Ce este monitorizarea-în timp real?
BMS trebuie să știe ce se întâmplă în interiorul pachetului. Tensiune pe celulă, curent total, temperaturi în mai multe puncte. Aceste date vin în mod continuu, nu eșantionate din când în când. Aceasta este monitorizarea-în timp real.
Măsurarea Tensiunii
Acesta este locul în care se duce cea mai mare parte a costurilor într-un design BMS.
Fiecare celulă sau grup paralel are nevoie de propria sa linie de detectare a tensiunii înapoi la un circuit integrat frontal analog. Pentru un pachet 16S care este ușor de gestionat. Pentru un pachet EV 100S+, vă uitați la mai multe cipuri AFE înlănțuite-înlănțuite între ele, o comunicare izolată între ele și un cablaj care necesită un efort real pentru a dirija curat. Captarea zgomotului este o luptă constantă. Firele de sens lung acționează ca antene. Perechile răsucite ajută. Menținerea-căilor de curent înalt departe de liniile senzoriale ajută mai mult.
Specificațiile de precizie AFE contează mult mai mult decât se așteaptă oamenii. Celulele NMC au o gamă de tensiune utilizabilă de 1,4 V. La 4.2V esti plin. La 4,25 V placați cu litiu și ucideți celula. Adică 50 mV de marjă. Dacă AFE are o precizie de ± 15 mV, ați consumat deja mai mult de jumătate din buget doar pentru eroarea de măsurare. Acesta este motivul pentru care pachetele de-înaltă tensiune de la orice furnizor decent de baterii cu litiu folosesc scumpele AFE-6815, 6813, acel nivel. Cele ieftine funcționează bine pentru pachetele de scule electrice 4S. Nu pentru tracțiune.
LFP este mai îngăduitor la capătul superior, dar curba de tensiune este atât de plată la mijloc încât estimarea SOC devine dificilă. Ai nevoie de o precizie bună dintr-un motiv diferit.
Actual
Senzori sau șunturi cu efect Hall. Halele sunt izolate electric, ceea ce simplifică proiectarea. Shunt-urile sunt mai precise, dar se află pe calea curentului, astfel încât circuitul de detectare BMS trebuie să gestioneze tensiunea în modul comun-egal cu tensiunea pachetului. Nu este banal pe un sistem de 400V.
Shunturile disipă și puterea. Un șunt de 100µΩ la 500A scade cu 50mV și arde 25W. Aceasta este căldura pe care trebuie să o gestionezi. Și rezistența la șunt variază odată cu temperatura, astfel încât citirea curentă variază și ea dacă nu compensezi. Modelele BMS ieftine nu. Apoi SOC pleacă pe parcursul unei zile și nimeni nu știe de ce.
Temperatură
Termistorii sunt ieftini. Plasarea este partea grea.
Un pachet poate avea 200 de celule, dar numai 6-8 senzori de temperatură. Unde se duc? Celulele din centrul geometric sunt cele mai fierbinți, deoarece sunt înconjurate de alte surse de căldură. Celulele din apropierea carcasei pierd căldură față de mediul ambiant. Celulele din apropierea barelor colectoare preiau căldură condusă de la conexiunile de curent ridicat. Un producător de sisteme de baterii cu litiu care face acest lucru rulează corect CFD sau cel puțin un model termic simplificat înainte de a se angaja în locațiile senzorilor. Restul pune câte un termistor pe modul și speră să fie mai bun.
Senzorul trebuie să atingă celula. Nu plutește în aer lângă celulă. Temperatura aerului din interiorul unei incinte nu vă spune aproape nimic despre temperatura suprafeței celulei. Am văzut diferențe de 8-10 grade între aer și suprafața celulei în pachete care arătau bine pe hârtie.
Materialul interfeței termice contează și el. Un contact uscat între termistor și celulă are o rezistență termică ridicată. Lectura este în urmă cu realitatea. Până când senzorul arată 45 de grade, celula ar putea fi deja la 52 de grade și să urce.
Ce face BMS cu datele
Estimarea SOC este principalul lucru. Numărarea coulombiană integrează curentul în timp. Căutarea OCV corelează tensiunea de repaus cu starea de încărcare. Filtrele Kalman sau similare combină cele două. Niciuna dintre acestea nu funcționează perfect. Numărarea Coulomb se deplasează deoarece măsurarea curentului nu este perfectă și nu puteți cunoaște niciodată adevăratul punct de plecare. Căutarea OCV are nevoie ca pachetul să se odihnească pentru o perioadă, ceea ce nu se întâmplă în funcționare continuă. Filtrul Kalman ajută, dar este la fel de bun ca modelul de celule pe care este construit și celulele îmbătrânesc.
Estimarea SOH urmărește degradarea. Decolorarea capacității, creșterea rezistenței. Acest lucru înseamnă de obicei rularea periodică a unei încărcări sau descărcare controlată și compararea cu valoarea de bază. Unele sisteme încearcă să o estimeze online din datele operaționale. Rezultatele variază.
Logica de protecție este mai simplă. Tensiune prea mare, opriți încărcarea. Prea scăzut, opriți descărcarea. Curent prea mare, deconectați. Temperatura prea mare, reduceți sau deconectați. Acestea sunt doar comparații de prag. Obținerea corectă a pragurilor necesită un pic de gândire-prea strâns și fals-deplasați în mod constant, prea liber și lăsați celulele să se deterioreze.
Balansare
Celulele se despart în timp. Echilibrarea pasivă arde excesul de încărcare prin rezistențe, de obicei la 50-100mA. Este lent. În timpul unui ciclu de încărcare de 4 ore, echilibrarea pasivă se poate mișca cu 200-400 mAh. Dacă celulele tale sunt dezechilibrate de 2000 mAh, asta nu o va reduce.
Echilibrarea activă transferă sarcina între celule folosind inductori sau condensatori. Mult mai rapid, mai eficient, mai scump, mai complicat. Pentru soluțiile de baterii industriale cu litiu în care pachetele ciclul greu zilnic, echilibrarea activă are sens. Pentru un pachet care se află la 50% SOC de cele mai multe ori cu utilizare ocazională, pasiv este bine.
Comunicare
Autobuz CAN pentru vehicule. Modbus pentru staționar. Ambele lucrează. Alegeți orice folosește restul sistemului.
Conectivitatea în cloud sună bine pe hârtie. În practică, jumătate din site-uri au semnal celular de gunoi și instalatorul nu a bugetat pentru o antenă externă. Înregistrarea locală a datelor cu încărcare periodică funcționează mai bine pentru majoritatea implementărilor comerciale ale furnizorilor de baterii cu litiu decât presupunerea unei conectivitate constantă.
Standarde
ISO 6469 și UN ECE R100 pentru automobile. UL 9540 pentru depozitare staționară. OSHA și codurile locale de incendiu pentru zonele industriale de încărcare. Un partener OEM pentru baterii cu litiu ar trebui să știe care dintre ele se aplică pieței dvs. țintă. Cerințele de monitorizare a izolației din standardele auto provoacă oamenii mai mult decât orice altceva în producția de volum.
Monitorizarea-în timp real nu este opțională. Întrebarea este de câtă precizie și sofisticare aveți nevoie și asta depinde de celule, de aplicație și de consecințele greșirii.
