Μπαίνεις στο ηλεκτρικό σου όχημα, το ανάβεις και το σύμπλεγμα σάς δείχνει τον αριθμό των μιλίων που μπορείτε να διανύσετε. Με βάση αυτό το εύρος, αποφασίζετε τα pit stop που θα κάνετε για να φτάσετε στον προορισμό σας, αλλά έχετε αναρωτηθεί ποτέ πώς το όχημά σας υπολογίζει την απόσταση που μπορεί να διανύσει;
Λοιπόν, το Σύστημα Διαχείρισης Μπαταρίας ή το BMS παρακολουθεί το πακέτο μπαταριών που τροφοδοτεί το ηλεκτρικό σας όχημα και υπολογίζει την αυτονομία για εσάς. Επιπλέον, το σύστημα παρακολουθεί την υγεία της μπαταρίας και διασφαλίζει την ασφαλή χρήση της.
Κατανόηση των συστοιχιών μπαταριών και των κυττάρων ιόντων λιθίου
Πριν μπούμε στα Συστήματα Διαχείρισης Μπαταριών, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πώς κατασκευάζονται τα πακέτα μπαταριών.
Μια μπαταρία σε ένα ηλεκτρικό όχημα αποτελείται από στοιχεία ιόντων λιθίου και αυτά τα στοιχεία συνδέονται μεταξύ τους για να δημιουργήσουν μια μονάδα πακέτου μπαταριών. Αυτές οι μονάδες συνδέονται περαιτέρω με άλλες μονάδες για να δημιουργήσουν ένα πακέτο μπαταριών. Αυτός ο αρθρωτός σχεδιασμός βοηθά στην αποτελεσματική διαχείριση της μπαταρίας και βελτιώνει τη δυνατότητα συντήρησης. Λόγω αυτής της αρχιτεκτονικής σχεδιασμού, ο κατασκευαστής του πακέτου μπαταριών μπορεί να αντικαταστήσει μια ελαττωματική μονάδα αντί να αντικαταστήσει ολόκληρο το πακέτο μπαταριών.
Όσον αφορά τα πλεονεκτήματα, οι κυψέλες ιόντων λιθίου προσφέρουν πολλά χαρακτηριστικά, όπως υψηλή ισχύ προς βάρος αναλογία, υψηλή ενεργειακή απόδοση, χαμηλά χαρακτηριστικά αυτοεκφόρτισης και καλή υψηλή θερμοκρασία εκτέλεση. Λόγω αυτών των χαρακτηριστικών, οι κυψέλες ιόντων λιθίου είναι η καλύτερη επιλογή για ηλεκτρικά οχήματα, αλλά αυτές οι μπαταρίες δεν είναι άψογες και τεχνολογία μπαταριών στερεάς κατάστασης προσπαθεί να λύσει τα προβλήματα που έρχονται με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου.
Ένα άλλο πράγμα που πρέπει να σημειωθεί εδώ είναι ότι οι κυψέλες ιόντων λιθίου μπορούν να προσφέρουν τα πλεονεκτήματα που αναφέρονται παραπάνω μόνο εάν λειτουργούν εντός καθορισμένων ορίων. Ακολουθεί μια σύντομη επισκόπηση αυτών των επιχειρησιακών ορίων.
- Προδιαγραφές τάσης: Η μπαταρία ενός ηλεκτρικού οχήματος αποτελείται από πολλές κυψέλες ιόντων λιθίου. Για να βάλουμε τα πράγματα στη θέση τους, το Tesla Roadster ήρθε με 6.831 στοιχεία και κάθε μία από αυτές τις κυψέλες πρέπει να λειτουργεί εντός ενός καθορισμένου εύρους τάσης. Για τις περισσότερες κυψέλες, αυτό το εύρος κυμαίνεται μεταξύ 3,0 και 4,1 βολτ. Εάν οι κυψέλες χρησιμοποιούνται εκτός αυτών των ορίων, η διάρκεια ζωής της μπαταρίας και η απόδοση που προσφέρει επιδεινώνεται.
- Όρια θερμοκρασίας: Εκτός από τα όρια τάσης, πρέπει επίσης να παρακολουθείται η θερμοκρασία των μπαταριών ιόντων λιθίου. Για τα περισσότερα κελιά, αυτό το εύρος είναι μεταξύ -4 και 131 βαθμούς Φαρενάιτ (-20 και 55 βαθμοί Κελσίου). Εάν οι κυψέλες λειτουργούν εκτός αυτών των ορίων θερμοκρασίας, η απόδοση και η διάρκεια ζωής της μπαταρίας μπορεί να μειωθούν δραστικά.
- Τρέχουσα κλήρωση: Πρέπει επίσης να παρακολουθείται η ποσότητα του ρεύματος που αντλείται από τα κελιά. Εάν η ποσότητα του ρεύματος που αντλείται από τις κυψέλες είναι εκτός των προβλεπόμενων ορίων, η διάρκεια ζωής των κυψελών υποβαθμίζεται εκθετικά.
- Ρεύμα φόρτισης: Η μπαταρία πρέπει επίσης να παρακολουθείται κατά τη φόρτιση. Αυτό συμβαίνει επειδή υψηλές ποσότητες ρεύματος διοχετεύονται στην μπαταρία σε σύντομο χρονικό διάστημα και αυτό συμβαίνει συνήθως κατά τη διάρκεια γρήγορη φόρτιση χρησιμοποιώντας φορτιστές επιπέδου 3. Λόγω αυτής της υψηλής ροής ρεύματος στο πακέτο μπαταριών, οι κυψέλες μπορεί να υπερφορτιστούν, προκαλώντας τη θέρμανση, υποβαθμίζοντας τη διάρκεια ζωής και την απόδοση των στοιχείων.
Καθώς απαιτείται παρακολούθηση πολλών παραμέτρων για τη βέλτιστη απόδοση μιας μπαταρίας, χρειάζεται ένα Σύστημα Διαχείρισης Μπαταρίας. Αυτό το σύστημα διαχείρισης είναι μια υπολογιστική συσκευή που παρακολουθεί πολλά χαρακτηριστικά κάθε κυψέλης και διασφαλίζει ότι η μπαταρία λειτουργεί εντός των καθορισμένων ορίων.
Τι συμβαίνει εάν τα κύτταρα δεν λειτουργούν εντός των προβλεπόμενων ορίων;
Εάν οι κυψέλες σε ένα πακέτο μπαταριών λειτουργούν σε υψηλή θερμοκρασία ή αν αντληθεί πολύ ρεύμα από αυτά, μπορεί να συμβεί ένα φαινόμενο γνωστό ως θερμική διαφυγή.
Βλέπετε, μια μπαταρία ιόντων λιθίου παρέχει ενέργεια μέσω μιας σειράς χημικών αντιδράσεων. Αυτές οι αντιδράσεις παράγουν θερμότητα και εάν οι μπαταρίες δεν λειτουργούν σε κατάλληλα εύρη, η ποσότητα θερμότητας που παράγεται από αυτές τις αντιδράσεις αυξάνεται εκθετικά.
Λόγω αυτής της αύξησης της παραγωγής θερμότητας, οι κυψέλες μπορεί να πιάσουν φωτιά και να προκαλέσουν αλυσιδωτή αντίδραση στη μπαταρία. Επομένως, είναι απαραίτητο να παρακολουθείτε τη θερμοκρασία κάθε κυψέλης για να αποτρέψετε τη θερμική διαφυγή.
Πώς λειτουργεί και τι κάνει ένα σύστημα διαχείρισης μπαταριών;
Το Σύστημα Διαχείρισης Μπαταριών είναι ένας υπολογιστής συνδεδεμένος με πολλούς αισθητήρες. Αυτοί οι αισθητήρες παρακολουθούν την τάση, το ρεύμα και τη θερμοκρασία κάθε στοιχείου και τα στέλνουν στο BMS.
Στη συνέχεια, το Σύστημα Διαχείρισης Μπαταριών αναλύει αυτά τα δεδομένα για να διασφαλίσει ότι κάθε στοιχείο λειτουργεί εντός των προβλεπόμενων ορίων. Εάν δεν συμβαίνει αυτό, τότε προσπαθεί να λύσει το πρόβλημα.
Εάν οι κυψέλες στο εσωτερικό της μπαταρίας είναι πολύ ζεστές, τότε το BMS διαχειρίζεται το σύστημα ψύξης για να μειώσει τη θερμοκρασία της μπαταρίας.
Σε περίπτωση διακυμάνσεων στην τάση της κυψέλης, το Σύστημα Διαχείρισης Μπαταριών εκτελεί εξισορρόπηση κυψέλης. Για να εξισορροπήσει τις κυψέλες, μεταφέρει ενέργεια από το ένα στοιχείο στο άλλο για να διασφαλίσει ότι όλα τα στοιχεία λειτουργούν στο ίδιο επίπεδο τάσης.
Εκτός από τις εργασίες που αναφέρονται παραπάνω, το BMS λαμβάνει αρχεία καταγραφής των δεδομένων που λαμβάνει για να υπολογίσει την κατάσταση φόρτισης και την υγεία της μπαταρίας.
Πώς υπολογίζει το εύρος ενός συστήματος διαχείρισης μπαταριών;
Ένας από τους αισθητήρες που είναι συνδεδεμένοι στο BMS μετρά την ποσότητα ρεύματος που εισέρχεται και εξέρχεται από τη μπαταρία. Με βάση αυτά τα δεδομένα, το Σύστημα Διαχείρισης Μπαταρίας εκτιμά την ποσότητα ρεύματος που έχει η μπαταρία και την απόσταση που μπορεί να διανύσει το όχημά σας, κρατώντας μακριά το άγχος της εμβέλειας.
Χρειάζονται πραγματικά συστήματα διαχείρισης μπαταριών;
Το Σύστημα Διαχείρισης Μπαταριών σε ένα ηλεκτρικό όχημα παρακολουθεί στενά κάθε στοιχείο της μπαταρίας. Εξασφαλίζει ότι η μπαταρία είναι ασφαλής στη χρήση και προστατεύει το αυτοκίνητο εάν οι κυψέλες δεν λειτουργούν σωστά.
Επιπλέον, υπολογίζει την αυτονομία που μπορεί να διανύσει το όχημα και συμβάλλει στη βελτίωση του συνολικού κύκλου ζωής του πακέτου μπαταριών. Ως εκ τούτου, ένα σύστημα διαχείρισης μπαταριών είναι ένα κρίσιμο μέρος ενός ηλεκτρικού οχήματος και ένα καλό σύστημα διαχείρισης μπαταρίας μπορεί να βελτιώσει τη διάρκεια ζωής ενός ηλεκτρικού οχήματος κατά αρκετά χρόνια.