Περίληψη
Αυτό το άρθρο εστιάζει στις πτυχές υλικού των συστημάτων διαχείρισης μπαταριών (BMS) σε ηλεκτρικά οχήματα και σε σταθερές εφαρμογές. Ο σκοπός είναι να περιγράψει τις έννοιες σε υπάρχοντα προηγμένα συστήματα, επιτρέποντας στους αναγνώστες να κατανοήσουν τους παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά το σχεδιασμό του BMS για συγκεκριμένες εφαρμογές. Μετά από μια σύντομη ανάλυση των γενικών απαιτήσεων, μελετήθηκαν διάφορες πιθανές τοπολογικές δομές των πακέτων μπαταριών και ο αντίκτυπός τους στην πολυπλοκότητα του BMS. Λήψη τεσσάρων μπαταριών επιλεγμένων από ηλεκτρικά οχήματα που διατίθενται στο εμπόριο ως παράδειγμα για εξήγηση. Στη συνέχεια, συζητήθηκαν οι πτυχές εφαρμογής της μέτρησης των απαιτούμενων φυσικών μεταβλητών (τάση, ρεύμα, θερμοκρασία κ.λπ.), καθώς και θέματα εξισορρόπησης και στρατηγικές. Τέλος, συζητήθηκαν θέματα ασφάλειας και αξιοπιστίας.
1. Εισαγωγή
Η πολυπλοκότητα των συστημάτων διαχείρισης μπαταριών (BMS) εξαρτάται από την εφαρμογή. Μια μπαταρία, τόσο απλή όσο ένα κινητό τηλέφωνο ή συσκευή ανάγνωσης ηλεκτρονικών βιβλίων, μπορεί να μετρηθεί με ένα απλό IC "μετρητή μπαταρίας", το οποίο μπορεί να μετρήσει την τάση, τη θερμοκρασία και το ρεύμα και να εκτιμήσει την κατάσταση φόρτισης (SOC). Τόσο περίπλοκο όσο τα ηλεκτρικά οχήματα, το BMS χρειάζεται να ολοκληρώσει πιο σύνθετες εργασίες. Εκτός από τη μέτρηση βασικών παραμέτρων όπως η τάση της μπαταρίας, η θερμοκρασία και το ρεύμα, απαιτούνται επίσης προηγμένοι αλγόριθμοι για τον προσδιορισμό της διαθέσιμης ενέργειας για τον υπολογισμό της εμβέλειας πλεύσης.
Αυτή η εργασία επικεντρώνεται στην πτυχή του υλικού των συστημάτων διαχείρισης μπαταριών ιόντων λιθίου. Το Μέρος 2 εισάγει τις απαιτήσεις υλικού για το BMS, συμπεριλαμβανομένων των τιμών μέτρησης, των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών, της ηλεκτρικής απομόνωσης, των επαφών και του πλεονασμού. Η ενότητα 3 παρέχει μια επισκόπηση της τοπολογίας BMS, διευκρινίζει τις διαφορές μεταξύ απλών και πολύπλοκων εφαρμογών και παρέχει ένα παράδειγμα πακέτου μπαταριών ηλεκτρικού οχήματος. Η Ενότητα 4 εξηγεί πώς να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις της μέτρησης της φυσικής αξίας και οι κοινές παγίδες. Η ενότητα 5 εξετάζει το ισοζύγιο, εισάγει και συγκρίνει μεθόδους εξισορρόπησης φόρτισης. Η ενότητα 6 εστιάζει στην ασφάλεια και την αξιοπιστία, συμπεριλαμβανομένων των κινδύνων και των αντίμετρων της λειτουργίας μπαταριών υψηλής τάσης, και εισάγει εν συντομία τις μεθόδους μέτρησης της μόνωσης και τα σχετικά πρότυπα.
2. Απαιτήσεις σχεδιασμού για σύστημα διαχείρισης μπαταριών (BMS)
Ο σχεδιασμός ενός BMS είναι μια πολύπλοκη εργασία που απαιτεί την εξέταση των ειδικών απαιτήσεων εφαρμογής, του περιβάλλοντος συστήματος και των χαρακτηριστικών των χρησιμοποιούμενων μπαταριών, από τα οποία μπορεί να προκύψει μια σειρά από απαιτήσεις συστήματος. Σε γενικές γραμμές, τα ακόλουθα στοιχεία BMS και λειτουργικές απαιτήσεις είναι συνήθως σχετικά:
Συλλογή θερμοκρασίας
Επιλογή και τοποθέτηση αισθητήρα:Η ακριβής συλλογή θερμοκρασίας είναι δύσκολη κατά το σχεδιασμό του BMS και πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ο τύπος του αισθητήρα (ψηφιακός ή αναλογικός) και η θέση για τη μέτρηση της θερμοκρασίας της μπαταρίας, η οποία καθορίζει τον αριθμό των αισθητήρων θερμοκρασίας της μπαταρίας. Μερικές φορές είναι απαραίτητο να συλλέξετε τη θερμοκρασία των επαφών, των ασφαλειών ή των ράβδων ζυγών. Συνήθως, υπάρχει μια ορισμένη αναλογία καναλιών μεταξύ αισθητήρων θερμοκρασίας και αισθητήρων τάσης.
Απαιτήσεις θερμοκρασίας για διαφορετικά σενάρια εφαρμογής:Οι απαιτήσεις θερμοκρασίας πρέπει να λάβουν υπόψη τρεις καταστάσεις: φόρτιση, εκφόρτιση και αποθήκευση, δίνοντας παράλληλα προσοχή στη θερμική χρονική σταθερά. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου δεν μπορούν να λειτουργήσουν σωστά έξω από ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασίας και η επιμετάλλωση λιθίου μπορεί να συμβεί σε υψηλούς ρυθμούς ρεύματος εντός του κανονικού εύρους θερμοκρασίας. Επομένως, είναι απαραίτητο να συλλέγετε με ακρίβεια τη θερμοκρασία, την τάση και το ρεύμα. Η θερμική χωρητικότητα και η θερμική αγωγιμότητα των μπαταριών επηρεάζονται από παράγοντες όπως η δομή της μπαταρίας και η ακατάλληλη τοποθέτηση των αισθητήρων θερμοκρασίας μπορεί να οδηγήσει σε εσφαλμένη ανάγνωση και θερμικά τυφλά σημεία.
Λήψη τάσης
Κανάλι απόκτησης και ακρίβεια:Το κλασικό BMS που βασίζεται σε μπαταρίες ιόντων λιθίου απαιτεί τουλάχιστον ένα κανάλι απόκτησης τάσης για κάθε μπαταρία συνδεδεμένη σε σειρά και ορισμένες εφαρμογές αυτοκινήτων διαθέτουν επίσης δευτερεύουσα προστασία (που επιτυγχάνεται μέσω προγραμματιζόμενης σύγκρισης παραθύρων). Ο ρυθμός μετατροπής των δεδομένων απόκτησης τάσης ποικίλλει ανάλογα με την εφαρμογή και τα συνήθως χρησιμοποιούμενα μπροστινά τσιπ BMS έχουν συγκεκριμένη ακρίβεια τάσης και ανάλυση.
Ο αντίκτυπος στην εκτίμηση SOC:Λαμβάνοντας ως παραδείγματα τις μπαταρίες NMC και LFP, αποδεικνύεται ότι η ακρίβεια απόκτησης τάσης έχει σημαντικό αντίκτυπο στην εκτίμηση SOC. Όσο μεγαλύτερη είναι η ακρίβεια, τόσο πιο ακριβής είναι η εκτίμηση του SOC και η χρήση μόνο δεδομένων τάσης για τον προσδιορισμό του SOC μπορεί να μην είναι αρκετή.
Σχήμα 1. Η σύγκριση της αβεβαιότητας SOC εξαρτάται από την ακρίβεια τάσης ± 1 mV.
Τρέχουσα συλλογή
Μέθοδος συλλογής και χαρακτηριστικά αισθητήρα:Το SOC μπορεί να προσδιοριστεί όχι μόνο με τη μέτρηση της τάσης ανοιχτού κυκλώματος (OCV), αλλά και με τη χρήση της μεθόδου μέτρησης Coulomb (μέτρηση ρεύματος και ολοκλήρωση). Ωστόσο, οι αισθητήρες ρεύματος έχουν μη ιδανικά χαρακτηριστικά, όπως σφάλματα μετατόπισης, μετατόπισης και θερμοκρασίας και μπορεί να χρειαστεί να πληρούν ταυτόχρονα διαφορετικές απαιτήσεις εύρους μέτρησης και να έχουν ένα συγκεκριμένο εύρος ζώνης.
Σε πρακτικές εφαρμογές, το να βασιζόμαστε αποκλειστικά στην καταμέτρηση Coulomb για τον προσδιορισμό του SOC είναι ανακριβές, ειδικά σε συνθήκες χαμηλού ρεύματος. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, είναι δυνατός ο συνδυασμός αλγορίθμων και παραμετροποιημένων μοντέλων για την επεξεργασία των τρεχόντων δεδομένων, αλλά αυτό δεν εμπίπτει στο πεδίο εφαρμογής αυτού του άρθρου.
Απαιτήσεις επικοινωνίας
Επικοινωνία εντός του συστήματος:Το BMS πρέπει να επικοινωνεί με ολόκληρο το σύστημα (όπως ηλεκτρονικά ισχύος, διαχείριση ενέργειας ή μονάδες ελέγχου οχημάτων), λαμβάνοντας υπόψη παράγοντες όπως ο τρόπος επικοινωνίας, η ταχύτητα, η ευρωστία και η αξιοπιστία. Για παράδειγμα, μπορεί να χρειαστεί να παρέχονται διασυνδέσεις CAN σε οχήματα για επικοινωνία συστήματος και διαφορετικές εφαρμογές μπορεί να έχουν ήδη καθορίσει απαιτήσεις επικοινωνίας σε επίπεδο συστήματος, στις οποίες πρέπει να προσαρμοστεί το BMS.
Επικοινωνία μεταξύ των μονάδων:Για τα αρθρωτά συστήματα, είναι απαραίτητο να καθοριστεί η μέθοδος επικοινωνίας μεταξύ κύριας και υποτελούς μονάδας, η οποία είναι παρόμοια με τις βασικές απαιτήσεις για επικοινωνία μεταξύ συστημάτων. Συγκεκριμένα παραδείγματα μπορείτε να βρείτε στα επόμενα κεφάλαια.
Προστασία από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI).
Η επίδραση του EMI στους αισθητήρες:Το EMI μπορεί να επηρεάσει τη συλλογή δεδομένων των αισθητήρων και όλοι οι αισθητήρες είναι ευαίσθητοι στην επιρροή του, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε ελαφρά παραμόρφωση ή πλήρη αχρηστία των δεδομένων.
Μέτρα για τη μείωση του αντίκτυπου του EMI:Για την ελαχιστοποίηση της πρόσκρουσης, οι κινητήρες, τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα ισχύος και άλλα φορτία θα πρέπει να έχουν καλή σχεδίαση EMI και να μπορούν να χρησιμοποιηθούν κατάλληλες συσκευές φιλτραρίσματος EMI, όπως τσοκ και πυκνωτές μπλοκαρίσματος, και να εγκατασταθούν κοντά στη διαδρομή μέτρησης του αισθητήρα.
Απαιτήσεις που σχετίζονται με επαφές
Η λειτουργία και οι απαιτήσεις των επαφών:Τα περισσότερα πακέτα μπαταριών απαιτούν τη δυνατότητα ηλεκτρικής αποσύνδεσης τουλάχιστον ενός ηλεκτροδίου, κάτι που απαιτεί κατάλληλο επαφέα. Λόγω της ειδικής φύσης της διακοπής του ρεύματος συνεχούς ρεύματος και της κατάσβεσης τόξου, οι επαφές πρέπει να διαθέτουν συσκευές πυρόσβεσης μαγνητικού τόξου και θα πρέπει να αποφεύγουν τη συγκόλληση με επαφή.
Μέτρα ασφαλείας λειτουργίας:Για να διασφαλιστεί η ασφάλεια, απαιτείται ένα ειδικό κύκλωμα (όπως μια μονάδα προφόρτισης που αποτελείται από έναν επαφέα και μια αντίσταση συνδεδεμένο σε σειρά) κατά τη λειτουργία του διακόπτη του επαφέα για να διασφαλιστεί ότι δεν υπάρχει διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο άκρων και να αποφευχθούν επικίνδυνες καταστάσεις.
Απαιτήσεις απόλυσης
Ο ρόλος του πλεονασμού στην αξιοπιστία του συστήματος:Σύμφωνα με το πρότυπο ISO 26262, ο πλεονασμός μπορεί να βελτιώσει την αξιοπιστία του συστήματος. Η τάση της μπαταρίας παρατηρείται συνήθως πλεονάζοντα σε κάποιο βαθμό, με δύο μεθόδους: ακριβή μέτρηση από το κύριο τσιπ και δυαδικές πληροφορίες που παρέχονται από το βοηθητικό τσιπ.
Έννοια πλεονασμού υψηλότερου επιπέδου:Έννοιες πλεονασμού υπάρχουν επίσης στην επεξεργασία υψηλότερου επιπέδου, όπως το βήμα κλειδώματος, η διόρθωση σφαλμάτων μνήμης και οι μηχανισμοί αυτοελέγχου σε ειδικές CPU.
Απαιτήσεις ηλεκτρικής μόνωσης
Απομόνωση πακέτου μπαταριών:Το πακέτο μπαταριών συνήθως χωρίζεται σε μέρη υψηλής τάσης και χαμηλής τάσης, τα οποία απαιτούν ηλεκτρική απομόνωση και μπορούν να επιτευχθούν με οπτικές, επαγωγικές ή χωρητικές μεθόδους.
Θερμική απομόνωση αισθητήρα:Όλοι οι θερμικοί αισθητήρες πρέπει επίσης να είναι ηλεκτρικά απομονωμένοι για να αποφευχθούν σφάλματα υψηλής τάσης που επηρεάζουν εξαρτήματα χαμηλής τάσης, παρόμοια με την έννοια της διάταξης δικτύου IT διανομής ισχύος.
Απαιτήσεις ισορροπίας
Ο αντίκτυπος της ανισορροπίας φόρτισης:Ενδέχεται να υπάρχει ανισορροπία φόρτισης μεταξύ των συνδεδεμένων σε σειρά μπαταριών, η οποία μπορεί να επηρεάσει την απόδοση και την αξιοπιστία του συστήματος και γενικά απαιτείται να διατηρείται σε χαμηλό επίπεδο.
Ειδικά ζητήματα εφαρμογής:Διαφορετικές εφαρμογές μπορεί να έχουν ειδικά ζητήματα, όπως περιορισμούς βάρους ή απαιτήσεις ρεύματος φόρτισης, που μπορεί να οδηγήσουν στη δημιουργία ρεύματος εξισορρόπησης. Το τμήμα 5 θα εισαγάγει περαιτέρω την αναγκαιότητα και τις μεθόδους εφαρμογής της εξισορρόπησης.
Άλλες απαιτήσεις
Απαιτήσεις σχετικά με την εφαρμογή:Η εφαρμογή μπορεί επίσης να έχει κάποιες άλλες απαιτήσεις, όπως χώρο, κόστος, μηχανική αντοχή υλικού, βάρος και κατανάλωση ενέργειας, οι οποίες δεν αποτελούν το επίκεντρο αυτού του άρθρου αλλά πρέπει να ληφθούν υπόψη.
3. Δομή τοπολογίας του BMS
Επισκόπηση της δομής του συστήματος μπαταρίας:Για να πληρούνται οι ηλεκτρικές προδιαγραφές του συστήματος, οι μπαταρίες πρέπει συχνά να συνδυάζονται σε πακέτα μπαταριών με πολλαπλές τοπολογίες σύνδεσης. Η σύνδεση σε σειρά μπορεί να επιτύχει ένα συγκεκριμένο εύρος τάσης και να μειώσει το ρεύμα. Η παράλληλη σύνδεση μπορεί να αυξήσει τη χωρητικότητα. Υπάρχουν διάφορες παραλλαγές σε πρακτικές εφαρμογές, όπως παράλληλη σύνδεση μπαταριών μικρής χωρητικότητας σε μονάδες και σύνδεση σε σειρά ή απευθείας χρήση μπαταριών μεγάλης χωρητικότητας σε σύνδεση σε σειρά. Διαφορετικές τοπολογίες έχουν διαφορετικές επιπτώσεις στην πολυπλοκότητα του BMS, όπως το αυξημένο κόστος παρακολούθησης και εξισορρόπησης όταν συνδέονται μπαταρίες πολλαπλών σειρών παράλληλα.
Σχήμα 2. Σχηματικό διάγραμμα διαφορετικών τοπολογιών πακέτων μπαταριών: (α) μεμονωμένη κυψέλη. (β) Παράλληλη σύνδεση δύο μπαταριών. (γ) Σειρά σύνδεση τριών μπαταριών. (δ) Παράλληλη σύνδεση δύο μπαταριών σειράς και τριών σειρών. (ε) Σειρά σύνδεση τριών μονάδων που αποτελούνται από δύο παράλληλες μπαταρίες.
Πίνακας 1. Τα χαρακτηριστικά των τοπολογικών παραλλαγών φαίνονται στο Σχήμα 2.
Δώστε ένα παράδειγμα για να επεξηγήσετε τη μέθοδο σύνδεσης της μπαταρίας και τις απαιτήσεις καναλιού μέτρησης τάσης: για παράδειγμα, ο συνδυασμός μπαταριών συνδεδεμένων στη σειρά m και n παράλληλων συνδεδεμένων μπαταριών απαιτεί διαφορετικούς αριθμούς καναλιών μέτρησης τάσης για διαφορετικές μεθόδους σύνδεσης.
Συζήτηση ειδικής περίπτωσης:Σε ορισμένες ειδικές εφαρμογές (όπως ο ανιχνευτής Mars και ο ανιχνευτής Rosetta της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος), η παρακολούθηση και η εξισορρόπηση ενός κυττάρου ενδέχεται να μην εκτελούνται λόγω παραγόντων όπως το μέγεθος, το βάρος και η κατανάλωση ενέργειας. Αν και ορισμένες απόψεις υποδηλώνουν ότι η προσεκτική επιλογή μπαταριών από την ίδια παρτίδα μπορεί να παραλείψει την παρακολούθηση, η έρευνα έχει δείξει ότι ακόμη και οι μπαταρίες από την ίδια παρτίδα μπορεί να έχουν διαφορετική συμπεριφορά γήρανσης και η παράλειψη παρακολούθησης μπορεί να εγκυμονεί κινδύνους. Ωστόσο, για μικρά συστήματα και τάσεις μπαταρίας εντός ενός συγκεκριμένου εύρους, ο αντίκτυπος της παράλειψης παρακολούθησης μπορεί να είναι σχετικά μικρός.
Σχετικό ολοκληρωμένο κύκλωμα (IC).
IC με βασική λειτουργία παρακολούθησης:Για να επιτευχθεί η βασική λειτουργία παρακολούθησης της ασφαλούς λειτουργίας της μπαταρίας, οι κατασκευαστές ημιαγωγών παρέχουν διάφορα ολοκληρωμένα κυκλώματα για συγκεκριμένες εφαρμογές (ASIC). Για μικρές ηλεκτρονικές συσκευές με μεμονωμένες κυψέλες, υπάρχει ένα IC "μετρητή καυσίμου" που μπορεί να παρακολουθεί την τάση, το ρεύμα και τη θερμοκρασία, να υπολογίζει το SOC και μπορεί επίσης να περιλαμβάνει λειτουργίες όπως ρυθμιστές φόρτισης. Για παράδειγμα, το "bq27220" του TI και τα σχετικά IC του Maxim.
IC για συστήματα υψηλής ισχύος και ζήτησης ενέργειας
Αρθροποίηση και κατανομή συναρτήσεων:Για εφαρμογές με υψηλές απαιτήσεις ισχύος ή/και ενέργειας, ένα πακέτο μπαταριών αποτελείται από πολλές μπαταρίες και το σχετικό IC μπορεί ταυτόχρονα να παρακολουθεί πολλές μπαταρίες και να παρέχει λειτουργικότητα εξισορρόπησης. Υπάρχει μια κεντρική μονάδα (BMS Master) στο σύστημα που είναι υπεύθυνη για πολύπλοκες λειτουργίες όπως η εκτίμηση SOC και οι αλγόριθμοι πρόβλεψης ισχύος. Η μπροστινή μονάδα IC (BMS Slaves) είναι υπεύθυνη για βασικές λειτουργίες όπως η λήψη σήματος και το φιλτράρισμα.
Εικόνα 3. Τυπική δομή BMS για εφαρμογές ηλεκτρικών οχημάτων.
Διαφορετικά παραδείγματα IC και μέθοδοι εξισορρόπησης:Για παράδειγμα, τα bq76PL536A, MAX11068 και LT6802G-2 της TI παρέχουν παθητική εξισορρόπηση, ενώ το AS8506C της AMS μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τοπολογία παθητικής εξισορρόπησης και παρέχει επίσης δυνατότητα ενεργητικής εξισορρόπησης. Ορισμένα IC διαθέτουν προϊόντα διάδοχου και για τη βελτίωση της αξιοπιστίας της παρακολούθησης τάσης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν IC δευτερεύουσας προστασίας. Αν και το πλήρως περιττό BMS μπορεί να βελτιώσει την αξιοπιστία, το κόστος είναι υψηλό.
Επικοινωνία και μετάδοση δεδομένων
Μέθοδος σύνδεσης IC στο μπροστινό μέρος:Τα μπροστινά IC μπορούν συνήθως να συνδεθούν μέσω αλυσίδας μαργαρίτας και διαφορετικά IC έχουν διαφορετικές μεθόδους διασύνδεσης. Το MAX11068 συνδέεται μέσω της θύρας I2C, το bq76PL536A της TI παρέχει πολλαπλές διεπαφές και το LT6802G-2 συνδέεται μέσω του διαύλου SPI (απαιτείται πρόσθετος ψηφιακός απομονωτής).
Μέθοδος επικοινωνίας συστήματος:Στο σύστημα, μικροελεγκτές χαμηλού κόστους χρησιμοποιούνται συνήθως για τη σύνδεση IC στο ίδιο PCB και οι μονάδες σε άλλα PCB και κύριες μονάδες BMS συνδέονται μέσω fieldbus (όπως το CAN).
Πραγματική υπόθεση
Mitsubishi i-MiEV:Η μπαταρία αποτελείται από πολλαπλές μονάδες που συνδέονται με βίδες, με 88 πρισματικές μπαταρίες. Το PCB στη μονάδα περιέχει IC παρακολούθησης και αισθητήρες θερμοκρασίας και το περίβλημα της μπαταρίας περιέχει πολλά εξαρτήματα. Η κύρια μονάδα BMS βρίσκεται κάτω από τα πίσω καθίσματα του οχήματος και επικοινωνεί μέσω ενός εσωτερικού διαύλου CAN. Σε σύγκριση με άλλες μπαταρίες, ο εσωτερικός του χώρος είναι πιο ευρύχωρος, κάτι που μπορεί να είναι παρενέργεια της ψύξης του αέρα.
Εικόνα 4. (α) Πακέτο μπαταριών Mitsubishi i-MiEV. (β) Πακέτο μπαταριών Volkswagen e-Up. (γ) Πακέτο μπαταριών Smart fortwo electric drive. Σημείωση: Οι μέθοδοι κλιμάκωσης είναι διαφορετικές.
Εικόνα 5. (α) Κάτοψη της μονάδας μπαταρίας Tesla Model S. (β) Μονάδα μπαταρίας Volkswagen e-Up, μονάδα 6s2p, κάτοψη.
Smart Fortwo Electric Edition:Η μπαταρία αποτελείται από 90 σειρές συνδεδεμένες μπαταρίες θήκης, με σύστημα ψύξης και οι βασικές εργασίες παρακολούθησης ολοκληρώνονται από το IC της TI, παρόμοιο με το bq76PL536A. Κάθε PCB περιέχει πολλαπλά IC παρακολούθησης και μικροελεγκτές και η κύρια μονάδα BMS βρίσκεται μέσα στη θήκη της μπαταρίας, με υψηλή ενσωμάτωση και λίγα καλώδια.
Volkswagen e-Up:Η μπαταρία περιέχει μονάδες πολλαπλών σειρών, χωρίς σύστημα ψύξης ή συσκευή αποσύνδεσης σέρβις, κεντρική μονάδα BMS, συνδεδεμένη με την μπαταρία και IC μέτρησης (MAX11068) μέσω μεγάλου αριθμού γραμμών μέτρησης τάσης, με μεγάλο αριθμό ισορροπημένων αντιστάσεων και μικροελεγκτή χωρίς μετατροπή σήματα.
Tesla Model S:Η μπαταρία αποτελείται από ένα μεγάλο αριθμό μπαταριών 18650, χωρισμένες σε πολλαπλές μονάδες, συνδεδεμένες μέσω καλωδίων σύνδεσης. Το BMS παρακολουθείται χρησιμοποιώντας το bq76PL536A-Q1 του TI και η τάση μετράται μέσω καλωδίων συγκόλλησης. Σε σύγκριση με άλλες μπαταρίες, το επίπεδο ενσωμάτωσής του είναι διαφορετικό, όπως το χαμηλό επίπεδο ολοκλήρωσης του Volkswagen e-Up και το υψηλό επίπεδο ενσωμάτωσης του Smart Fortwo.
4. Επισκόπηση της τεχνολογίας μέτρησης του συστήματος μπαταριών HV
Η σημασία της τεχνολογίας μέτρησης:Η τεχνολογία μέτρησης είναι ένα βασικό συστατικό των συστημάτων διαχείρισης μπαταριών, το οποίο μπορεί να προσδιορίσει μεταβλητές κατάστασης όπως SOC, SOH, SOF κ.λπ. Συνήθως μετρά μεταβλητές όπως τάση μπαταρίας, συνολική τάση, συνολικό ρεύμα και θερμοκρασία συστημάτων μπαταρίας. Αυτές οι μεταβλητές κατάστασης μπορούν να προστατεύσουν το σύστημα της μπαταρίας από ζημιές όπως υπερφόρτιση ή υπερφόρτιση και να βελτιστοποιήσουν τη χρήση του συστήματος μπαταρίας.
Απαιτήσεις αισθητήρα:Καθορίστε τυπικές απαιτήσεις για αισθητήρες με βάση τις εφαρμογές αποθήκευσης μπαταρίας, συμπεριλαμβανομένου του κόστους, του εύρους ζώνης, της ακρίβειας, του εύρους μέτρησης και του μεγέθους, όπως περιγράφεται στην Ενότητα 2.
Τρέχουσα μέτρηση
Ταξινόμηση μεθόδων μέτρησης:Ο εξοπλισμός συλλογής ρεύματος χωρίζεται σε δύο βασικές τεχνολογίες αισθητήρων: ηλεκτρική σύνδεση και απομόνωση. Η ευρέως χρησιμοποιούμενη ανίχνευση ρεύματος αντίστασης διακλάδωσης ανήκει στον τύπο ηλεκτρικής σύνδεσης και ο αισθητήρας Hall είναι ένα παράδειγμα τύπου απομόνωσης.
Εκτός από την τεχνολογία αισθητήρων, πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη η θέση στο πακέτο μπαταριών. Για συστήματα μπαταριών που περιέχουν πολλαπλές εναλλασσόμενες σειρές, κάθε στοιχειοσειρά θα πρέπει να είναι εξοπλισμένη με συσκευή παρακολούθησης ρεύματος για την παρακολούθηση της ανισορροπίας ισχύος.
Μέτρηση αντίστασης διακλάδωσης
Αρχή και χαρακτηριστικά μέτρησης:Συνδυάζοντας χαμηλή αντίσταση, αντίσταση υψηλής ακρίβειας και σύστημα μέτρησης τάσης υψηλής ακρίβειας, μετράται το ρεύμα. Η αντίσταση βρίσκεται στην τρέχουσα διαδρομή και η απώλεια ισχύος και η αύξηση της θερμοκρασίας συμβαίνουν όταν το ρεύμα διέρχεται. Κατά την επιλογή μιας αντίστασης, είναι απαραίτητο να εξισορροπηθεί η απώλεια και η ανάγκη δημιουργίας κατάλληλης πτώσης τάσης. Κατά τη μέτρηση με υψηλή ακρίβεια, θα πρέπει επίσης να λαμβάνεται υπόψη ο συντελεστής θερμοκρασίας και η μακροπρόθεσμη σταθερότητα της αντίστασης.
Αυτή η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση των ρευμάτων DC και AC και έχει τα πλεονεκτήματα της απλότητας, της γραμμικότητας και του υψηλού εύρους ζώνης. Ωστόσο, το εύρος μέτρησης περιορίζεται από την ακρίβεια της μέτρησης της τάσης.
Σύγκριση μετρήσεων χαμηλής και ψηλής πλευράς
Η μέτρηση χαμηλής πλευράς αναφέρεται στην αντίσταση που βρίσκεται μεταξύ του θετικού ακροδέκτη της μπαταρίας και του φορτίου. Το πλεονέκτημά του είναι ότι η τάση εισόδου κοινής λειτουργίας είναι χαμηλή και μπορεί να χρησιμοποιηθεί μεγάλος αριθμός ενισχυτών αίσθησης ρεύματος. Το κύκλωμα είναι απλό και οικονομικό, αλλά θα παρεμβαίνει στη διαδρομή γείωσης και δεν μπορεί να ανιχνεύσει παράκαμψη ρεύματος υψηλού φορτίου.
Η μέτρηση υψηλής πλευράς αναφέρεται στην αντίσταση που βρίσκεται μεταξύ του φορτίου και του αρνητικού πόλου ή της γείωσης της μπαταρίας. Το πλεονέκτημά του είναι ότι μπορεί να αποφύγει παρεμβολές στη διαδρομή γείωσης και να ανιχνεύσει βραχυκυκλώματα, αλλά απαιτεί μετατροπή επιπέδου της εξόδου του ενισχυτή και απαιτεί από τον ενισχυτή να αντέχει σε υψηλή τάση κοινής λειτουργίας.
Επικοινωνήστε με αισθητήρες λιγότερο ρεύματος (αισθητήρες Hall, κ.λπ.)
Αρχή μέτρησης και πλεονεκτήματα:Χρήση του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται από το ρεύμα για μέτρηση, όπως αισθητήρες Hall με βάση το φαινόμενο Hall, χωρίς αύξηση της αντίστασης διαδρομής ρεύματος, χωρίς πρόσθετες αγώγιμες απώλειες, με πλεονεκτήματα ηλεκτρικής απομόνωσης και χωρίς την ανάγκη πρόσθετων οπτικών συζευκτών ή ψηφιακών μονωτών για ρύθμιση σήματος.
Οι αισθητήρες Hall μπορούν να αγοραστούν ως ολοκληρωμένα κυκλώματα, να τοποθετηθούν στην τρέχουσα διαδρομή και η έξοδος τους πρέπει να φιλτραριστεί. Υπάρχουν επίσης ολοκληρωμένες μονάδες διαθέσιμες προς χρήση, οι οποίες αποτελούνται από δακτυλίους φερρίτη που περιέχουν αισθητήρες Hall και μπορούν να παρέχουν ηλεκτρική μόνωση.
Χαρακτηριστικά και περιορισμοί αισθητήρα:Το κύριο μειονέκτημα είναι το περιορισμένο εύρος ζώνης, που συνήθως δεν υπερβαίνει τις δεκάδες kHz, και η μετατόπιση της θερμοκρασίας στο σήμα εξόδου που πρέπει να αντισταθμιστεί. Εάν το σύστημα μπαταρίας απαιτεί μεγαλύτερο εύρος ζώνης, θα πρέπει να χρησιμοποιείται μέτρηση αντίστασης διακλάδωσης και οι αισθητήρες Hall είναι ακριβοί και ογκώδεις.
Μέτρηση τάσης
Διαφοροποίηση μέτρησης τάσης μπαταρίας:Στα πακέτα μπαταριών ιόντων λιθίου, είναι απαραίτητο να γίνει διάκριση μεταξύ της μέτρησης της τάσης κάθε μπαταρίας και της συνολικής τάσης της μπαταρίας. Οι περιοχές τάσης των δύο είναι διαφορετικές και το άθροισμα όλων των τάσεων της μπαταρίας πρέπει να είναι ίσο με τη συνολική τάση, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κριτήριο για την κρίση ορθολογικότητας.
Μέτρηση τάσης μπαταρίας:συνήθως συμπληρώνεται από ένα ενσωματωμένο τσιπ BMS front-end. Ο αριθμός των μπαταριών που μπορούν να συνδεθούν με τσιπ στην αγορά ποικίλλει και ο πλεονασμός και η αξιοπιστία του συστήματος μπορούν επίσης να βελτιωθούν μέσω δευτερευόντων IC εποπτείας.
Μέτρηση τάσης μπαταρίας:συμπληρώνεται από ξεχωριστή μονάδα μέτρησης, που περιλαμβάνει διαιρέτη τάσης, μετατροπέα σύνθετης αντίστασης, φίλτρο και μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό (ADC). Ο διαιρέτης τάσης χρησιμοποιείται για τη μείωση της τάσης της μπαταρίας σε ένα κατάλληλο εύρος, το οποίο μπορεί να απαιτεί πολλαπλές αντιστάσεις για να διασφαλιστεί η ασφάλεια, καθώς και μια δίοδος Zener για την προστασία του επόμενου κυκλώματος. Ταυτόχρονα, μετατροπείς σύνθετης αντίστασης, φίλτρα και ADC χρησιμοποιούνται για τη λήψη της μετρούμενης τάσης.
Μέτρηση θερμοκρασίας
Κοινοί τύποι και αρχές αισθητήρων θερμοκρασίας:Οι συνήθεις αισθητήρες θερμοκρασίας περιλαμβάνουν τους τύπους αρνητικού συντελεστή θερμοκρασίας (NTC) και θετικού συντελεστή θερμοκρασίας (PTC), οι οποίοι μετρούν τη θερμοκρασία μετρώντας την πτώση τάσης υπό σταθερό ρεύμα. Η αντίστασή τους ποικίλλει ανάλογα με τη θερμοκρασία και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασίας, αλλά υπάρχουν μη γραμμικά ζητήματα.
Προβλήματα και λύσεις στη χρήση αισθητήρων:Λόγω μη γραμμικότητας, απαιτείται ένας πίνακας αναζήτησης στην αλυσίδα ψηφιακής επεξεργασίας για τη βαθμονόμηση των υπολογισμών θερμοκρασίας. Υπάρχουν επίσης ορισμένοι αισθητήρες που χρησιμοποιούν ψηφιακές διεπαφές που είναι πιο βολικές στη χρήση, αλλά τα προβλήματα EMI θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη όταν τους τοποθετείτε κοντά σε διαδρομές υψηλής ισχύος σε πακέτα μπαταριών. Άλλες μέθοδοι μέτρησης, όπως το μεταλλικό PTC και το θερμοστοιχείο μπορούν να παρέχουν υψηλότερη ακρίβεια και μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασίας, αλλά με μεγαλύτερη ηλεκτρονική πολυπλοκότητα.
Μετάδοση δεδομένων
Τα χαρακτηριστικά και τα σενάρια εφαρμογής διαφορετικών λεωφορείων επικοινωνίας:απαιτείται επικοινωνία μεταξύ των μονάδων BMS και μεταξύ του BMS και ολόκληρου του συστήματος. Ο δίαυλος CAN χρησιμοποιείται συνήθως σε περιβάλλοντα οχημάτων, με ευελιξία και αντοχή στον θόρυβο. Ο δίαυλος LIN είναι σχετικά απλός αλλά αργός σε ταχύτητα, έχει χαμηλή ευελιξία και δεν είναι διαφορικός, καθιστώντας τον κατάλληλο για σενάρια με απαιτήσεις υψηλού κόστους. Άλλες διεπαφές επικοινωνίας μικρής εμβέλειας, όπως το SPI, το I2C και ο δίαυλος OneWire, δεν είναι κατάλληλες για επικοινωνία δομοστοιχείων σε μονάδα σε μεγάλες αποστάσεις, επιρρεπή σε παρεμβολές. Εάν η ταχύτητα διαύλου CAN είναι ανεπαρκής ή απαιτείται ντετερμινιστική ικανότητα σε πραγματικό χρόνο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο δίαυλος FlexRay ή το Ethernet.
5. Ισορροπία μπαταρίας
Ο λόγος για τη διαφορά στο SOC της μπαταρίας:Σε μπαταρίες που συνδέονται σε σειρά, οι διαφορές στην παραγωγή και οι διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας και περιβάλλοντος (όπως η θερμοκρασία) μπορεί να οδηγήσουν σε ανομοιομορφία μεταξύ των μπαταριών. Αυτοί οι παράγοντες μπορούν να προκαλέσουν διαφορετικές αρχικές συνθήκες, γήρανση και ρυθμούς αυτοεκφόρτισης, οδηγώντας σε αποκλίσεις στις τιμές SOC, χωρητικότητας και αντίστασης. Αυτή η ενότητα εστιάζει κυρίως στις διαφορές στο SOC και στη χωρητικότητα και δεν περιλαμβάνει διαφορές στην εσωτερική αντίσταση - Έρευνα έχει δείξει ότι ακόμη και οι μπαταρίες με την ίδια αρχική χωρητικότητα και φορτίο θα έχουν διαφορές στη χωρητικότητα μετά τη χρήση. Για παράδειγμα, μπαταρίες 18650 με την ίδια αρχική χωρητικότητα, με υπολειπόμενη χωρητικότητα 80% ως το πρότυπο τέλους ζωής, έχουν διάρκεια ζωής μεταξύ 1000-1500 φορές. Ταυτόχρονα, υπάρχουν διαφορές στον ρυθμό αυτοεκφόρτισης διαφορετικών μπαταριών, όπως οι εμπορικές μπαταρίες μαλακής συσκευασίας που αποθηκεύονται στους 40 βαθμούς C, όπου η αντίσταση αυτοεκφόρτισης κυμαίνεται μεταξύ 10k Ω και 14k Ω.
Εικόνα 6. (α) Λόγοι για μη ισορροπημένες κυψέλες μπαταρίας, αριθμοί βασισμένοι στο [57]. (β) Η ταξινόμηση των διαφορετικών μεθόδων ισορροπίας αναφέρεται στην κατεύθυνση μεταφοράς ενέργειας ως το όνομα της μεθόδου μη διασποράς που εμφανίζεται.
Η αναγκαιότητα της ισορροπίας:Οι διαφορές στο SOC, τη χωρητικότητα και την εσωτερική αντίσταση μπορεί να οδηγήσουν σε μείωση της διαθέσιμης ενέργειας της μπαταρίας, η οποία μπορεί να επιλυθεί μέσω ενός κυκλώματος ισορροπίας.
Επισκόπηση μεθόδων ισοζυγίου
Υλοποίηση υλικού:Η βιβλιογραφία περιγράφει διάφορες μεθόδους υλοποίησης υλικού για κυκλώματα εξισορρόπησης, οι οποίες μπορούν να ταξινομηθούν σε διαφορετικές δομές τοπολογίας, μεθόδους ελέγχου (όπως ενεργή/παθητική) ή εμπορική διαθεσιμότητα.
Μέθοδοι εξισορρόπησης σε εμπορικές εφαρμογές:Τα περισσότερα εμπορικά πακέτα μπαταριών χρησιμοποιούν ελεγχόμενα συστήματα παθητικής εξισορρόπησης, που επιτυγχάνονται με παράλληλες αντιστάσεις εξισορρόπησης και στα δύο άκρα της μπαταρίας. Αυτή η μέθοδος μπορεί να λύσει μόνο το πρόβλημα της διακύμανσης του SOC, με ένα μικρό ρεύμα ισορροπίας (περίπου 100 mA) και χωρίς αλλαγή στη χωρητικότητα της μπαταρίας, η οποία μπορεί να περιοριστεί από την απαγωγή ενέργειας του BMS ή τη διάμετρο του καλωδίου μεταξύ της μπαταρίας και του κυκλώματος παρακολούθησης. Κάθε μπαταρία ή παράλληλος συνδυασμός μπαταρίας έχει μια εναλλασσόμενη αντίσταση εξισορρόπησης με τιμή αντίστασης μεταξύ 30 Ω -40 Ω (υποθέτοντας τάση μπαταρίας 4,2 V) και κάθε μπαταρία καταναλώνει ισχύ μεταξύ 387 mW -430 mW.
Μέθοδοι για την επίλυση διαφορετικών προβλημάτων χωρητικότητας:Για την επίλυση διαφορετικών προβλημάτων χωρητικότητας, απαιτούνται πιο περίπλοκες μέθοδοι για την ανακατανομή της ενέργειας μεταξύ των μπαταριών χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικά ισχύος. Ωστόσο, αυτές οι μέθοδοι απαιτούν πολύπλοκους αλγόριθμους ελέγχου και ακριβούς επαγωγείς. Αν και υπάρχουν σχετικά προϊόντα IC BMS, δεν έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε εμπορικά πακέτα μπαταριών αυτοκινήτων.
6. Ασφάλεια καιδ αξιοπιστία
Ο γενικός στόχος της μείωσης του κινδύνου:Ένας από τους κύριους στόχους του BMS είναι να μειώσει τους κινδύνους που σχετίζονται με τη λειτουργία των μπαταριών ιόντων λιθίου σε πακέτα μπαταριών.
Εικόνα 7. Μοντέλο ισοδύναμου κυκλώματος του μπροστινού άκρου απόκτησης τάσης μπαταρίας, που δείχνει την ανιχνευσιμότητα σφαλμάτων γραμμής ανίχνευσης.
Ειδικά μέτρα ασφαλείας
Ασφάλεια υψηλής τάσης:Η ασφάλεια υψηλής τάσης του πακέτου μπαταριών διασφαλίζεται μέσω κυκλωμάτων παρακολούθησης μόνωσης και αλληλασφάλισης, τα οποία μπορούν να μειώσουν τον κίνδυνο δημιουργίας τόξου που προκαλείται από ρύπανση ή συμπύκνωση. Ταυτόχρονα, η σχεδίαση υλικού BMS θα πρέπει να ακολουθεί τα σχετικά πρότυπα για να διασφαλίζεται η απόσταση ερπυσμού και το ηλεκτρικό διάκενο του PCB και των βυσμάτων.
Ηλεκτρική μόνωση:Για να διασφαλιστεί η ηλεκτρική απομόνωση από την υψηλή τάση της μπαταρίας σε διεπαφές με άλλες μονάδες ελέγχου ή βοηθητικές πηγές ενέργειας, μπορεί να χρησιμοποιηθεί εξοπλισμός απομόνωσης που πληροί το πρότυπο "βελτιωμένης απομόνωσης". Χρησιμοποιούνται παραδοσιακοί οπτικοί συζεύκτες, αλλά πλέον οι "ψηφιακές απομονωτές" έχουν καλύτερη απόδοση IC.
Μέτρα πρόληψης πυρκαγιάς:Τοποθετήστε αισθητήρες θερμοκρασίας μέσα στη μπαταρία και ανταποκριθείτε σε κρίσιμες θερμοκρασίες. Μέθοδοι ανίχνευσης θερμοκρασίας με μικρότερο αισθητήρα (όπως φασματοσκοπία ηλεκτροχημικής αντίστασης) και νέες μέθοδοι μέτρησης θερμοκρασίας μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη μείωση του κινδύνου πυρκαγιάς.
Επαφές και ασφάλεια:Χρησιμοποιήστε έναν επαφέα για να αποσυνδέσετε τη μπαταρία από το σύστημα, ενώ συντονίζεστε με μια ασφάλεια. Εξετάστε τα λειτουργικά χαρακτηριστικά και των δύο και την επίδραση της παρασιτικής χωρητικότητας και επαγωγής εντός της μπαταρίας στην επιλογή των ασφαλειών.
Εσωτερική ασφάλεια των μπαταριών:Το BMS θα πρέπει να διασφαλίζει ότι η μπαταρία φορτίζεται εντός του καθορισμένου εύρους θερμοκρασίας, αποφεύγοντας την επιμετάλλωση λιθίου σε χαμηλή θερμοκρασία και τη βαθιά εκφόρτιση πριν από τη λειτουργία. Ταυτόχρονα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διαγνωστικοί αλγόριθμοι για την ανίχνευση εσωτερικών βραχυκυκλωμάτων.
Εικόνα 8. Μέτρηση μόνωσης: (α) Μόνωση σε συνδέσεις πληροφορικής. (β) Σχηματικό διάγραμμα μέτρησης μόνωσης.
Ζητήματα που σχετίζονται με το σχεδιασμό υλικού BMS
Ανίχνευση σφάλματος αισθητήρα:Με την αυξανόμενη πολυπλοκότητα της εφαρμογής υλικού και λογισμικού BMS, αυξάνεται η πιθανότητα σφαλμάτων λογισμικού και αστοχιών αισθητήρων. Για παράδειγμα, τα σφάλματα του καλωδίου στην ανίχνευση τάσης μπαταρίας δεν εντοπίζονται εύκολα μόνο μέσω της μέτρησης της τάσης, αλλά μπορούν να ανιχνευθούν μέσω συστημάτων εξισορρόπησης μπαταρίας ή κυκλωμάτων πηγής ρεύματος.
Έλεγχος εγκυρότητας αισθητήρα:Άλλα σφάλματα, όπως ελαττώματα αισθητήρα, μπορούν να εντοπιστούν μέσω διαγνωστικών αλγορίθμων και η εγκυρότητα των σημάτων του αισθητήρα μπορεί να ελεγχθεί χρησιμοποιώντας την ηλεκτρική συμπεριφορά της μπαταρίας.
Μέτρηση μόνωσης
Η σημασία και η δομή του συστήματος της μέτρησης μόνωσης:Το σύστημα υψηλής τάσης ηλεκτρικών ή μερικώς ηλεκτρικών οχημάτων κατασκευάζεται συνήθως ως δίκτυο πληροφορικής και χρειάζεται να ανιχνεύσει το πρώτο σφάλμα. Κατά τη μέτρηση της αντίστασης μόνωσης, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη τα χαρακτηριστικά χωρητικότητας και αντίστασης του συστήματος, καθώς η χωρητικότητα μπορεί να επηρεάσει τη μέτρηση.
Κοινές μέθοδοι μέτρησης:Οι συνήθεις μέθοδοι περιλαμβάνουν τη μέτρηση του ρεύματος κοινής λειτουργίας με χρήση πηνίου βρόχου και τον υπολογισμό της αντίστασης μόνωσης αλλάζοντας το δυναμικό μεταξύ του συστήματος και του πλαισίου μέσω διακοπτών και αντιστάσεων. Εισάγονται επίσης άλλες απλούστερες ή πιο σύνθετες μέθοδοι.
Πρότυπα μέτρησης μόνωσης:Η μέτρηση μόνωσης έχει σχετικές τυπικές προδιαγραφές για μεθόδους μέτρησης και ελάχιστες απαιτήσεις αντίστασης μόνωσης. Διαφορετικά πρότυπα έχουν διαφορές στις μεθόδους μέτρησης, τις τιμές αντίστασης και τον χρόνο μέτρησης.
7. Περίληψη
Γενικές απαιτήσεις και σχεδιαστικές εκτιμήσεις:Αυτό το άρθρο εισάγει κοινές έννοιες του υλικού BMS, ξεκινώντας από τις γενικές απαιτήσεις και παρέχοντας ζητήματα εφαρμογής. Η διαδικασία σχεδιασμού θα πρέπει να περιλαμβάνει όσο το δυνατόν περισσότερες παραμέτρους, αλλά οι απαιτήσεις θα πρέπει να ορίζονται σύμφωνα με τις ανάγκες της συσκευής-στόχου. Οι απαιτήσεις των διαφορετικών εφαρμογών ποικίλλουν πολύ και αυτές οι απαιτήσεις αποτελούν ένα καλό σημείο εκκίνησης για τα ζητήματα σχεδιασμού της μπαταρίας.
Τοπολογία BMS:Η δομή του συστήματος των μπαταριών επηρεάζει την τοπολογία BMS και ορισμένες εφαρμογές χρησιμοποιούν ειδικές μεθόδους παρακολούθησης για τη μείωση του βάρους ή της πολυπλοκότητας, όπως οι τέσσερις μπαταρίες επαγγελματικών ηλεκτρικών οχημάτων σε σύγκριση στην Ενότητα 3.3, οι οποίες έχουν ορισμένα κοινά χαρακτηριστικά λόγω των παρόμοιων εφαρμογών τους (όπως η χρήση επικοινωνίας CAN ), αλλά διαφέρουν ως προς την ολοκλήρωση και την εσωτερική επικοινωνία.
Μέτρηση φυσικής αξίας:Η ενότητα 4 παρέχει μια λεπτομερή εισαγωγή στις μεθόδους συλλογής και μετάδοσης των απαιτούμενων φυσικών τιμών. Οι διαφορετικές απαιτήσεις μέτρησης απαιτούν την επιλογή διαφορετικών μεθόδων με βάση τους περιορισμούς και τις ανάγκες της εφαρμογής.
Πρόβλημα ισορροπίας:Η ενότητα 5 περιγράφει τους λόγους και τις μεθόδους αντιστάθμισης για την ανισορροπία φόρτισης σε μπαταρίες σειράς, με την παθητική ισορροπία να είναι αυτή τη στιγμή η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος.
Ασφάλεια και αξιοπιστία:Η Ενότητα 6 παρέχει μια επισκόπηση των πτυχών ασφαλείας, συμπεριλαμβανομένης της συμμόρφωσης με το εύρος λειτουργίας της μπαταρίας για τη διασφάλιση της διάρκειας ζωής και την προστασία των χρηστών από κινδύνους υψηλής τάσης. Εισάγει τυπικές μεθόδους για την παρακολούθηση της μόνωσης και αναφέρει την ανάγκη να λαμβάνονται υπόψη οι κίνδυνοι σε επίπεδο συστήματος κατά την προστασία των μπαταριών.