Usedete se v svoje električno vozilo, ga prižgete in grozd vam pokaže število milj, ki jih lahko prevozite. Na podlagi tega dosega se odločite za postanke v boksih, ki jih boste naredili, da dosežete cilj, vendar ste se kdaj vprašali, kako vaše vozilo izračuna razdaljo, ki jo lahko prevozi?
No, sistem za upravljanje baterije ali BMS pazi na baterijo, ki napaja vaše električno vozilo, in namesto vas oceni doseg. Poleg tega sistem spremlja zdravje paketa baterij in zagotavlja, da je varna za uporabo.
Razumevanje baterijskih paketov in litij-ionskih celic
Preden se lotimo sistemov za upravljanje baterij, je bistveno razumeti, kako so izdelani akumulatorji.
Baterija v električnem vozilu je sestavljena iz litij-ionskih celic, te celice pa so med seboj povezane v modul baterije. Ti moduli so nadalje povezani z drugimi moduli, da ustvarijo baterijski sklop. Ta modularna zasnova pomaga pri učinkovitem upravljanju paketa baterij in izboljša uporabnost. Zaradi te konstrukcijske arhitekture lahko proizvajalec baterijskega sklopa zamenja okvarjen modul, namesto da zamenja celotno baterijo.
Kar zadeva prednosti, ponujajo litij-ionske celice več lastnosti, kot je visoko razmerje med močjo in težo razmerje, visoka energetska učinkovitost, nizke lastnosti samopraznjenja in dobre visoke temperature izvedba. Zaradi teh značilnosti so litij-ionske celice najboljša izbira za električna vozila, vendar te baterije niso brezhibne in tehnologija polprevodniških baterij poskuša rešiti težave, ki jih prinašajo litij-ionske baterije.
Druga stvar, ki jo je treba opozoriti, je, da lahko litij-ionske celice ponudijo zgoraj omenjene prednosti le, če delujejo v določenih mejah. Spodaj je kratek pregled teh operativnih omejitev.
- Specifikacije napetosti: Baterija v električnem vozilu je sestavljena iz več litij-ionskih celic. Če pogledamo stvari v perspektivo, je bil Tesla Roadster opremljen s 6831 celicami in vsaka od teh celic mora delovati v določenem območju napetosti. Za večino celic je to območje med 3,0 in 4,1 volta. Če se celice uporabljajo izven teh razponov, se življenjska doba baterije in zmogljivost, ki jo ponuja, poslabšata.
- Temperaturne omejitve: Poleg omejitev napetosti je treba spremljati tudi temperaturo litij-ionskih baterij. Za večino celic je to območje med -4 in 131 stopinjami Fahrenheita (-20 in 55 stopinjami Celzija). Če celice delujejo izven teh temperaturnih območij, se lahko zmogljivost in življenjska doba baterije drastično zmanjšata.
- Trenutno žrebanje: Prav tako je treba spremljati količino toka, ki ga črpajo celice. Če je količina toka, ki ga črpajo celice, zunaj predpisanih meja, se življenjska doba celic eksponentno zmanjša.
- Polnilni tok: Med polnjenjem je treba nadzorovati tudi paket baterij. To je zato, ker se v baterijski paket v kratkem času prečrpajo velike količine toka, kar se običajno zgodi med hitro polnjenje s polnilci stopnje 3. Zaradi tega visokega pretoka toka v baterijskem paketu se lahko celice prenapolnijo, kar povzroči njihovo segrevanje, kar poslabša življenjsko dobo in učinkovitost celic.
Ker je za optimalno delovanje baterije potrebno spremljati več parametrov, potrebuje sistem za upravljanje baterije. Ta sistem upravljanja je računalniška naprava, ki spremlja več značilnosti vsake celice in zagotavlja, da baterijski sklop deluje znotraj določenih meja.
Kaj se zgodi, če celice ne delujejo znotraj predpisanih meja?
Če celice v baterijskem paketu delujejo pri visoki temperaturi ali iz njih vzame preveč toka, lahko pride do pojava, znanega kot toplotni umik.
Vidite, litij-ionska baterija zagotavlja energijo skozi vrsto kemičnih reakcij. Te reakcije ustvarjajo toploto in če baterije ne delujejo v ustreznih razponih, se količina toplote, ki jo ustvarijo te reakcije, eksponentno poveča.
Zaradi tega povečanega proizvajanja toplote se lahko celice vnamejo in povzročijo verižno reakcijo v baterijskem paketu. Zato je bistveno spremljati temperaturo vsake celice, da preprečimo toplotni beg.
Kako deluje sistem za upravljanje baterije in kaj počne?
Sistem za upravljanje baterije je računalnik, povezan z več senzorji. Ti senzorji spremljajo napetost, tok in temperaturo vsake celice in jih pošiljajo v BMS.
Sistem za upravljanje baterije nato te podatke analizira, da zagotovi, da vsaka celica deluje v predpisanih mejah. Če temu ni tako, potem poskuša rešiti težavo.
Če so celice znotraj paketa baterij prevroče, potem BMS upravlja hladilni sistem, da zmanjša temperaturo paketa baterij.
V primeru nihanja napetosti celice sistem za upravljanje baterije izvede uravnoteženje celic. Za uravnoteženje celic prenaša energijo iz ene celice v drugo, da zagotovi, da vse celice delujejo na isti ravni napetosti.
Poleg zgoraj omenjenih nalog BMS beleži podatke, ki jih prejme, da izračuna stanje napolnjenosti in zdravje baterije.
Kako sistem za upravljanje baterije izračuna doseg?
Eden od senzorjev, povezanih z BMS, meri količino toka, ki vstopa in izstopa iz baterije. Na podlagi teh podatkov sistem za upravljanje baterije oceni količino toka baterije in razdaljo, ki jo lahko prevozi vaše vozilo, obdržati svojo zaskrbljenost glede dosega.
Ali so sistemi za upravljanje baterij res potrebni?
Sistem za upravljanje baterije v električnem vozilu natančno spremlja vsako celico v paketu baterij. Zagotavlja, da je baterija varna za uporabo in ščiti avto, če celice ne delujejo pravilno.
Poleg tega oceni doseg, ki ga vozilo lahko prevozi, in pomaga izboljšati celoten življenjski cikel akumulatorja. Zato je sistem za upravljanje baterije kritičen del električnega vozila in dober sistem za upravljanje baterije lahko podaljša življenjsko dobo električnega vozila za več let.
