2Ц и ОнеВире магистрала нису прикладни за комуникацију између модула на даљину и сметње склоне сметњама; Ако је брзина ЦАН магистрале недовољна или је потребна детерминистичка способност у реалном времену, може се користити ФлекРаи магистрала или Етхернет.
5. Баланс батерије
Разлог за разлику у батерији СОЦ:Код серијски повезаних батерија, производне разлике и различити радни и услови околине (као што је температура) могу довести до неједнакости између батерија. Ови фактори могу изазвати различите почетне услове, старење и стопе самопражњења, што доводи до одступања у вредностима СОЦ, капацитета и отпорности. Овај одељак се углавном фокусира на разлике у СОЦ-у и капацитету, а не укључује разлике у унутрашњем отпору- Истраживања су показала да ће чак и батерије са истим почетним капацитетом и оптерећењем доживети разлике у капацитету након употребе. На пример, 18650 батерија са истим почетним капацитетом, са преосталим капацитетом од 80% као стандардом на крају животног века, имају животни век између 1000-1500 пута. Истовремено, постоје разлике у брзини самопражњења различитих батерија, као што су комерцијалне меке батерије које се чувају на 40 степени Ц, где отпор самопражњења варира између 10 к Ω и 14 к Ω.
Слика 6. (а) Разлози за неуравнотежене ћелије батерије, бројеви засновани на [57]; (б) Класификација различитих метода равнотеже односи се на смер преноса енергије као назив приказаног недисипативног метода.
Неопходност равнотеже:Разлике у СОЦ-у, капацитету и унутрашњем отпору могу довести до смањења расположиве енергије пакета батерија, што се може решити кроз балансно коло.
Преглед метода биланса
Имплементација хардвера:Литература описује различите методе имплементације хардвера за кола за балансирање, која се могу класификовати у различите структуре топологије, методе управљања (као што је активно/пасивно) или комерцијалну доступност.
Методе балансирања у комерцијалним апликацијама:Већина комерцијалних батерија користи контролисане пасивне системе балансирања, који се постижу паралелним балансирајућим отпорницима на оба краја батерије. Ова метода може само да реши проблем варијације СОЦ-а, са малом струјом равнотеже (око 100 мА) и без промене у капацитету батерије, што може бити ограничено дисипацијом енергије БМС-а или пречником кабла између батерије и кола за праћење. Свака батерија или паралелна комбинација батерије има променљиви балансни отпорник са вредношћу отпора између 30 Ω -40 Ω (под претпоставком да је напон батерије 4,2 В), а свака батерија троши снагу између 387 мВ -430 мВ.
Методе за решавање проблема различитих капацитета:Да би се решили различити проблеми капацитета, потребне су сложеније методе за прерасподелу енергије између батерија помоћу енергетске електронике. Међутим, ове методе захтевају сложене алгоритме управљања и скупе индукторе. Иако постоје сродни БМС ИЦ производи, они нису били широко коришћени у комерцијалним аутомобилским батеријама.
6. Безбедност анд поузданост
Општи циљ смањења ризика:Један од главних циљева БМС-а је смањење ризика повезаних са радом литијум-јонских батерија у батеријским пакетима.
Слика 7. Модел еквивалентног кола предњег краја за аквизицију напона батерије, који показује могућност детекције грешака на линији сенсинга.
Специфичне мере безбедности
Сигурност високог напона:Високонапонска сигурност батеријског пакета је осигурана кроз надзор изолације и међусобно закључавање кола, што може смањити ризик од стварања лука узрокованог загађењем или кондензацијом. У исто време, дизајн БМС хардвера треба да прати релевантне стандарде како би се осигурала пузна стаза и електрични размак ПЦБ-а и конектора.
Електрична изолација:Да би се обезбедила електрична изолација од високог напона батерије на интерфејсима са другим контролним јединицама или помоћним изворима напајања, може се користити изолациона опрема која испуњава стандард "побољшане изолације". Користе се традиционални оптокаплери, али сада "дигитални изолатори" имају боље ИЦ перформансе.
Мере заштите од пожара:Поставите температурне сензоре у батерију и одговорите на критичне температуре. Методе детекције температуре без сензора (као што је спектроскопија електрохемијске импедансе) и нове методе мерења температуре такође се могу користити за смањење ризика од пожара.
Контактор и осигурач:Користите контактор да искључите батерију из система, док координирате са осигурачем. Размотрите оперативне карактеристике оба и утицај паразитског капацитета и индуктивности унутар батерије на избор осигурача.
Унутрашња безбедност батерија:БМС треба да обезбеди да се батерија пуни у оквиру наведеног температурног опсега, избегавајући нискотемпературну литијумску облогу и дубоко пражњење пре рада. Истовремено, дијагностички алгоритми се могу користити за откривање унутрашњих кратких спојева.
Слика 8. Мерење изолације: (а) Изолација у ИТ прикључцима; (б) Шематски дијаграм мерења изолације.
Проблеми везани за дизајн БМС хардвера
Детекција квара сензора:Са све већом сложеношћу имплементације БМС хардвера и софтвера, повећава се вероватноћа софтверских грешака и кварова сензора. На пример, грешке каблова у детекцији напона батерије нису лако откривене само мерењем напона, али се могу открити путем система за балансирање батерија или струјних кола.
Провера исправности сензора:Друге грешке као што су дефекти сензора могу се открити помоћу дијагностичких алгоритама, а валидност сигнала сензора се може проверити коришћењем електричног понашања батерије.
Мерење изолације
Значај и структура система мерења изолације:Високонапонски систем електричних или делимично електричних возила обично је конструисан као ИТ мрежа и треба да открије први квар. Приликом мерења отпора изолације потребно је узети у обзир карактеристике капацитивности и отпора система, јер капацитивност може ометати мерење.
Уобичајене методе мерења:Уобичајене методе укључују мерење струје заједничког мода коришћењем намотаја петље и израчунавање отпора изолације променом потенцијала између система и шасије преко прекидача и отпорника. Уводе се и друге једноставније или сложеније методе.
Стандарди мерења изолације:Мерење изолације има релевантне стандардне спецификације за методе мерења и минималне захтеве изолационог отпора. Различити стандарди имају разлике у методама мерења, вредностима отпора и времену мерења.
7. Резиме
Општи захтеви и разматрања дизајна:Овај чланак уводи уобичајене концепте БМС хардвера, почевши од општих захтева и разматрања имплементације. Процес пројектовања треба да обухвати што више параметара, али захтеве треба поставити према потребама циљног уређаја. Захтеви различитих апликација се веома разликују и ови захтеви су добра полазна тачка за разматрање дизајна батеријског пакета.
БМС топологија:Структура система батерија утиче на топологију БМС, а неке апликације користе посебне методе праћења да би смањиле тежину или сложеност, као што су четири батерије за комерцијална електрична возила упоређене у одељку 3.3, које имају неке заједничке карактеристике због сличних примена (као што је коришћење ЦАН комуникације ), али се разликују по интеграцији и интерној комуникацији.
Мерење физичке вредности:Одељак 4 пружа детаљан увод у методе прикупљања и преноса потребних физичких вредности. Различити захтеви мерења захтевају избор различитих метода заснованих на ограничењима и потребама примене.
Проблем са балансом:Одељак 5 описује разлоге и методе компензације за неравнотежу пуњења у серијским батеријама, при чему је пасивна равнотежа тренутно најчешће коришћена метода.
Безбедност и поузданост:Одељак 6 пружа преглед безбедносних аспеката, укључујући усклађеност са радним опсегом батерије како би се обезбедио животни век и заштитили корисници од опасности од високог напона. Уводи стандардне методе за праћење изолације и помиње потребу да се узму у обзир ризици на нивоу система приликом заштите батерија.