Du sætter dig ind i dit elektriske køretøj, tænder for det, og klyngen viser dig det antal miles, du kan rejse. Baseret på denne rækkevidde bestemmer du, hvilke pitstop du vil tage for at nå din destination, men har du nogensinde spekuleret på, hvordan dit køretøj beregner den afstand, det kan tilbagelægge?
Nå, Battery Management System eller BMS holder øje med batteripakken, der driver dit elektriske køretøj og anslår rækkevidden for dig. Desuden overvåger systemet batteripakkens helbred og sikrer, at det er sikkert at bruge.
Forstå batteripakker og lithium-ion-celler
Før vi kommer ind på batteristyringssystemer, er det vigtigt at forstå, hvordan batteripakker er lavet.
En batteripakke på et elektrisk køretøj er lavet af lithium-ion-celler, og disse celler er forbundet med hinanden for at skabe et batteripakkemodul. Disse moduler er yderligere forbundet med andre moduler for at skabe en batteripakke. Dette modulære design hjælper med effektiv styring af batteripakken og forbedrer servicevenlighed. På grund af denne designarkitektur kan batteripakkeproducenten erstatte et defekt modul i stedet for at udskifte hele batteripakken.
Med hensyn til fordele tilbyder Lithium-ion-celler adskillige funktioner, såsom en høj effekt-til-vægt forhold, høj energieffektivitet, lav selvafladningsegenskaber og god høj temperatur ydeevne. På grund af disse egenskaber er lithium-ion-celler det foretrukne valg for elektriske køretøjer, men disse batterier er ikke fejlfri, og solid-state batteriteknologi forsøger at løse de problemer, der følger med lithium-ion-batterier.
En anden ting at bemærke her er, at lithium-ion-celler kun kan tilbyde de ovennævnte fordele, hvis de drives inden for specificerede grænser. Nedenfor er en kort oversigt over disse operationelle grænser.
- Spændingsspecifikationer: Batteripakken på et elektrisk køretøj er lavet af flere lithium-ion-celler. For at sætte tingene i perspektiv kom Tesla Roadster med 6.831 celler, og hver af disse celler skal fungere inden for et bestemt spændingsområde. For de fleste celler er dette område mellem 3,0 og 4,1 volt. Hvis cellerne bruges uden for disse områder, forringes batteripakkens levetid og ydeevnen.
- Temperaturgrænser: Ud over spændingsgrænserne skal temperaturen på lithium-ion-batterier også overvåges. For de fleste celler er dette interval mellem -4 og 131 grader Fahrenheit (-20 og 55 grader Celsius). Hvis cellerne betjenes uden for disse temperaturområder, kan batteripakkens ydeevne og levetid gå drastisk ned.
- Nuværende lodtrækning: Mængden af strøm, der trækkes fra cellerne, skal også overvåges. Hvis mængden af strøm, der trækkes fra cellerne, er uden for de foreskrevne grænser, forringes cellernes levetid eksponentielt.
- Ladestrøm: Batteripakken skal også overvåges under opladning. Dette skyldes, at der pumpes store mængder strøm ind i batteripakken i løbet af kort tid, og dette sker normalt under hurtig opladning ved hjælp af niveau 3 opladere. På grund af denne høje strøm i batteripakken kan cellerne overoplades, hvilket får dem til at opvarme, hvilket forringer cellernes levetid og ydeevne.
Da der kræves flere parametre for at blive overvåget for den optimale ydeevne af en batteripakke, har den brug for et batteristyringssystem. Dette styringssystem er en computerenhed, der overvåger flere karakteristika for hver celle og sikrer, at batteripakken fungerer inden for de specificerede grænser.
Hvad sker der, hvis cellerne ikke fungerer inden for de foreskrevne grænser?
Hvis cellerne i en batteripakke drives ved en høj temperatur, eller der trækkes for meget strøm fra dem, kan der opstå et fænomen kendt som termisk runaway.
Ser du, et lithium-ion-batteri giver energi gennem en række kemiske reaktioner. Disse reaktioner genererer varme, og hvis batterierne ikke drives i passende områder, stiger mængden af varme, der genereres af disse reaktioner, eksponentielt.
På grund af denne stigning i varmeudviklingen kan cellerne gå i brand og forårsage en kædereaktion i batteripakken. Derfor er det vigtigt at overvåge temperaturen i hver celle for at forhindre termisk løb.
Hvordan fungerer et batteristyringssystem, og hvad gør det?
Batteristyringssystemet er en computer, der er forbundet med flere sensorer. Disse sensorer overvåger spændingen, strømmen og temperaturen i hver celle og sender den til BMS.
Batteristyringssystemet analyserer derefter disse data for at sikre, at hver celle fungerer inden for de foreskrevne grænser. Hvis det ikke er tilfældet, forsøger den at løse problemet.
Hvis cellerne inde i batteripakken er for varme, styrer BMS kølesystemet for at reducere batteripakkens temperatur.
I tilfælde af variationer i cellespændingen udfører batteristyringssystemet cellebalancering. For at balancere cellerne overfører den energi fra en celle til en anden for at sikre, at alle celler fungerer på samme spændingsniveau.
Ud over de ovennævnte opgaver tager BMS'en logfiler over de data, den modtager for at beregne batteriets ladetilstand og helbred.
Hvordan beregner et batteristyringssystem rækkevidde?
En af sensorerne forbundet til BMS måler mængden af strøm, der kommer ind og ud af batteripakken. Baseret på disse data estimerer batteristyringssystemet mængden af strøm, som batteripakken har, og mængden af afstand, dit køretøj kan tilbagelægge, holde din rækkevidde angst i skak.
Er der virkelig brug for batteristyringssystemer?
Batteristyringssystemet på et elektrisk køretøj overvåger hver celle i batteripakken nøje. Det sikrer, at batteripakken er sikker at bruge og beskytter bilen, hvis cellerne ikke fungerer korrekt.
Derudover estimerer den den rækkevidde, som køretøjet kan rejse, og hjælper med at forbedre batteripakkens overordnede livscyklus. Derfor er et batteristyringssystem en kritisk del af et elektrisk køretøj, og et godt batteristyringssystem kan forbedre et elektrisk køretøjs levetid med flere år.