เชิงนามธรรม
บทความนี้มุ่งเน้นไปที่ด้านฮาร์ดแวร์ของระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ในยานพาหนะไฟฟ้าและแอปพลิเคชันแบบคงที่ วัตถุประสงค์คือเพื่อสรุปแนวคิดในระบบขั้นสูงที่มีอยู่ ช่วยให้ผู้อ่านเข้าใจปัจจัยที่ต้องพิจารณาเมื่อออกแบบ BMS สำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะ หลังจากการวิเคราะห์ข้อกำหนดทั่วไปโดยย่อ ได้มีการศึกษาโครงสร้างโทโพโลยีที่เป็นไปได้หลายประการของชุดแบตเตอรี่ และผลกระทบต่อความซับซ้อนของ BMS ยกชุดแบตเตอรี่สี่ชุดที่เลือกจากรถยนต์ไฟฟ้าที่มีจำหน่ายทั่วไปเป็นตัวอย่างในการอธิบาย ต่อจากนั้น ได้มีการหารือถึงแง่มุมการดำเนินงานในการวัดตัวแปรทางกายภาพที่จำเป็น (แรงดัน กระแส อุณหภูมิ ฯลฯ) ตลอดจนประเด็นและกลยุทธ์ในการสมดุล สุดท้าย ได้มีการหารือถึงข้อควรพิจารณาด้านความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือ
1. บทนำ
ความซับซ้อนของระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ขึ้นอยู่กับการใช้งาน แบตเตอรี่เพียงก้อนเดียวสามารถวัดได้ง่ายเหมือนกับโทรศัพท์มือถือหรือเครื่องอ่าน e-book ด้วย IC "มิเตอร์วัดแบตเตอรี่" ง่ายๆ ซึ่งสามารถวัดแรงดัน อุณหภูมิ และกระแสไฟฟ้า และประมาณสถานะการชาร์จ (SOC) ได้ BMS มีความซับซ้อนพอๆ กับรถยนต์ไฟฟ้า จำเป็นต้องทำงานที่ซับซ้อนมากขึ้นให้สำเร็จ นอกเหนือจากการวัดพารามิเตอร์พื้นฐาน เช่น แรงดันแบตเตอรี่ อุณหภูมิ และกระแสไฟฟ้าแล้ว อัลกอริธึมขั้นสูงยังจำเป็นในการกำหนดพลังงานที่มีอยู่สำหรับการคำนวณระยะการล่องเรืออีกด้วย
งานนี้มุ่งเน้นไปที่ด้านฮาร์ดแวร์ของระบบการจัดการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ส่วนที่ 2 แนะนำข้อกำหนดด้านฮาร์ดแวร์สำหรับ BMS รวมถึงค่าการวัด การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า การแยกทางไฟฟ้า คอนแทคเตอร์ และความซ้ำซ้อน ส่วนที่ 3 จะให้ภาพรวมของโทโพโลยี BMS ชี้แจงความแตกต่างระหว่างการใช้งานแบบง่ายและซับซ้อน และให้ตัวอย่างของชุดแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า ส่วนที่ 4 อธิบายวิธีการปฏิบัติตามข้อกำหนดในการวัดมูลค่าทางกายภาพและข้อผิดพลาดทั่วไป ส่วนที่ 5 กล่าวถึงความสมดุล แนะนำ และเปรียบเทียบวิธีการปรับสมดุลค่าธรรมเนียม ส่วนที่ 6 มุ่งเน้นไปที่ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือ รวมถึงความเสี่ยงและมาตรการรับมือในการใช้งานชุดแบตเตอรี่ไฟฟ้าแรงสูง และแนะนำวิธีการวัดฉนวนและมาตรฐานที่เกี่ยวข้องโดยย่อ
2. ข้อกำหนดการออกแบบสำหรับระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS)
การออกแบบ BMS เป็นงานที่ซับซ้อนที่ต้องพิจารณาข้อกำหนดการใช้งานเฉพาะ สภาพแวดล้อมของระบบ และคุณลักษณะของแบตเตอรี่ที่ใช้ ซึ่งสามารถรับข้อกำหนดของระบบได้หลายชุด โดยทั่วไปแล้ว ส่วนประกอบ BMS และข้อกำหนดด้านการทำงานต่อไปนี้มักจะเกี่ยวข้องกัน:
การเก็บอุณหภูมิ
การเลือกและตำแหน่งของเซ็นเซอร์:การรวบรวมอุณหภูมิที่แม่นยำเป็นเรื่องยากเมื่อออกแบบ BMS และจำเป็นต้องพิจารณาประเภทของเซ็นเซอร์ (ดิจิทัลหรือแอนะล็อก) และตำแหน่งในการวัดอุณหภูมิของแบตเตอรี่ ซึ่งกำหนดจำนวนเซ็นเซอร์อุณหภูมิของแบตเตอรี่ บางครั้งจำเป็นต้องรวบรวมอุณหภูมิของคอนแทคเตอร์ ฟิวส์ หรือบัสบาร์ โดยปกติแล้ว จะมีสัดส่วนของช่องสัญญาณระหว่างเซ็นเซอร์อุณหภูมิและเซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้า
ข้อกำหนดด้านอุณหภูมิสำหรับสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน:ข้อกำหนดด้านอุณหภูมิจำเป็นต้องพิจารณาสามสถานการณ์: การชาร์จ การคายประจุ และการจัดเก็บ ในขณะเดียวกันก็ให้ความสนใจกับค่าคงที่ของเวลาระบายความร้อนด้วย แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไม่สามารถทำงานได้อย่างเหมาะสมนอกช่วงอุณหภูมิที่กำหนด และการชุบลิเธียมอาจเกิดขึ้นที่อัตรากระแสไฟฟ้าสูงภายในช่วงอุณหภูมิปกติ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องรวบรวมอุณหภูมิ แรงดัน และกระแสไฟฟ้าอย่างแม่นยำ ความจุความร้อนและการนำความร้อนของแบตเตอรี่ได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ เช่น โครงสร้างของแบตเตอรี่ และการวางตำแหน่งเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้เกิดการอ่านผิดและจุดบอดด้านความร้อน
การได้มาซึ่งแรงดันไฟฟ้า
ช่องทางการได้มาและความถูกต้อง:BMS แบบคลาสสิกที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนต้องมีช่องรับแรงดันไฟฟ้าอย่างน้อยหนึ่งช่องสำหรับแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อแต่ละซีรีส์ และการใช้งานในยานยนต์บางประเภทก็มีการป้องกันสำรองด้วย (ทำได้ผ่านตัวเปรียบเทียบหน้าต่างที่ตั้งโปรแกรมได้) อัตราการแปลงข้อมูลการรับแรงดันไฟฟ้าจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการใช้งาน และชิปส่วนหน้า BMS ที่ใช้กันทั่วไปจะมีความแม่นยำและความละเอียดของแรงดันไฟฟ้าที่แน่นอน
ผลกระทบต่อการประมาณค่า SOC:ยกตัวอย่างแบตเตอรี่ NMC และ LFP แสดงให้เห็นว่าความแม่นยำในการรับแรงดันไฟฟ้ามีผลกระทบอย่างมากต่อการประมาณค่า SOC ยิ่งมีความแม่นยำมากเท่าใด การประมาณค่า SOC ก็ยิ่งแม่นยำมากขึ้นเท่านั้น และการใช้เฉพาะข้อมูลแรงดันไฟฟ้าเพื่อระบุ SOC อาจไม่เพียงพอ
รูปที่ 1 การเปรียบเทียบความไม่แน่นอนของ SOC ขึ้นอยู่กับความแม่นยำของแรงดันไฟฟ้าที่ ± 1 mV
คอลเลกชันปัจจุบัน
วิธีการรวบรวมและคุณลักษณะของเซนเซอร์:SOC สามารถกำหนดได้ไม่เฉพาะโดยการวัดแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (OCV) เท่านั้น แต่ยังใช้วิธีการนับคูลอมบ์ด้วย (การวัดกระแสและการรวมเข้าด้วยกัน) อย่างไรก็ตาม เซ็นเซอร์ปัจจุบันมีลักษณะที่ไม่เหมาะ เช่น ข้อผิดพลาดดริฟท์ ออฟเซ็ต และอุณหภูมิ และอาจจำเป็นต้องตอบสนองข้อกำหนดช่วงการวัดที่แตกต่างกันและมีแบนด์วิธที่แน่นอน
ในการใช้งานจริง การใช้การนับคูลอมบ์เพียงอย่างเดียวเพื่อกำหนด SOC นั้นไม่ถูกต้อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะกระแสไฟต่ำ เพื่อแก้ปัญหานี้ คุณสามารถรวมอัลกอริธึมและโมเดลที่กำหนดพารามิเตอร์เพื่อประมวลผลข้อมูลปัจจุบันได้ แต่นี่อยู่นอกเหนือขอบเขตของบทความนี้
ข้อกำหนดด้านการสื่อสาร
การสื่อสารภายในระบบ:BMS จำเป็นต้องสื่อสารกับทั้งระบบ (เช่น อิเล็กทรอนิกส์กำลัง การจัดการพลังงาน หรือหน่วยควบคุมยานพาหนะ) โดยคำนึงถึงปัจจัยต่างๆ เช่น โหมดการสื่อสาร ความเร็ว ความทนทาน และความน่าเชื่อถือ ตัวอย่างเช่น อาจจำเป็นต้องมีอินเทอร์เฟซ CAN ในยานพาหนะสำหรับการสื่อสารของระบบ และแอปพลิเคชันที่แตกต่างกันอาจกำหนดข้อกำหนดการสื่อสารในระดับระบบแล้ว ซึ่ง BMS จำเป็นต้องปรับให้เข้ากับ
การสื่อสารระหว่างโมดูล:สำหรับระบบโมดูลาร์ จำเป็นต้องกำหนดวิธีการสื่อสารระหว่างโมดูลหลักและโมดูลรอง ซึ่งคล้ายกับข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับการสื่อสารระหว่างระบบ ตัวอย่างเฉพาะสามารถพบได้ในบทต่อ ๆ ไป
การป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI)
ผลกระทบของ EMI ต่อเซ็นเซอร์:EMI อาจส่งผลต่อการรวบรวมข้อมูลของเซ็นเซอร์ และเซ็นเซอร์ทั้งหมดอาจได้รับผลกระทบจากอิทธิพลของมัน ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการบิดเบือนเล็กน้อยหรือทำให้ข้อมูลไร้ประโยชน์โดยสิ้นเชิง
มาตรการลดผลกระทบจาก EMI:เพื่อลดผลกระทบ มอเตอร์ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์กำลัง และโหลดอื่นๆ ควรมีการออกแบบ EMI ที่ดี และอุปกรณ์กรอง EMI ที่เหมาะสม เช่น โช้คโหมดทั่วไปและตัวเก็บประจุบล็อกสามารถนำมาใช้ได้ และติดตั้งใกล้กับเส้นทางการวัดเซ็นเซอร์
ข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องกับคอนแทคเตอร์
ฟังก์ชั่นและข้อกำหนดของคอนแทคเตอร์:ชุดแบตเตอรี่ส่วนใหญ่ต้องมีความสามารถในการตัดการเชื่อมต่อไฟฟ้าอย่างน้อยหนึ่งอิเล็กโทรด ซึ่งต้องใช้คอนแทคเตอร์ที่เหมาะสม เนื่องจากลักษณะพิเศษของการหยุดชะงักของกระแสไฟตรงและการดับอาร์ก คอนแทคเตอร์จึงจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ดับอาร์กแม่เหล็ก และควรหลีกเลี่ยงการเชื่อมแบบสัมผัส
มาตรการปฏิบัติงานด้านความปลอดภัย:เพื่อความปลอดภัย ต้องใช้วงจรพิเศษ (เช่น หน่วยการชาร์จล่วงหน้าที่ประกอบด้วยคอนแทคเตอร์และตัวต้านทานที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม) ในระหว่างการทำงานของสวิตช์คอนแทคเตอร์ เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างปลายทั้งสองข้าง และหลีกเลี่ยงสถานการณ์ที่เป็นอันตราย
ข้อกำหนดด้านความซ้ำซ้อน
บทบาทของความซ้ำซ้อนในความน่าเชื่อถือของระบบ:ตามมาตรฐาน ISO 26262 ความซ้ำซ้อนสามารถปรับปรุงความน่าเชื่อถือของระบบได้ โดยทั่วไปแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะสังเกตได้ซ้ำซ้อนในระดับหนึ่ง โดยมีสองวิธี: การวัดที่แม่นยำโดยชิปหลักและข้อมูลไบนารีที่ได้รับจากชิปเสริม
แนวคิดเรื่องความซ้ำซ้อนในระดับที่สูงขึ้น:แนวคิดเรื่องความซ้ำซ้อนยังมีอยู่ในการประมวลผลระดับสูงกว่า เช่น การล็อกสเต็ป การแก้ไขข้อผิดพลาดของหน่วยความจำ และกลไกการทดสอบตัวเองใน CPU พิเศษ
ข้อกำหนดการแยกไฟฟ้า
การแยกก้อนแบตเตอรี่:โดยทั่วไปก้อนแบตเตอรี่จะแบ่งออกเป็นชิ้นส่วนไฟฟ้าแรงสูงและแรงดันต่ำ ซึ่งต้องมีการแยกทางไฟฟ้า และสามารถทำได้ด้วยวิธีทางออปติคอล อินดัคทีฟ หรือคาปาซิทีฟ
การแยกเซ็นเซอร์ความร้อน:เซ็นเซอร์ความร้อนทั้งหมดยังต้องแยกออกจากกันด้วยระบบไฟฟ้าเพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดของไฟฟ้าแรงสูงที่ส่งผลต่อชิ้นส่วนที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำ คล้ายกับแนวคิดของโครงร่างเครือข่าย IT การจ่ายพลังงาน
ข้อกำหนดด้านความสมดุล
ผลกระทบของความไม่สมดุลของประจุ:อาจมีความไม่สมดุลของประจุระหว่างแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม ซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของระบบ และโดยทั่วไปจำเป็นต้องรักษาระดับไว้ที่ระดับต่ำ
ข้อควรพิจารณาในการใช้งานพิเศษ:การใช้งานที่แตกต่างกันอาจมีข้อควรพิจารณาเป็นพิเศษ เช่น ข้อจำกัดด้านน้ำหนักหรือข้อกำหนดกระแสไฟชาร์จ ซึ่งอาจนำไปสู่การสร้างกระแสไฟสมดุล ส่วนที่ 5 จะแนะนำเพิ่มเติมเกี่ยวกับความจำเป็นและวิธีการดำเนินการของการปรับสมดุล
ข้อกำหนดอื่น ๆ
ข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องกับแอปพลิเคชัน:แอปพลิเคชันอาจมีข้อกำหนดอื่นๆ บางอย่าง เช่น พื้นที่ ต้นทุน ความแข็งแรงเชิงกลของฮาร์ดแวร์ น้ำหนัก และการใช้พลังงาน ซึ่งไม่ใช่จุดสำคัญของบทความนี้แต่จำเป็นต้องพิจารณา
3. โครงสร้างโทโพโลยีของ BMS
ภาพรวมโครงสร้างระบบแบตเตอรี่:เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดเฉพาะทางไฟฟ้าของระบบ แบตเตอรี่มักจะต้องรวมกันเป็นชุดแบตเตอรี่ที่มีโทโพโลยีการเชื่อมต่อหลายแบบ การเชื่อมต่อแบบอนุกรมสามารถบรรลุช่วงแรงดันไฟฟ้าเฉพาะและลดกระแส การเชื่อมต่อแบบขนานสามารถเพิ่มความจุได้ การใช้งานจริงมีหลายรูปแบบ เช่น การเชื่อมต่อแบบขนานของแบตเตอรี่ความจุขนาดเล็กเข้ากับโมดูลและการเชื่อมต่อแบบอนุกรม หรือการใช้แบตเตอรี่ความจุสูงโดยตรงในการเชื่อมต่อแบบอนุกรม โทโพโลยีที่แตกต่างกันมีผลกระทบต่อความซับซ้อนของ BMS ที่แตกต่างกัน เช่น ต้นทุนที่เพิ่มขึ้นในการตรวจสอบและการปรับสมดุลเมื่อเชื่อมต่อแบตเตอรี่หลายซีรีส์แบบขนาน
รูปที่ 2 แผนผังของโทโพโลยีชุดแบตเตอรี่ต่างๆ: (a) เซลล์เดียว; (ข) การต่อแบตเตอรี่สองก้อนแบบขนาน (ค) การต่ออนุกรมของแบตเตอรี่สามก้อน (ง) การต่อแบตเตอรี่แบบขนานสองชุดและแบตเตอรี่สามชุด (จ) การเชื่อมต่อแบบอนุกรมของโมดูลสามโมดูลที่ประกอบด้วยแบตเตอรี่สองก้อนขนานกัน
ตารางที่ 1. คุณลักษณะของตัวแปรทอพอโลยีแสดงในรูปที่ 2
ยกตัวอย่างเพื่อแสดงวิธีการเชื่อมต่อแบตเตอรี่และข้อกำหนดช่องการวัดแรงดันไฟฟ้า: ตัวอย่างเช่น การรวมกันของแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อซีรีส์ m และแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อแบบขนาน n ต้องใช้ช่องการวัดแรงดันไฟฟ้าจำนวนต่างกันสำหรับวิธีการเชื่อมต่อที่แตกต่างกัน
การอภิปรายกรณีพิเศษ:ในการใช้งานพิเศษบางอย่าง (เช่น ยานสำรวจดาวอังคารขององค์การอวกาศยุโรปและยานโรเซตตา) การตรวจสอบเซลล์เดี่ยวและการปรับสมดุลอาจไม่สามารถทำได้เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น ขนาด น้ำหนัก และการใช้พลังงาน แม้ว่าความคิดเห็นบางประการจะชี้ให้เห็นว่าการเลือกแบตเตอรี่จากชุดเดียวกันอย่างระมัดระวังสามารถละเว้นการตรวจสอบได้ แต่การวิจัยพบว่าแม้แต่แบตเตอรี่จากชุดเดียวกันก็อาจมีพฤติกรรมการเสื่อมสภาพที่แตกต่างกัน และการละเว้นการตรวจสอบก็อาจทำให้เกิดความเสี่ยงได้ อย่างไรก็ตาม สำหรับระบบขนาดเล็กและแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ภายในช่วงที่กำหนด ผลกระทบของการละเว้นการตรวจสอบอาจมีค่อนข้างน้อย
วงจรรวม (IC) ที่เกี่ยวข้อง
IC พร้อมฟังก์ชันการตรวจสอบพื้นฐาน:เพื่อให้บรรลุฟังก์ชันการตรวจสอบพื้นฐานของการทำงานที่ปลอดภัยของแบตเตอรี่ ผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์จึงจัดหาวงจรรวมเฉพาะการใช้งาน (ASIC) ที่หลากหลาย สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กที่มีเซลล์เดี่ยว จะมี IC "เกจเชื้อเพลิง" ที่สามารถตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า กระแส และอุณหภูมิ ประมาณการ SOC และยังอาจรวมถึงฟังก์ชันต่างๆ เช่น อุปกรณ์ควบคุมการชาร์จ ตัวอย่างเช่น "bq27220" ของ TI และไอซีที่เกี่ยวข้องกับ Maxim
IC สำหรับระบบพลังงานสูงและความต้องการพลังงานสูง
การทำให้เป็นโมดูลและการจัดสรรฟังก์ชัน:สำหรับการใช้งานที่มีความต้องการพลังงานสูงและ/หรือพลังงานสูง ชุดแบตเตอรี่จะประกอบด้วยแบตเตอรี่หลายก้อน และ IC ที่เกี่ยวข้องสามารถตรวจสอบแบตเตอรี่หลายก้อนพร้อมกันและให้ฟังก์ชันการทำงานที่สมดุล มีโมดูลส่วนกลาง (BMS Master) ในระบบที่รับผิดชอบฟังก์ชันที่ซับซ้อน เช่น การประมาณค่า SOC และอัลกอริธึมการทำนายพลังงาน โมดูล IC ส่วนหน้า (BMS Slaves) มีหน้าที่รับผิดชอบฟังก์ชันพื้นฐาน เช่น การรับและการกรองสัญญาณ
รูปที่ 3 โครงสร้าง BMS โดยทั่วไปสำหรับการใช้งานรถยนต์ไฟฟ้า
ตัวอย่าง IC ต่างๆ และวิธีการปรับสมดุล:ตัวอย่างเช่น bq76PL536A, MAX11068 และ LT6802G-2 ของ TI จัดให้มีการปรับสมดุลแบบพาสซีฟ ในขณะที่ AS8506C ของ AMS สามารถใช้สำหรับโทโพโลยีการปรับสมดุลแบบพาสซีฟ และยังให้ความสามารถในการปรับสมดุลแบบแอคทีฟอีกด้วย ไอซีบางตัวมีผลิตภัณฑ์ที่สืบทอดกัน และเพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือในการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า จึงสามารถใช้ไอซีป้องกันทุติยภูมิได้ แม้ว่า BMS ที่ซ้ำซ้อนอย่างสมบูรณ์จะสามารถปรับปรุงความน่าเชื่อถือได้ แต่ก็มีต้นทุนที่สูง
การสื่อสารและการส่งข้อมูล
วิธีการเชื่อมต่อ IC ส่วนหน้า:โดยปกติแล้ว Front End IC สามารถเชื่อมต่อผ่านสายโซ่เดซี่ และ IC ที่ต่างกันก็มีวิธีการอินเทอร์เฟซที่แตกต่างกัน MAX11068 เชื่อมต่อผ่านพอร์ต I2C, bq76PL536A ของ TI มีหลายอินเทอร์เฟซ และ LT6802G-2 เชื่อมต่อผ่านบัส SPI (ต้องมีตัวแยกสัญญาณดิจิทัลเพิ่มเติม)
วิธีการสื่อสารของระบบ:ในระบบ ไมโครคอนโทรลเลอร์ราคาประหยัดมักจะใช้ในการเชื่อมต่อไอซีบน PCB เดียวกัน และโมดูลบน PCB อื่นๆ และโมดูลหลัก BMS จะเชื่อมต่อผ่านฟิลด์บัส (เช่น CAN)
กรณีที่เกิดขึ้นจริง
มิตซูบิชิ ไอ-มิฟ:แบตเตอรี่ประกอบด้วยโมดูลหลายโมดูลที่เชื่อมต่อกันด้วยสกรู โดยมีแบตเตอรี่แบบแท่งปริซึม 88 ก้อน PCB บนโมดูลประกอบด้วยไอซีตรวจสอบและเซ็นเซอร์อุณหภูมิ และตัวเรือนชุดแบตเตอรี่ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายชิ้น โมดูลหลัก BMS ตั้งอยู่ใต้เบาะหลังของรถ และสื่อสารผ่าน CAN บัสภายใน เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่อื่นๆ พื้นที่ภายในของแบตเตอรี่นั้นกว้างขวางกว่า ซึ่งอาจเป็นผลข้างเคียงจากการระบายความร้อนด้วยอากาศ
รูปที่ 4 (a) ชุดแบตเตอรี่ Mitsubishi i-MiEV; (b) ชุดแบตเตอรี่ Volkswagen e-Up; (c) ชุดแบตเตอรี่สำหรับไดรฟ์ไฟฟ้า Smart fortwo หมายเหตุ: วิธีการปรับขนาดจะแตกต่างกัน
รูปที่ 5. (a) มุมมองด้านบนของโมดูลแบตเตอรี่ Tesla Model S; (b) โมดูลแบตเตอรี่ Volkswagen e-Up, โมดูล 6s2p, มุมมองด้านบน
สมาร์ท ฟอร์ทู อิเล็คทริค อิดิชั่น:แบตเตอรี่ประกอบด้วยแบตเตอรี่กระเป๋าที่เชื่อมต่อซีรีส์ 90 พร้อมระบบระบายความร้อน และงานการตรวจสอบขั้นพื้นฐานเสร็จสิ้นโดย IC ของ TI ซึ่งคล้ายกับ bq76PL536A PCB แต่ละตัวมีไอซีและไมโครคอนโทรลเลอร์ตรวจสอบหลายตัว และโมดูลหลัก BMS อยู่ภายในกล่องแบตเตอรี่ โดยมีการผสานรวมสูงและสายเคเบิลไม่กี่เส้น
โฟล์คสวาเก้น e-Up:แบตเตอรี่ประกอบด้วยโมดูลหลายซีรีส์ ไม่มีระบบทำความเย็นหรืออุปกรณ์ตัดการเชื่อมต่อบริการ โมดูล BMS แบบรวมศูนย์ เชื่อมต่อกับแบตเตอรี่และ IC การวัด (MAX11068) ผ่านสายวัดแรงดันไฟฟ้าจำนวนมาก พร้อมด้วยตัวต้านทานที่สมดุลจำนวนมากและไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ไม่มีการแปลง สัญญาณ
เทสลารุ่น S:แบตเตอรี่ประกอบด้วยแบตเตอรี่ 18650 จำนวนมาก แบ่งออกเป็นหลายโมดูล เชื่อมต่อกันด้วยสายบอนด์ BMS ได้รับการตรวจสอบโดยใช้ bq76PL536A-Q1 ของ TI และวัดแรงดันไฟฟ้าผ่านสายเชื่อม เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่อื่นๆ ระดับการบูรณาการจะแตกต่างกัน เช่น ระดับการบูรณาการที่ต่ำของ Volkswagen e-Up และระดับการบูรณาการที่สูงของ Smart Fortwo
4. ภาพรวมของเทคโนโลยีการวัดระบบแบตเตอรี่ HV
ความสำคัญของเทคโนโลยีการวัด:เทคโนโลยีการวัดเป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบการจัดการแบตเตอรี่ ซึ่งสามารถกำหนดตัวแปรสถานะ เช่น SOC, SOH, SOF เป็นต้น โดยมักจะวัดตัวแปรต่างๆ เช่น แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้าทั้งหมด กระแสรวม และอุณหภูมิของระบบแบตเตอรี่ ตัวแปรสถานะเหล่านี้สามารถป้องกันระบบแบตเตอรี่จากความเสียหาย เช่น การชาร์จไฟเกินหรือการคายประจุเกิน และเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานระบบแบตเตอรี่
ข้อกำหนดเซ็นเซอร์:กำหนดข้อกำหนดทั่วไปสำหรับเซ็นเซอร์ตามการใช้งานการจัดเก็บแบตเตอรี่ รวมถึงต้นทุน แบนด์วิดท์ ความแม่นยำ ช่วงการวัด และขนาด ตามรายละเอียดในส่วนที่ 2
การวัดปัจจุบัน
การจำแนกวิธีการวัด:อุปกรณ์รวบรวมในปัจจุบันแบ่งออกเป็นเทคโนโลยีเซ็นเซอร์พื้นฐานสองประเภท: การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าและการแยก การตรวจจับกระแสตัวต้านทานแบบแบ่งที่ใช้กันทั่วไปเป็นของประเภทการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า และเซ็นเซอร์ฮอลล์เป็นตัวอย่างของประเภทแยก
นอกจากเทคโนโลยีเซ็นเซอร์แล้ว ยังต้องพิจารณาตำแหน่งในชุดแบตเตอรี่ด้วย สำหรับระบบแบตเตอรี่ที่มีสายสลับหลายสาย แต่ละสายควรติดตั้งอุปกรณ์ตรวจสอบปัจจุบันเพื่อติดตามความไม่สมดุลของพลังงาน
การวัดความต้านทานแบบสับเปลี่ยน
หลักการวัดและลักษณะเฉพาะ:ด้วยการรวมความต้านทานต่ำ ความต้านทานที่มีความแม่นยำสูง และระบบการวัดแรงดันไฟฟ้าที่มีความแม่นยำสูง จึงสามารถวัดกระแสได้ ความต้านทานตั้งอยู่บนเส้นทางปัจจุบัน และการสูญเสียพลังงานและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเกิดขึ้นเมื่อกระแสไหลผ่าน เมื่อเลือกตัวต้านทาน จำเป็นต้องปรับสมดุลการสูญเสียและจำเป็นต้องสร้างแรงดันตกคร่อมที่เหมาะสม เมื่อทำการวัดด้วยความแม่นยำสูง ควรพิจารณาค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิและความเสถียรในระยะยาวของตัวต้านทานด้วย
วิธีนี้สามารถใช้ในการวัดกระแส DC และ AC และมีข้อดีคือ ความเรียบง่าย ความเป็นเส้นตรง และแบนด์วิธสูง อย่างไรก็ตาม ช่วงการวัดถูกจำกัดด้วยความแม่นยำของการวัดแรงดันไฟฟ้า
การเปรียบเทียบการวัดด้านต่ำและด้านสูง
การวัดด้านต่ำหมายถึงตัวต้านทานที่อยู่ระหว่างขั้วบวกของแบตเตอรี่กับโหลด ข้อได้เปรียบของมันคือแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปอินพุตต่ำและสามารถใช้แอมพลิฟายเออร์การรับรู้กระแสไฟฟ้าจำนวนมากได้ วงจรนี้เรียบง่ายและคุ้มค่า แต่จะรบกวนเส้นทางกราวด์และไม่สามารถตรวจจับบายพาสกระแสโหลดสูงได้
การวัดด้านสูงหมายถึงตัวต้านทานที่วางอยู่ระหว่างโหลดกับขั้วลบหรือกราวด์ของแบตเตอรี่ ข้อได้เปรียบของมันคือสามารถหลีกเลี่ยงการรบกวนเส้นทางกราวด์และตรวจจับการลัดวงจรได้ แต่ต้องมีการแปลงระดับของเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ และต้องการให้แอมพลิฟายเออร์ทนต่อแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปสูง
เซ็นเซอร์สัมผัสกระแสน้อย (เซ็นเซอร์ฮอลล์ ฯลฯ )
หลักการวัดและข้อดี:การใช้สนามแม่เหล็กที่สร้างโดยกระแสไฟฟ้าสำหรับการวัด เช่น เซ็นเซอร์ฮอลล์ที่ยึดตามเอฟเฟกต์ฮอลล์ โดยไม่เพิ่มความต้านทานของเส้นทางกระแส โดยไม่มีการสูญเสียการนำไฟฟ้าเพิ่มเติม พร้อมข้อดีการแยกทางไฟฟ้า และไม่จำเป็นต้องใช้ออปโตคัปเปลอร์หรือฉนวนดิจิทัลเพิ่มเติมสำหรับการปรับสภาพสัญญาณ
คุณสามารถซื้อเซ็นเซอร์ฮอลล์เป็นวงจรรวมโดยวางไว้บนเส้นทางปัจจุบันและจำเป็นต้องกรองเอาต์พุต นอกจากนี้ยังมีโมดูลที่สมบูรณ์ให้ใช้งาน ซึ่งประกอบด้วยวงแหวนเฟอร์ไรต์ที่มีเซ็นเซอร์ Hall และสามารถให้การแยกทางไฟฟ้าได้
ลักษณะและข้อจำกัดของเซนเซอร์:ข้อเสียเปรียบหลักคือแบนด์วิธที่จำกัด ซึ่งโดยปกติจะไม่เกินสิบกิโลเฮิรตซ์ และการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในสัญญาณเอาท์พุตซึ่งจำเป็นต้องได้รับการชดเชย หากระบบแบตเตอรี่ต้องการแบนด์วิธที่สูงกว่า ควรใช้การวัดความต้านทานแบบแบ่ง และเซ็นเซอร์ Hall มีราคาแพงและเทอะทะ
การวัดแรงดันไฟฟ้า
ความแตกต่างของการวัดแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่:ในชุดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน จำเป็นต้องแยกแยะระหว่างการวัดแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่แต่ละก้อนและแรงดันไฟฟ้ารวมของชุดแบตเตอรี่ ช่วงแรงดันไฟฟ้าของทั้งสองมีความแตกต่างกัน และผลรวมของแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ทั้งหมดควรเท่ากับแรงดันไฟฟ้าทั้งหมด ซึ่งสามารถใช้เป็นเกณฑ์ในการตัดสินอย่างมีเหตุผล
การวัดแรงดันแบตเตอรี่:มักจะเสร็จสมบูรณ์โดยชิปส่วนหน้า BMS ในตัว จำนวนแบตเตอรี่ที่สามารถเชื่อมต่อกับชิปในท้องตลาดจะแตกต่างกันไป และความซ้ำซ้อนและความน่าเชื่อถือของระบบยังสามารถปรับปรุงได้ผ่านไอซีควบคุมรอง
การวัดแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่:เสร็จสมบูรณ์โดยหน่วยการวัดที่แยกต่างหาก รวมถึงตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า ตัวแปลงอิมพีแดนซ์ ตัวกรอง และตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าใช้เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าของชุดแบตเตอรี่ให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสม ซึ่งอาจต้องใช้ตัวต้านทานหลายตัวเพื่อความปลอดภัย รวมถึงซีเนอร์ไดโอดเพื่อป้องกันวงจรที่ตามมา ในเวลาเดียวกัน ตัวแปลงอิมพีแดนซ์ ฟิลเตอร์ และ ADC จะถูกนำมาใช้เพื่อรับแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้
การวัดอุณหภูมิ
ประเภทและหลักการทั่วไปของเซ็นเซอร์อุณหภูมิ:เซ็นเซอร์อุณหภูมิทั่วไปประกอบด้วยประเภทค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงลบ (NTC) และค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวก (PTC) ซึ่งวัดอุณหภูมิโดยการวัดแรงดันไฟฟ้าตกภายใต้กระแสคงที่ ความต้านทานจะแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิและสามารถใช้ได้ในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด แต่มีปัญหาที่ไม่เป็นเชิงเส้น
ปัญหาและแนวทางแก้ไขในการใช้เซ็นเซอร์:เนื่องจากความไม่เชิงเส้น จึงจำเป็นต้องมีตารางค้นหาในห่วงโซ่การประมวลผลดิจิทัลเพื่อปรับเทียบการคำนวณอุณหภูมิ นอกจากนี้ยังมีเซ็นเซอร์บางตัวที่ใช้อินเทอร์เฟซดิจิทัลที่สะดวกกว่าในการใช้งาน แต่ควรสังเกตปัญหา EMI เมื่อวางไว้ใกล้เส้นทางพลังงานสูงในชุดแบตเตอรี่ วิธีการวัดอื่นๆ เช่น โลหะ PTC และเทอร์โมคัปเปิล สามารถให้ความแม่นยำที่สูงกว่าและช่วงอุณหภูมิที่กว้างขึ้น แต่มีความซับซ้อนทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สูงกว่า
การส่งข้อมูล
ลักษณะและสถานการณ์การใช้งานของบัสสื่อสารต่างๆ:จำเป็นต้องมีการสื่อสารระหว่างโมดูล BMS และระหว่าง BMS กับทั้งระบบ CAN บัสมักใช้ในสภาพแวดล้อมของยานพาหนะ โดยมีความยืดหยุ่นและต้านทานสัญญาณรบกวน LIN บัสค่อนข้างเรียบง่ายแต่มีความเร็วช้า มีความยืดหยุ่นต่ำ และไม่มีความแตกต่าง ทำให้เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่มีความต้องการต้นทุนสูง อินเทอร์เฟซการสื่อสารระยะสั้นอื่นๆ เช่น SPI, I2C และบัส OneWire ไม่เหมาะสำหรับโมดูลระยะไกลและมีแนวโน้มที่จะถูกรบกวนในการสื่อสารโมดูล หากความเร็ว CAN บัสไม่เพียงพอหรือจำเป็นต้องมีความสามารถในการกำหนดแบบเรียลไทม์ สามารถใช้บัส FlexRay หรืออีเทอร์เน็ตได้
5. ความสมดุลของแบตเตอรี่
สาเหตุของความแตกต่างใน SOC ของแบตเตอรี่:ในแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม ความแตกต่างในการผลิตและสภาวะการทำงานและสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน (เช่น อุณหภูมิ) อาจทำให้เกิดความไม่สมดุลระหว่างแบตเตอรี่ได้ ปัจจัยเหล่านี้อาจทำให้เกิดสภาวะเริ่มต้น อายุ และอัตราการคายประจุเองที่แตกต่างกัน ซึ่งนำไปสู่การเบี่ยงเบนในค่า SOC ความจุ และความต้านทาน เนื้อหาในส่วนนี้จะเน้นไปที่ความแตกต่างใน SOC และความจุเป็นหลัก และไม่เกี่ยวข้องกับความแตกต่างในด้านความต้านทานภายใน การวิจัยพบว่าแม้แต่แบตเตอรี่ที่มีความจุเริ่มต้นและโหลดเท่ากันก็ยังประสบกับความจุที่แตกต่างกันหลังการใช้งาน ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ 18650 ที่มีความจุเริ่มต้นเท่ากัน โดยมีความจุคงเหลือ 80% เป็นมาตรฐานเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน จะมีอายุการใช้งานของวงจรระหว่าง 1000-1500 ครั้ง ในเวลาเดียวกัน อัตราการคายประจุเองของแบตเตอรี่ที่แตกต่างกันมีความแตกต่างกัน เช่น แบตเตอรี่แพ็คอ่อนเชิงพาณิชย์ที่เก็บไว้ที่อุณหภูมิ 40 องศา C ซึ่งความต้านทานการคายประจุเองจะแตกต่างกันไประหว่าง 10k Ω และ 14k Ω
รูปที่ 6 (a) สาเหตุของเซลล์แบตเตอรี่ที่ไม่สมดุล ตัวเลขอ้างอิงจาก [57]; (b) การจำแนกประเภทของวิธีสมดุลที่แตกต่างกันหมายถึงทิศทางของการถ่ายโอนพลังงานตามชื่อของวิธีการไม่สลายที่แสดงไว้
ความจำเป็นของความสมดุล:ความแตกต่างของ SOC ความจุ และความต้านทานภายในอาจทำให้พลังงานที่มีอยู่ของก้อนแบตเตอรี่ลดลง ซึ่งสามารถแก้ไขได้ผ่านวงจรสมดุล
ภาพรวมของวิธีการปรับสมดุล
การใช้งานฮาร์ดแวร์:เอกสารนี้จะอธิบายวิธีการใช้งานฮาร์ดแวร์ต่างๆ สำหรับการปรับสมดุลวงจร ซึ่งสามารถจำแนกออกเป็นโครงสร้างโทโพโลยีที่แตกต่างกัน วิธีการควบคุม (เช่น แอคทีฟ/พาสซีฟ) หรือความพร้อมใช้งานเชิงพาณิชย์
วิธีการปรับสมดุลในการใช้งานเชิงพาณิชย์:ชุดแบตเตอรี่เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ใช้ระบบสมดุลแบบพาสซีฟที่มีการควบคุม ซึ่งทำได้โดยตัวต้านทานการปรับสมดุลแบบขนานที่ปลายทั้งสองด้านของแบตเตอรี่ วิธีนี้สามารถแก้ปัญหาความแปรผันของ SOC ได้ด้วยกระแสไฟสมดุลเล็กน้อย (ประมาณ 100 mA) และความจุของแบตเตอรี่ไม่มีการเปลี่ยนแปลง ซึ่งอาจถูกจำกัดโดยการกระจายพลังงานของ BMS หรือเส้นผ่านศูนย์กลางของสายเคเบิลระหว่างแบตเตอรี่และวงจรตรวจสอบ แบตเตอรี่หรือแบตเตอรี่แต่ละชุดที่ขนานกันมีตัวต้านทานปรับสมดุลแบบสลับได้ที่มีค่าความต้านทานระหว่าง 30 Ω -40 Ω (สมมติว่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่อยู่ที่ 4.2V) และแบตเตอรี่แต่ละก้อนจะใช้พลังงานระหว่าง 387 mW -430 mW
วิธีการแก้ไขปัญหาความจุต่างๆ:เพื่อแก้ปัญหาความจุที่แตกต่างกัน จำเป็นต้องใช้วิธีการที่ซับซ้อนมากขึ้นในการกระจายพลังงานระหว่างแบตเตอรี่โดยใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลัง อย่างไรก็ตาม วิธีการเหล่านี้จำเป็นต้องใช้อัลกอริธึมการควบคุมที่ซับซ้อนและตัวเหนี่ยวนำที่มีราคาแพง แม้ว่าจะมีผลิตภัณฑ์ BMS IC ที่เกี่ยวข้อง แต่ก็ยังไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายในชุดแบตเตอรี่รถยนต์เชิงพาณิชย์
6. ความปลอดภัยความน่าเชื่อถือ
เป้าหมายโดยรวมของการลดความเสี่ยง:วัตถุประสงค์หลักประการหนึ่งของ BMS คือการลดความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในชุดแบตเตอรี่
รูปที่ 7 แบบจำลองวงจรสมมูลของส่วนหน้าการรับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการตรวจจับความผิดปกติของสายการตรวจจับ
มาตรการความปลอดภัยเฉพาะ
ความปลอดภัยไฟฟ้าแรงสูง:รับประกันความปลอดภัยของแรงดันไฟฟ้าสูงของชุดแบตเตอรี่ผ่านการตรวจสอบฉนวนและวงจรประสาน ซึ่งสามารถลดความเสี่ยงของการเกิดประกายไฟที่เกิดจากมลพิษหรือการควบแน่น ในเวลาเดียวกัน การออกแบบฮาร์ดแวร์ BMS ควรเป็นไปตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้องเพื่อให้แน่ใจว่าระยะห่างตามผิวฉนวนและระยะห่างทางไฟฟ้าของ PCB และตัวเชื่อมต่อ
การแยกไฟฟ้า:เพื่อให้แน่ใจว่ามีการแยกทางไฟฟ้าจากแรงดันไฟฟ้าแบตเตอรี่สูงที่อินเทอร์เฟซกับชุดควบคุมอื่นๆ หรือแหล่งพลังงานเสริม สามารถใช้อุปกรณ์แยกที่ตรงตามมาตรฐาน "การแยกขั้นสูง" ได้ ออปโตคัปเปลอร์แบบดั้งเดิมถูกนำมาใช้ แต่ตอนนี้ "ตัวแยกสัญญาณดิจิทัล" มีประสิทธิภาพ IC ที่ดีขึ้น
มาตรการป้องกันอัคคีภัย:วางเซ็นเซอร์อุณหภูมิไว้ในก้อนแบตเตอรี่และตอบสนองต่ออุณหภูมิวิกฤติ วิธีการตรวจจับอุณหภูมิที่ไม่ใช้เซ็นเซอร์ (เช่น สเปกโทรสโกปีอิมพีแดนซ์อิมพีแดนซ์เคมีไฟฟ้า) และวิธีการวัดอุณหภูมิแบบใหม่ก็สามารถนำมาใช้เพื่อลดความเสี่ยงในการเกิดเพลิงไหม้ได้
คอนแทคเตอร์และฟิวส์:ใช้คอนแทคเตอร์เพื่อถอดชุดแบตเตอรี่ออกจากระบบ ขณะประสานงานกับฟิวส์ พิจารณาลักษณะการทำงานของทั้งสองอย่างและผลกระทบของความจุและการเหนี่ยวนำปรสิตภายในก้อนแบตเตอรี่ต่อการเลือกฟิวส์
ความปลอดภัยภายในของแบตเตอรี่:BMS ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าแบตเตอรี่ได้รับการชาร์จภายในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด โดยหลีกเลี่ยงการชุบลิเธียมที่อุณหภูมิต่ำและการคายประจุลึกก่อนใช้งาน ในเวลาเดียวกัน สามารถใช้อัลกอริธึมการวินิจฉัยเพื่อตรวจจับการลัดวงจรภายในได้
รูปที่ 8 การวัดฉนวน: (a) ฉนวนในการเชื่อมต่อด้าน IT; (b) แผนผังการวัดฉนวน
ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบฮาร์ดแวร์ BMS
การตรวจจับข้อผิดพลาดของเซ็นเซอร์:ด้วยความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นของการใช้งานฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ BMS โอกาสที่จะเกิดข้อผิดพลาดของซอฟต์แวร์และเซ็นเซอร์ล้มเหลวก็เพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น ความผิดปกติของสายเคเบิลในการตรวจจับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ไม่สามารถตรวจพบได้ง่ายผ่านการวัดแรงดันไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว แต่สามารถตรวจพบได้ผ่านระบบปรับสมดุลแบตเตอรี่หรือวงจรแหล่งกำเนิดกระแส
การตรวจสอบความถูกต้องของเซ็นเซอร์:ข้อผิดพลาดอื่นๆ เช่น ข้อบกพร่องของเซ็นเซอร์สามารถตรวจพบได้ผ่านอัลกอริธึมการวินิจฉัย และสามารถตรวจสอบความถูกต้องของสัญญาณเซ็นเซอร์ได้โดยใช้พฤติกรรมทางไฟฟ้าของแบตเตอรี่
การวัดฉนวน
ความสำคัญและโครงสร้างระบบของการวัดฉนวน:ระบบไฟฟ้าแรงสูงของยานพาหนะไฟฟ้าหรือไฟฟ้าบางส่วนมักจะสร้างเป็นเครือข่ายไอทีและจำเป็นต้องตรวจจับข้อผิดพลาดแรก เมื่อวัดความต้านทานของฉนวน จำเป็นต้องพิจารณาคุณลักษณะด้านความจุและความต้านทานของระบบ เนื่องจากความจุไฟฟ้าอาจรบกวนการวัดได้
วิธีการวัดทั่วไป:วิธีการทั่วไปได้แก่ การวัดกระแสโหมดร่วมโดยใช้ลูปคอยล์ และการคำนวณความต้านทานของฉนวนโดยการเปลี่ยนศักย์ไฟฟ้าระหว่างระบบและแชสซีผ่านสวิตช์และตัวต้านทาน นอกจากนี้ยังมีการแนะนำวิธีการอื่นที่ง่ายกว่าหรือซับซ้อนกว่าด้วย
มาตรฐานการวัดฉนวน:การวัดฉนวนมีข้อกำหนดมาตรฐานที่เกี่ยวข้องสำหรับวิธีการวัดและข้อกำหนดความต้านทานฉนวนขั้นต่ำ มาตรฐานที่ต่างกันมีวิธีการวัด ค่าความต้านทาน และเวลาในการวัดที่แตกต่างกัน
7. สรุป
ข้อกำหนดทั่วไปและข้อควรพิจารณาในการออกแบบ:บทความนี้จะแนะนำแนวคิดทั่วไปของฮาร์ดแวร์ BMS โดยเริ่มจากข้อกำหนดทั่วไปและข้อควรพิจารณาในการนำไปปฏิบัติ กระบวนการออกแบบควรมีพารามิเตอร์ให้ได้มากที่สุด แต่ควรกำหนดข้อกำหนดตามความต้องการของอุปกรณ์เป้าหมาย ข้อกำหนดของการใช้งานที่แตกต่างกันแตกต่างกันอย่างมาก และข้อกำหนดเหล่านี้เป็นจุดเริ่มต้นที่ดีสำหรับการพิจารณาการออกแบบชุดแบตเตอรี่
โทโพโลยี BMS:โครงสร้างระบบแบตเตอรี่ส่งผลต่อโทโพโลยี BMS และแอปพลิเคชันบางตัวใช้วิธีการตรวจสอบพิเศษเพื่อลดน้ำหนักหรือความซับซ้อน เช่น แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าเชิงพาณิชย์สี่ก้อนที่เปรียบเทียบในส่วนที่ 3.3 ซึ่งมีความเหมือนกันบางประการเนื่องจากการใช้งานที่คล้ายกัน (เช่น การใช้การสื่อสาร CAN ) แต่แตกต่างกันในด้านบูรณาการและการสื่อสารภายใน
การวัดค่าทางกายภาพ:ส่วนที่ 4 ให้ข้อมูลเบื้องต้นโดยละเอียดเกี่ยวกับวิธีการรวบรวมและส่งผ่านค่าทางกายภาพที่ต้องการ ข้อกำหนดในการวัดที่แตกต่างกันจำเป็นต้องเลือกวิธีการที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับข้อจำกัดและความต้องการของการใช้งาน
ปัญหายอดเงินคงเหลือ:ส่วนที่ 5 อธิบายเหตุผลและวิธีการชดเชยสำหรับความไม่สมดุลของประจุในแบตเตอรี่ซีรีส์ โดยปัจจุบันความสมดุลแบบพาสซีฟเป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุด
ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือ:ส่วนที่ 6 จะให้ภาพรวมด้านความปลอดภัย รวมถึงการปฏิบัติตามช่วงการทำงานของแบตเตอรี่เพื่อให้มั่นใจถึงอายุการใช้งานและปกป้องผู้ใช้จากอันตรายจากไฟฟ้าแรงสูง โดยแนะนำวิธีการมาตรฐานสำหรับการตรวจสอบฉนวนและกล่าวถึงความจำเป็นในการพิจารณาความเสี่ยงระดับระบบเมื่อปกป้องแบตเตอรี่