Du sätter dig i ditt elfordon, sätter på det och klustret visar hur många mil du kan resa. Baserat på denna räckvidd bestämmer du vilka depåstopp du ska ta för att nå din destination, men har du någonsin undrat hur ditt fordon beräknar avståndet det kan färdas?
Tja, batterihanteringssystemet eller BMS håller ett öga på batteripaketet som driver ditt elfordon och uppskattar räckvidden åt dig. Dessutom övervakar systemet batteriets hälsa och säkerställer att det är säkert att använda.
Förstå batteripaket och litiumjonceller
Innan vi går in på batterihanteringssystem är det viktigt att förstå hur batteripaket tillverkas.
Ett batteripaket på ett elfordon är tillverkat av litiumjonceller, och dessa celler är anslutna till varandra för att skapa en batteripaketmodul. Dessa moduler kopplas vidare till andra moduler för att skapa ett batteripaket. Denna modulära design hjälper till att effektivt hantera batteripaketet och förbättrar servicevänligheten. På grund av denna designarkitektur kan batteripaketstillverkaren byta ut en felaktig modul istället för att ersätta hela batteripaketet.
När det gäller fördelar erbjuder litiumjonceller flera funktioner såsom hög effekt-till-vikt förhållande, hög energieffektivitet, låga självurladdningsegenskaper och bra hög temperatur prestanda. På grund av dessa egenskaper är litiumjonceller det bästa valet för elfordon, men dessa batterier är inte felfria, och solid-state batteriteknik försöker lösa problemen som följer med litiumjonbatterier.
En annan sak att notera här är att litiumjonceller endast kan erbjuda de fördelar som nämns ovan om de drivs inom specificerade gränser. Nedan följer en kort översikt över dessa operativa begränsningar.
- Spänningsspecifikationer: Batteripaketet på ett elfordon består av flera litiumjonceller. För att sätta saker i perspektiv kom Tesla Roadster med 6 831 celler, och var och en av dessa celler måste fungera inom ett visst spänningsområde. För de flesta celler är detta intervall mellan 3,0 och 4,1 volt. Om cellerna används utanför dessa intervall försämras livslängden på batteripaketet och dess prestanda.
- Temperaturgränser: Utöver spänningsgränserna behöver även temperaturen på litiumjonbatterier övervakas. För de flesta celler är detta intervall mellan -4 och 131 grader Fahrenheit (-20 och 55 grader Celsius). Om cellerna drivs utanför dessa temperaturområden kan prestanda och livslängd för batteripaketet minska drastiskt.
- Nuvarande dragning: Mängden ström som dras från cellerna måste också övervakas. Om mängden ström som dras från cellerna ligger utanför de föreskrivna gränserna, försämras cellernas livslängd exponentiellt.
- Laddningsström: Batteripaketet måste också övervakas under laddning. Detta beror på att stora mängder ström pumpas in i batteripaketet på kort tid, och detta inträffar vanligtvis under snabbladdning med nivå 3 laddare. På grund av detta höga strömflöde i batteripaketet kan cellerna överladdas, vilket gör att de värms upp, vilket försämrar cellernas livslängd och prestanda.
Eftersom flera parametrar måste övervakas för att ett batteripaket ska fungera optimalt behöver det ett batterihanteringssystem. Detta hanteringssystem är en datorenhet som övervakar flera egenskaper hos varje cell och säkerställer att batteripaketet fungerar inom de angivna gränserna.
Vad händer om cellerna inte fungerar inom de föreskrivna gränserna?
Om cellerna i ett batteripaket drivs vid en hög temperatur eller för mycket ström dras från dem, kan ett fenomen som kallas termisk runaway inträffa.
Du förstår, ett litiumjonbatteri ger energi genom en rad kemiska reaktioner. Dessa reaktioner genererar värme, och om batterierna inte drivs inom lämpliga intervall, ökar mängden värme som genereras av dessa reaktioner exponentiellt.
På grund av denna ökning av värmeutvecklingen kan cellerna fatta eld och orsaka en kedjereaktion i batteripaketet. Därför är det viktigt att övervaka temperaturen i varje cell för att förhindra termisk rusning.
Hur fungerar ett batterihanteringssystem och vad gör det?
Batterihanteringssystemet är en dator ansluten till flera sensorer. Dessa sensorer övervakar spänningen, strömmen och temperaturen för varje cell och skickar den till BMS.
Batterihanteringssystemet analyserar sedan dessa data för att säkerställa att varje cell fungerar inom de föreskrivna gränserna. Om så inte är fallet försöker den lösa problemet.
Om cellerna inuti batteripaketet är för varma, hanterar BMS kylsystemet för att minska batteripaketets temperatur.
Vid variationer i cellspänningen utför batterihanteringssystemet cellbalansering. För att balansera cellerna överför den energi från en cell till en annan för att säkerställa att alla celler fungerar på samma spänningsnivå.
Utöver de uppgifter som nämns ovan tar BMS loggar över de data som den tar emot för att beräkna batteriets laddningstillstånd och tillstånd.
Hur beräknar ett batterihanteringssystem räckvidd?
En av sensorerna som är anslutna till BMS mäter mängden ström som kommer in i och ut ur batteripaketet. Baserat på dessa data uppskattar batterihanteringssystemet mängden ström som batteripaketet har och hur lång sträcka ditt fordon kan färdas, hålla din räckviddsångest borta.
Behövs verkligen batterihanteringssystem?
Batterihanteringssystemet på ett elfordon övervakar varje cell i batteripaketet noggrant. Det säkerställer att batteripaketet är säkert att använda och skyddar bilen om cellerna inte fungerar korrekt.
Dessutom uppskattar den räckvidden som fordonet kan färdas och hjälper till att förbättra batteripaketets totala livscykel. Därför är ett batterihanteringssystem en kritisk del av ett elfordon, och ett bra batterihanteringssystem kan förbättra livslängden på ett elfordon med flera år.