Uđete u svoje električno vozilo, uključite ga i ploča vam pokazuje broj milja koje možete prijeći. Na temelju ovog dometa odlučujete o zaustavljanjima u boksu na kojima ćete stići do odredišta, no jeste li se ikada zapitali kako vaše vozilo izračunava udaljenost koju može prijeći?
Pa, sustav upravljanja baterijom ili BMS pazi na bateriju koja napaja vaše električno vozilo i procjenjuje domet za vas. Štoviše, sustav prati ispravnost baterije i osigurava da je sigurna za upotrebu.
Razumijevanje baterijskih paketa i litij-ionskih ćelija
Prije nego što uđemo u sustave upravljanja baterijama, važno je razumjeti kako se izrađuju baterije.
Baterija na električnom vozilu napravljena je od litij-ionskih ćelija, a te su ćelije međusobno povezane kako bi stvorile modul baterije. Ti se moduli dalje povezuju s drugim modulima kako bi stvorili baterijski paket. Ovaj modularni dizajn pomaže u učinkovitom upravljanju baterijom i poboljšava mogućnost servisiranja. Zbog ove arhitekture dizajna, proizvođač baterijskog paketa može zamijeniti neispravan modul umjesto da zamijeni cijeli baterijski paket.
Što se tiče prednosti, litij-ionske ćelije nude nekoliko značajki kao što je veliki omjer snage i težine omjer, visoka energetska učinkovitost, niske karakteristike samopražnjenja i dobre visoke temperature izvođenje. Zbog ovih karakteristika, litij-ionske ćelije su glavni izbor za električna vozila, ali ove baterije nisu besprijekorne, a tehnologija solid-state baterija pokušava riješiti probleme koji dolaze s litij-ionskim baterijama.
Još jedna stvar koju ovdje treba napomenuti je da litij-ionske ćelije mogu ponuditi gore navedene prednosti samo ako rade unutar određenih ograničenja. U nastavku je kratak pregled ovih operativnih ograničenja.
- Specifikacije napona: Paket baterija na električnom vozilu sastoji se od nekoliko litij-ionskih ćelija. Da stavimo stvari u perspektivu, Tesla Roadster dolazi sa 6831 ćelijom, a svaka od tih ćelija mora raditi unutar postavljenog raspona napona. Za većinu ćelija, ovaj raspon je između 3,0 i 4,1 volta. Ako se ćelije koriste izvan ovih raspona, životni vijek baterije i performanse koje nudi se pogoršavaju.
- Ograničenja temperature: Osim ograničenja napona, potrebno je pratiti i temperaturu litij-ionskih baterija. Za većinu ćelija, ovaj raspon je između -4 i 131 stupanj Fahrenheita (-20 i 55 stupnjeva Celzijusa). Ako ćelije rade izvan ovih temperaturnih raspona, performanse i životni vijek baterije mogu se drastično smanjiti.
- Trenutno izvlačenje: Također se mora pratiti količina struje koja izlazi iz ćelija. Ako je količina struje koja izlazi iz ćelija izvan propisanih granica, životni vijek ćelija eksponencijalno se smanjuje.
- Struja punjenja: Bateriju također treba nadzirati tijekom punjenja. To je zato što se velike količine struje pumpaju u bateriju u kratkom vremenu, a to se obično događa tijekom brzo punjenje pomoću punjača razine 3. Zbog ovog velikog protoka struje u baterijskom paketu, ćelije se mogu prepuniti, uzrokujući njihovo zagrijavanje, što smanjuje životni vijek i performanse ćelija.
Budući da je potrebno pratiti nekoliko parametara za optimalnu izvedbu baterije, potreban je sustav upravljanja baterijom. Ovaj sustav upravljanja je računalni uređaj koji nadzire nekoliko karakteristika svake ćelije i osigurava da baterija radi unutar navedenih ograničenja.
Što se događa ako stanice ne rade unutar propisanih granica?
Ako ćelije u baterijskom paketu rade na visokoj temperaturi ili iz njih izvlači previše struje, može doći do fenomena poznatog kao toplinski bijeg.
Vidite, litij-ionska baterija daje energiju nizom kemijskih reakcija. Ove reakcije stvaraju toplinu, a ako baterije ne rade u odgovarajućim rasponima, količina topline koju generiraju te reakcije eksponencijalno raste.
Zbog ovog povećanja stvaranja topline, ćelije se mogu zapaliti i izazvati lančanu reakciju u baterijskom paketu. Stoga je bitno pratiti temperaturu svake ćelije kako bi se spriječio toplinski bijeg.
Kako funkcionira sustav upravljanja baterijom i čemu služi?
Sustav upravljanja baterijom je računalo povezano s nekoliko senzora. Ovi senzori prate napon, struju i temperaturu svake ćelije i šalju ih BMS-u.
Sustav upravljanja baterijom zatim analizira te podatke kako bi osigurao da svaka ćelija radi unutar propisanih ograničenja. Ako to nije slučaj, onda pokušava riješiti problem.
Ako su ćelije unutar baterije prevruće, tada BMS upravlja sustavom hlađenja kako bi smanjio temperaturu baterije.
U slučaju varijacija u naponu ćelije, Sustav upravljanja baterijom vrši balans ćelije. Kako bi uravnotežio stanice, prenosi energiju iz jedne ćelije u drugu kako bi osigurao da sve stanice rade na istoj razini napona.
Osim gore navedenih zadataka, BMS bilježi podatke koje prima kako bi izračunao stanje napunjenosti i zdravlje baterije.
Kako sustav upravljanja baterijom izračunava domet?
Jedan od senzora spojenih na BMS mjeri količinu struje koja ulazi i izlazi iz baterije. Na temelju ovih podataka, sustav upravljanja baterijom procjenjuje količinu struje koju baterija ima i udaljenost koju vaše vozilo može prijeći, držeći svoju tjeskobu oko raspona podalje.
Jesu li sustavi upravljanja baterijom doista potrebni?
Sustav upravljanja baterijom na električnom vozilu pomno prati svaku ćeliju u baterijskom paketu. Osigurava da je baterija sigurna za korištenje i štiti automobil ako ćelije ne rade ispravno.
Osim toga, procjenjuje domet koji vozilo može prijeći i pomaže poboljšati cjelokupni životni ciklus baterije. Stoga je sustav upravljanja baterijom kritični dio električnog vozila, a dobar sustav upravljanja baterijom može produljiti vijek trajanja električnog vozila za nekoliko godina.