Trong các ứng dụng ô tô hiện đại, hệ thống quản lý pin (BMS) là thiết yếu, đặc biệt là đối với xe điện và xe hybrid (HEV). Là bộ não đằng sau hoạt động của pin, BMS đảm bảo pin hoạt động an toàn, lành mạnh và ở trạng thái tốt nhất. Phần này mô tả các yếu tố thiết yếu của BMS và làm sáng tỏ chức năng và tầm quan trọng của nó trong các hệ thống ô tô.
Vì pin là nền tảng của phương tiện di chuyển bằng điện nên không thể không nhấn mạnh tầm quan trọng của BMS trong bối cảnh hệ thống ô tô hiện đại.
Một số thành phần được liên kết, mỗi thành phần có chức năng riêng biệt tạo nên một BMS điển hình. Các thành phần chính bao gồm:
Hệ thống quản lý pin là những bánh răng quan trọng trong bộ máy phức tạp của các hệ thống ô tô hiện đại, đặc biệt là trong các phương tiện chạy bằng điện. Thông qua việc giám sát, kiểm soát, bảo vệ, cân bằng và giao tiếp chặt chẽ, BMS đảm bảo rằng pin không chỉ hoạt động tốt nhất mà còn hoạt động theo cách an toàn, hiệu quả và bền vững. Sự kết hợp phức tạp của các thành phần của nó tượng trưng cho một công nghệ mạnh mẽ hỗ trợ tầm nhìn rộng hơn về khả năng di chuyển sạch và thông minh. Những tiến bộ trong tương lai của BMS có thể sẽ tiếp tục đóng vai trò then chốt khi ngành công nghiệp ô tô phát triển theo hướng các giải pháp điện khí hóa và tự động hóa hơn.
Hệ thống quản lý pin (BMS) chủ yếu dựa vào việc giám sát và quản lý các đặc tính khác nhau của pin. Nó đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của pin, kéo dài tuổi thọ pin và cải thiện hiệu suất chung của xe. Phần này đi sâu vào các số liệu thiết yếu mà BMS giám sát và kiểm soát, chẳng hạn như trạng thái sạc (State of Charge – SOC), trạng thái sức khỏe (State-of-health – SOH), điện áp, dòng điện, nhiệt độ và các quy trình sạc và xả.
Trạng thái sạc hiện tại (SOC) của pin được thể hiện dưới dạng phần trăm dung lượng danh nghĩa của pin. Ước tính SOC chính xác rất quan trọng để đạt được hiệu suất tối ưu vì nó cho người lái xe biết về lượng năng lượng hiện có, cho phép đưa ra các lựa chọn như thời điểm sạc.
Trạng thái sức khỏe (SOH) của pin cho biết tình trạng tổng thể của pin so với trạng thái mới. Ước tính SOH đòi hỏi các thuật toán phức tạp tính đến nhiều thông số như chu kỳ sạc/xả, lịch sử nhiệt độ và tác động lão hóa.
Giám sát điện áp và dòng điện giữa các cell pin và cụm pin là rất quan trọng đối với hiệu suất và sự an toàn.
Nhiệt độ của bộ pin có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất, độ an toàn và tuổi thọ.
Khả năng quản lý quá trình sạc và xả rất quan trọng đối với hiệu suất và tuổi thọ của pin.
Giám sát và quản lý các đặc tính của pin bên trong BMS là một nghệ thuật và khoa học kết hợp sự phức tạp về công nghệ với các mối quan tâm thực tế. BMS duy trì sự cân bằng hài hòa giữa an toàn, hiệu suất và hiệu quả thông qua việc quan sát liên tục, ước tính chính xác và kiểm soát thông minh. BMS hoạt động như một người điều phối một bản giao hưởng được điều chỉnh tinh tế, cho dù là đánh giá trạng thái tức thời thông qua SOC, đánh giá tình trạng tổng thể thông qua SOH, kiểm soát các thông số quan trọng như điện áp, dòng điện và nhiệt độ hay xử lý điệu nhảy phức tạp của việc sạc và xả. Công nghệ cảm biến, phân tích dữ liệu và các tiến bộ của thuật toán thích ứng đang tiếp tục tinh chỉnh quá trình điều phối này, hứa hẹn khả năng quản lý pin sắc thái và phản hồi hơn nữa trong tương lai của các hệ thống xe.
Các phương pháp bảo vệ là cần thiết trong Hệ thống quản lý pin (BMS) để duy trì sự an toàn, độ tin cậy và tuổi thọ của hệ thống pin. Các biện pháp bảo vệ này giúp pin không hoạt động trong những tình huống có thể gây ra hư hỏng không thể phục hồi, mất hiệu suất hoặc các vấn đề về an toàn. Các trạng thái quá tải và xả quá mức, cũng như các tình huống ngắn mạch và nhiệt, là hai vấn đề chính cần được quan tâm. Phần này sẽ đề cập đến các tính năng quan trọng này của bảo vệ pin.
Những biện pháp bảo vệ này giúp pin không bị sạc hoặc cạn kiệt vượt quá giới hạn an toàn. Ví dụ, trong trường hợp pin Lithium-ion, điện áp cell tối đa được phép là 4,1-4,2V. Điện áp cell tối thiểu được phép nằm trong khoảng từ 2,4 đến 3V.
Bảo vệ chống đoản mạch và bảo vệ khỏi nhiệt độ cực cao là rất quan trọng để duy trì sự an toàn và chức năng.
Cân bằng pin là một thành phần quan trọng của Hệ thống quản lý pin (BMS) trong ô tô và các ứng dụng khác yêu cầu pin nhiều cell. Cân bằng đảm bảo rằng tất cả các cell trong bộ pin có cùng trạng thái sạc (SOC). Phần này giới thiệu về cân bằng cell và đi sâu vào hai kỹ thuật cơ bản: cân bằng cell thụ động và cân bằng cell chủ động.
Hành động đảm bảo rằng tất cả các cell riêng lẻ trong một bộ pin đạt được mức sạc bằng nhau được gọi là cân bằng cell. Điều này là cần thiết vì ngay cả những sai lệch nhỏ trong quá trình sản xuất, lão hóa, nhiệt độ hoặc tốc độ tự xả cũng có thể gây ra sự thay đổi trong mức điện áp và dung lượng của từng cell.
Tại sao cần phải cân bằng cell:
Có hai phương pháp để cân bằng các cell trong một bộ pin: cân bằng thụ động và cân bằng chủ động. Cả hai phương pháp đều cố gắng cân bằng điện tích của các cell, mặc dù chúng thực hiện theo những cách khác nhau.
Nếu bạn sử dụng nội dung bài viết, vui lòng ghi rõ nguồn "EnterKnow.Com" nhé!
Chức năng: Loại bỏ điện tích dư thừa khỏi các cell có điện áp lớn hơn, thường thông qua điện trở hoặc mạng lưới điện trở-transistor. Sơ đồ bên dưới minh họa một mạch cân bằng thụ động. Với sự hỗ trợ của công tắc transistor, mỗi cell pin có thể được xả độc lập thông qua điện trở Rn và Rn-1. Tốc độ xả được xác định bởi các giá trị điện trở được sử dụng.
Ưu điểm: Ít phức tạp hơn, ít tốn kém hơn và không cần hệ thống điều khiển phức tạp.
Nhược điểm: Năng lượng bị mất dưới dạng nhiệt, có thể dẫn đến các vấn đề về quản lý nhiệt. Ít hiệu quả hơn, đặc biệt là với sự mất cân bằng lớn.
Cân bằng cell pin là điều cần thiết đối với hiệu suất, độ tin cậy và tính bảo mật lâu dài của bộ pin. Mặc dù cân bằng thụ động có thể kém hiệu quả hơn và phản ứng chậm hơn, nhưng đây là lựa chọn đơn giản và hợp túi tiền hơn. Tuy nhiên, thực tế cho thấy ngay cả đối với bộ pin xe điện, cân bằng thụ động thường là đủ. Ngược lại, cân bằng chủ động, mặc dù phức tạp và tốn kém hơn, nhưng lại mang đến giải pháp hiệu quả và phản ứng nhanh hơn, đặc biệt lý tưởng cho các bộ pin lớn hơn.
Hệ thống quản lý pin (BMS) không phải là các thành phần riêng biệt trong hệ thống ô tô. Chúng phải kiểm soát giao tiếp nội bộ giữa các thành phần chính và phụ, thực hiện chẩn đoán liên tục và phát hiện lỗi, và tương tác hiệu quả với nhiều hệ thống con của xe. Các khu vực hoạt động quan trọng của BMS này được đề cập chi tiết trong phần này.
Hệ thống thông tin giải trí, bộ điều khiển truyền động (TCU), bộ điều khiển động cơ (ECU) và các hệ thống khác của xe đều phải có thể tương tác với BMS mà không gặp bất kỳ khó khăn nào. Kết nối này giúp phối hợp điều khiển và đạt hiệu suất tối ưu.
Một BMS Master giám sát một số đơn vị Slave, mỗi đơn vị chịu trách nhiệm theo dõi một nhóm cell hoặc mô-đun, là một cấu trúc phân cấp phổ biến được thấy trong các hệ thống pin phức tạp. Do điện áp này không vượt quá giới hạn nguy hiểm và không cần phải thận trọng thêm trong thiết kế nên các bộ pin điện áp cao thường chia tế bào của chúng thành các nhóm 48V (Li-Ion). Các slave BMS chịu trách nhiệm quản lý các nhóm này riêng lẻ.
Việc xác định, chẩn đoán và giám sát vấn đề liên tục là điều cần thiết đối với hiệu suất, độ an toàn và độ tin cậy của hệ thống pin.
Nhiệm vụ của BMS với tư cách là trung tâm chính để kiểm soát và giám sát pin bao gồm các tính năng chẩn đoán và giao tiếp mở rộng. Hiệu suất, độ an toàn và khả năng tiết kiệm năng lượng của xe được cải thiện nhờ BMS bằng cách tạo điều kiện giao tiếp liền mạch giữa các thành phần của xe và các hệ thống khác của xe. Trong ô tô điện và hybrid ngày nay, chẩn đoán liên tục và phát hiện sự cố cung cấp thêm một mức độ tin cậy, khiến các hệ thống này trở nên thiết yếu.
Sự hợp tác và tích hợp của các hệ thống ô tô khác nhau trở nên cần thiết hơn bao giờ hết khi công nghệ ô tô phát triển. Chức năng và thiết kế của BMS trong tương lai có thể sẽ bị ảnh hưởng bởi các tiêu chuẩn ngày càng phát triển, các giao thức liên lạc nâng cao và các công cụ chẩn đoán tiên tiến, tất cả đều sẽ giúp tạo ra những chiếc ô tô thông minh hơn, hiệu quả hơn và an toàn hơn.