Bateria Administra Sistemo
Bateria Administra Sistemo (BMS) estas aparato uzata por efike administri bateriajn pakojn. Por elektraj veturiloj, bone-BMS-aparataro kaj programaro povas efike pliigi veturdistancon, plilongigi la vivdaŭron de la bateria pako, redukti operaciajn kostojn kaj certigi la sekurecon kaj fidindecon de la elektra baterio. La sistemo de administrado de potenca baterio fariĝis nemalhavebla kerna komponanto de elektraj veturiloj. Ĉi tiu ĉapitro fokusiĝos pri enkonduko de la komponado, funkcioj kaj funkciaj principoj de la potenca baterio-administra sistemo.
Sistema Arkitekturo
Tipa aparataro de bateria administradsistemo (BMS) ĉefe inkludas Battery Management Unit (BMU), Cell Management Unit (CMU), sensilojn, kablajn jungilojn, ktp. En la dezajno de grandskalaj potencaj bateriosistemoj, la elekto de BMS-arkitekturo estas decida, rekte determinante la konektometodojn inter hardvarunuoj kaj la softvarprograma aliro, kaj influante sisteman koston, fidindecon kaj prizorgadon, kaj mezuron de instalaĵo, precizeco kaj prizorgado. Surbaze de la topologio inter regiloj en la BMS, BMSoj povas esti larĝe klasifikitaj en du tipojn: integraj kaj distribuitaj.
1. Integrita BM
2. Distribuita BMS
Male al integraj topologioj, distribuitaj arkitekturoj dividas la BMS-funkciecon en ĉeftabulo BMU kaj multoblajn sklavajn CMUojn. La modula strukturo simpligas modulan muntadon, optimumigas specimenan jungilaranĝon, kaj mildigas tensiofalon malkongruojn kun unuforma interspacigo. Malavantaĝoj inkluzivas pli altan koston kaj pli kompleksan komunikadon kaj kontroldezajnon. Surbaze de la diverseco de distribuitaj BMS-konektometodoj, ili povas esti plue dividitaj en tri tipojn: stelkonekto (vidu Figuro 8-2), buskonekto, kaj lekante-ĉena konekto.
(1) Stela KonektoEn stelkonekto, la ĉeftabulo BMU estas centre situanta, kaj ĉiu CMU-modulo estas rekte ligita al la BMS ĉeftabulo per jungilaro. Stelaj konektoj faciligas punkto-al-kontrolon, kaj la fiasko de ununura CMU-nodo ne signife influas la sistemon. Tamen, ĉar la nombro da moduloj pliiĝas, la komplekseco de la komunikadlinioj en stelkonekto pliiĝas eksponente, malfaciligante prizorgadon kaj limigante skaleblon. Pro limigoj de la BMS ĉeftabulo-havenoj, CMU-moduloj ne povas esti aldonitaj arbitre, igante ĝin relative malofta en grandskalaj-aplikoj.
(2) Busa KonektoSistemarkitekturo bazita sur bus-faciligas modulan dezajnon, kiel montrite en Figuro 8-3. La BMS estas tipe dividita en multoblajn kontrolunuojn: BMU, CMU, kaj Battery Join Box (BJB). La BMU, CMU, kaj BJB estas ligitaj per CAN aŭ aliaj busretoj. La BMU plenumas la kernajn algoritmofunkciojn por bateria administrado; la CMU elfaras ĉeltensioakiron, egaligon, kaj temperaturmezuradon; la BJB elfaras alttensian, kurentan, kaj temperaturakiron, kontaktilon veturadon kaj diagnozon, kaj izolan detekton por la bateripakaĵo; izolado provizas elektran izolitecon, malhelpante refluon forbruligi la cirkviton kaj limigante interferan amplitudon.
La arkitekturo bazita sur buso ofertas pli flekseblajn komunikajn konektojn kaj fortan skaleblon, multe simpligante aparatararkitekturdezajnon, atingante modularecon kaj plibonigante sisteman aplikeblecon kaj porteblon. Ĝia ĉefa malavantaĝo estas ĝia relative alta kosto.
Daisy-ĉenado estas relative nova konektmetodo kiu aperis en la lastaj jaroj. La interfaco povas konverti plenajn-dupleksajn SPI-signalojn ĝis 1 Mb/s en diferencigajn signalojn kaj transdoni ilin per tordita-para kablo kaj simpla, malmultekosta-transformilo. Ekzemple, la AFE-aparatoj de Linear Technology (LTC6811) povas esti interligitaj por formi BMS. Malgranda, malmultekosta-transformilo anstataŭigas la datuman izolilon. Sur la ĉefkontrola mikroprocesorflanko, malgranda adaptilo IC (LTC6820) disponigas la ĉefregilinterfacon. Dum unudirekta lekanta-reto estas simpla, la fiasko de iu nodo povas influi la komunikadon de la tuta sistemo. Tial, plibonigita ringa lekanteto-ĉeno, kiel montrite en Figuro 8-4, estis evoluigita kaj aplikita en la BMS-produktoj de ĉefaj novenergiaj veturiloj produktantoj kiel ekzemple Tesla. Kompare kun CAN-buskonektoj, lekantĉenado estas pli malalta en kosto kaj pli malgranda en grandeco, sed ĝi havas malbonan skaleblon, limigitan maksimuman nombron da nodoj, kaj malfacilecon en pritraktado de bateriaj administradproblemoj en pli kompleksaj scenaroj kiel ekzemple grandskalaj energistokaj sistemoj.
Bazaj Funkcioj
Ĝenerale, la bazaj funkcioj de Bateria Administrado-Sistemo (BMS) inkluzivas: akiro de datumoj, taksado de la stato de la kuirilaro, administrado de energio, administrado de sekureco, administrado de termika, kontrolo de egaligo, funkcioj de komunikado kaj interfaco de homa-maŝino. Figuro 8-5 montras funkcian blokdiagramon de bateria administradsistemo.
Akiro de datumoj estas la fundamento de ĉiuj algoritmoj kaj kontroloj en Bateria Administrada Sistemo (BMS). Tial, specimena indico, precizeco kaj antaŭ-filtrilaj trajtoj estas decidaj indikiloj influantaj la rendimenton de la bateria sistemo. La datenakirofteco estas determinita per la scenaro kaj funkcio. Ekzemple, kun rezerva nutrado, la datumakira indico povas esti tiel malalta kiel unu kadro por 10 sekundoj aŭ eĉ por minuto; dum por objektoj kun rapide ŝanĝiĝanta fluo (kiel ekzemple veturiloj), datumoj devas esti akiritaj almenaŭ unufoje ĉiun 1 sekundon, kun iuj sekurecaj-datenoj postulantaj specimenajn frekvencojn tiel malaltajn kiel 100ms aŭ 10ms.
2. Bateria Ŝtata Takso
Bateria statotakso plejparte inkluzivas du aspektojn:Ŝtato de Ŝarĝo (SOC)kajSanŝtato (SOH). SOC karakterizas la nunan restantan ŝargon de la bateripakaĵo kaj estas la bazo por taksi la veturdistancon de elektra veturilo. SOH estas parametro uzata por reprezenti la restantan vivdaŭron de la baterio kaj aliajn sankondiĉojn.
Energiadministrado certigas, ke la reala-energia eligo kaj enigo de la baterio ne superas la elportkapablon de la baterio kaj sistemo. Fakte, la ŝarĝo/malŝarĝo de kuirilaro estas tuŝita de temperaturo, SOC kaj SOH, inter aliaj faktoroj. Samtempe, sur la sistemnivelo, riskoj kiel trovarmiĝo kaj cirkvito-disfandiĝo devas esti evititaj. Tial, energiadministrado estas tutmonda kontrolprocezo ĉefe uzante fluon, tension, temperaturon, SOC, kaj SOH kiel enigaĵojn.
Monitorado de bateria tensio, fluo kaj temperaturo por certigi, ke ili ne superas normalajn intervalojn. Moderna BMS (Bateria Administrada Sistemo) ne nur kontrolas la tutan bateriopakaĵon sed ankaŭ provizas rafinitan kontrolon de ekstremaj individuaj ĉelkondiĉoj kiel troŝargado, tro-malŝarĝado kaj tro-temperaturo.
Malvarmigo de la kuirilaro kiam ĝia funkcia temperaturo estas tro alta kaj varmigi ĝin kiam ĝi falas sub la pli malalta limo de ĝia taŭga funkcia temperaturo por konservi la kuirilaron ene de ĝia optimuma mastruma intervalo kaj konservi temperaturekvilibron inter individuaj ĉeloj dum operacio. Termika administrado estas precipe necesa por kuirilaroj uzataj sub alta-potenca malŝarĝo kaj altaj-temperaturaj kondiĉoj.
6. Ekvilibro Kontrolo
Nekonsekvencoj en bateria rendimento povas konduki al malkresko en ĝenerala bateria agado kaj eĉ sekurecaj riskoj. Balancicirkvitoj estas instalitaj inter la individuaj ĉeloj en la bateripakaĵo por certigi, ke la ŝarĝaj kaj malŝarĝaj kondiĉoj de ĉiu individua ĉelo estas kiel eble plej konsekvencaj, tiel plibonigante la ĝeneralan rendimenton de la kuirilaro.
Decida funkcio de bateria administradsistemo (BMS) devas ebligi komunikadon de baterioparametroj kaj informoj kun enŝipe aŭ eksterbordaj aparatoj, disponigante datenojn por ŝargo/senŝargiĝkontrolo kaj veturilkontrolo. Depende de la aplikiĝo, datum-interŝanĝo povas utiligi malsamajn komunikajn interfacojn, kiel analogajn signalojn, PWM-signalojn, CAN-buson aŭ I2C-seriajn interfacojn.
8. Homa-Maŝina Interfaco (HMI)
La HMI estas la peranta interfaco por homa-maŝina interago. Ĝi uzas taŭgajn enigajn kaj eligajn aparatojn por efike ebligi dialogon kaj interagadon inter homoj kaj la maŝinoj kiujn ili funkciigas. En BMS, la HMI inkluzivas ekranajn informojn kaj kontrolbutonojn kaj tenojn, agordis laŭ dezajnopostuloj.
