Nasednete do svého elektrického vozidla, zapnete ho a na displeji se zobrazí počet mil, které můžete ujet. Na základě tohoto dojezdu se rozhodnete, jaké zastávky v boxech dorazíte do cíle, ale přemýšleli jste někdy, jak vaše vozidlo vypočítá vzdálenost, kterou může ujet?
Systém správy baterií nebo BMS dohlíží na baterii, která napájí vaše elektrické vozidlo, a odhaduje dojezd za vás. Systém navíc monitoruje stav baterie a zajišťuje její bezpečné používání.
Pochopení bateriových sad a lithium-iontových článků
Než se pustíme do Battery Management Systems, je nezbytné pochopit, jak se baterie vyrábí.
Sada baterií na elektrickém vozidle je vyrobena z lithium-iontových článků a tyto články jsou vzájemně propojeny, aby vytvořily modul sady baterií. Tyto moduly jsou dále propojeny s dalšími moduly, aby se vytvořila bateriová sada. Tento modulární design pomáhá při efektivní správě baterie a zlepšuje provozuschopnost. Díky této architektuře designu může výrobce baterie vyměnit vadný modul spíše než vyměnit celou baterii.
Pokud jde o výhody, lithium-iontové články nabízejí několik funkcí, jako je vysoký poměr výkonu k hmotnosti poměr, vysoká energetická účinnost, nízké samovybíjecí vlastnosti a dobrá vysoká teplota výkon. Díky těmto vlastnostem jsou lithium-iontové články volbou pro elektrická vozidla, ale tyto baterie nejsou bezchybné a technologie solid-state baterie se snaží vyřešit problémy, které přináší lithium-iontové baterie.
Další věc, kterou je třeba poznamenat, je, že lithium-iontové články mohou nabídnout výše uvedené výhody pouze tehdy, pokud jsou provozovány v rámci stanovených limitů. Níže je uveden stručný přehled těchto provozních limitů.
- Specifikace napětí: Akumulátor na elektrickém vozidle se skládá z několika lithium-iontových článků. Abychom uvedli věci do perspektivy, Tesla Roadster přišla s 6 831 články a každý z těchto článků musí fungovat v nastaveném rozsahu napětí. U většiny článků je tento rozsah mezi 3,0 a 4,1 volty. Pokud se články používají mimo tyto rozsahy, životnost baterie a výkon, který nabízí, se zhorší.
- Teplotní limity: Kromě napěťových limitů je potřeba hlídat i teplotu lithium-iontových baterií. U většiny buněk je tento rozsah mezi -4 a 131 stupni Fahrenheita (-20 a 55 stupňů Celsia). Pokud jsou články provozovány mimo tyto teplotní rozsahy, může se výkon a životnost baterie drasticky snížit.
- Aktuální losování: Musí se také sledovat množství proudu odebíraného z článků. Pokud je množství proudu odebraného z článků mimo předepsané limity, životnost článků exponenciálně klesá.
- Nabíjecí proud: Během nabíjení je také třeba monitorovat baterii. Je tomu tak proto, že do akumulátoru je během krátké doby napumpováno velké množství proudu a obvykle k tomu dochází během rychlé nabíjení pomocí nabíječek úrovně 3. V důsledku tohoto vysokého toku proudu v bateriovém bloku se články mohou přebíjet, což způsobuje jejich zahřívání, což snižuje životnost a výkon článků.
Vzhledem k tomu, že pro optimální výkon baterie je třeba monitorovat několik parametrů, potřebuje systém správy baterií. Tento systém řízení je výpočetní zařízení, které monitoruje několik charakteristik každého článku a zajišťuje, že baterie pracuje v rámci specifikovaných limitů.
Co se stane, když buňky nefungují v rámci předepsaných limitů?
Pokud jsou články v sadě baterií provozovány při vysoké teplotě nebo je z nich odebírán příliš velký proud, může dojít k jevu známému jako tepelný únik.
Víte, lithium-iontová baterie poskytuje energii prostřednictvím řady chemických reakcí. Tyto reakce vytvářejí teplo, a pokud baterie nejsou provozovány ve vhodném rozsahu, množství tepla generovaného těmito reakcemi exponenciálně stoupá.
V důsledku tohoto zvýšení tvorby tepla se články mohou vznítit a způsobit řetězovou reakci v akumulátoru. Proto je nezbytné sledovat teplotu každého článku, aby se zabránilo tepelnému úniku.
Jak funguje systém správy baterií a co dělá?
Battery Management System je počítač připojený k několika senzorům. Tyto senzory monitorují napětí, proud a teplotu každého článku a posílají je do BMS.
Battery Management System pak tato data analyzuje, aby zajistil, že každý článek bude fungovat v předepsaných mezích. Pokud tomu tak není, snaží se problém vyřešit.
Pokud jsou články uvnitř baterie příliš horké, pak BMS řídí chladicí systém, aby snížil teplotu baterie.
V případě změn napětí článků provede Battery Management System vyrovnání článků. K vyvážení článků přenáší energii z jednoho článku do druhého, aby bylo zajištěno, že všechny články pracují na stejné úrovni napětí.
Kromě výše uvedených úkolů BMS shromažďuje protokoly přijatých dat pro výpočet stavu nabití a stavu baterie.
Jak systém správy baterií vypočítá dojezd?
Jeden ze senzorů připojených k BMS měří množství proudu vstupujícího a vystupujícího z bateriového bloku. Na základě těchto údajů odhaduje Battery Management System množství proudu, kterým je baterie vybavena, a vzdálenost, kterou může vaše vozidlo ujet, držet na uzdě úzkost z dosahu.
Jsou systémy pro správu baterií skutečně potřeba?
Battery Management System na elektrickém vozidle pečlivě monitoruje každý článek v bateriové sadě. Zajišťuje bezpečné použití baterie a chrání vůz v případě, že články nefungují správně.
Kromě toho odhaduje dojezd, který může vozidlo ujet, a pomáhá zlepšit celkový životní cyklus baterie. Proto je systém správy baterií kritickou součástí elektrického vozidla a dobrý systém správy baterií může prodloužit životnost elektrického vozidla o několik let.
