Vad är realtidsövervakning-?
BMS behöver veta vad som händer inuti förpackningen. Spänning per cell, total ström, temperaturer vid flera punkter. Dessa data kommer in kontinuerligt, inte samplade då och då. Det är övervakning i realtid.-
Spänningsmätning
Det är här det mesta av kostnaden går i en BMS-design.
Varje cell eller parallell grupp behöver sin egen spänningsavkänningslinje tillbaka till en analog frontänd-IC. För ett 16S-paket som är hanterbart. För ett 100S+ EV-paket tittar du på flera AFE-chips-sammankopplade, isolerad kommunikation mellan dem och ett kablage som kräver verklig ansträngning för att dra rent. Noise pickup är en konstant kamp. Long sense-ledningar fungerar som antenner. Tvinnade par hjälper. Att hålla höga{10}}strömbanor borta från avkänningslinjer hjälper mer.
AFE-noggrannhetsspecifikationen betyder mycket mer än vad folk förväntar sig. NMC-celler har kanske 1,4V användbart spänningsområde. Vid 4,2V är du full. Vid 4,25V pläterar du litium och dödar cellen. Det är 50mV marginal. Om din AFE har en noggrannhet på ±15mV har du redan förbrukat mer än halva din budget på enbart mätfel. Det är därför som högspänningspaket från alla anständiga leverantörer av litiumbatterier använder de dyra AFEs-6815, 6813, den nivån. De billiga fungerar bra för 4S elverktygspaket. Inte för dragkraft.
LFP är mer förlåtande i den övre änden men spänningskurvan är så platt i mitten att SOC-uppskattning blir svår. Du behöver bra noggrannhet av en annan anledning.
Nuvarande
Halleffektsensorer eller shuntar. Hallarna är elektriskt isolerade vilket förenklar designen. Shuntar är mer exakta men de sitter i strömbanan, så BMS-avkänningskretsen måste hantera vanlig-lägesspänning lika med packspänning. Inte trivialt på ett 400V-system.
Shuntar avleder också kraft. En 100µΩ shunt vid 500A sjunker 50mV och förbränner 25W. Det är värme du ska klara av. Och shuntmotståndet avviker med temperaturen, så strömavläsningen driver också om du inte kompenserar. Billiga BMS-designer gör det inte. Sedan går SOC iväg under loppet av en dag och ingen vet varför.
Temperatur
Termistorer är billiga. Placering är den svåra delen.
Ett paket kan ha 200 celler men bara 6-8 temperatursensorer. Vart tar de vägen? Cellerna i det geometriska centrumet är hetast eftersom de är omgivna av andra värmekällor. Celler nära höljet förlorar värme till omgivningen. Celler nära samlingsskenor tar upp ledningsvärme från högströmsanslutningar. En tillverkare av litiumbatterisystem som gör detta korrekt kör CFD eller åtminstone en förenklad termisk modell innan de bestämmer sig för sensorplatser. Resten sätter en termistor per modul och hoppas på det bästa.
Sensorn måste röra cellen. Flyt inte i luft nära cellen. Lufttemperaturen inuti ett hölje säger nästan ingenting om cellyttemperaturen. Vi har sett 8-10 graders skillnader mellan luft och cellyta i förpackningar som såg bra ut på papper.
Termiskt gränssnittsmaterial spelar också roll. En torr kontakt mellan termistor och cellburk har hög termisk resistans. Läsningen släpar efter verkligheten. När sensorn visar 45 grader kan cellen redan vara på 52 grader och klättra.
Vad BMS gör med data
SOC-uppskattning är huvudsaken. Coulomb-räkning integrerar ström över tiden. OCV-sökning korrelerar vilospänning till laddningstillstånd. Kalman filter eller liknande kombinerar de två. Ingen av dessa fungerar perfekt. Coulomb räknar drift eftersom strömmätningen inte är perfekt och du kan aldrig veta den verkliga utgångspunkten. OCV-sökning kräver att paketet vilar ett tag, vilket inte händer i kontinuerlig drift. Kalman-filtret hjälper men det är bara lika bra som cellmodellen det är byggt på, och cellerna åldras.
SOH-uppskattning spårar nedbrytning. Kapacitet bleknar, motståndstillväxt. Detta innebär vanligtvis att regelbundet köra en kontrollerad laddning eller urladdning och jämföra med baslinjen. Vissa system försöker uppskatta det online från driftsdata. Resultaten varierar.
Skyddslogik är enklare. För hög spänning, sluta ladda. För låg, sluta ladda ur. För hög ström, koppla ur. Temperaturen är för hög, reducera eller koppla bort. Det här är bara tröskeljämförelser. Att få tröskelvärdena rätt kräver lite tanke-för hårt och du snubblar ständigt falskt-, för löst och du låter cellerna skadas.
Balansering
Celler glider isär med tiden. Passiv balansering bränner bort överskottsladdning genom resistorer, vanligtvis vid 50-100mA. Det är långsamt. Under en 4-timmars laddningscykel kan passiv balansering röra sig 200-400mAh. Om dina celler är 2000mAh ur balans kommer det inte att klippa det.
Aktiv balansering överför laddning mellan celler med hjälp av induktorer eller kondensatorer. Mycket snabbare, effektivare, dyrare, mer komplicerat. För industriella litiumbatterilösningar där förpackningar cyklar hårt dagligen, är aktiv balansering vettigt. För ett paket som sitter på 50 % SOC för det mesta med tillfällig användning är passivt bra.
Kommunikation
CAN-buss för fordon. Modbus för stationära. Båda fungerar. Välj vad resten av systemet använder.
Molnanslutningar låter bra på papperet. I praktiken har hälften av platserna en sopcellssignal och installatören hade inte budget för en extern antenn. Lokal dataloggning med periodisk uppladdning fungerar bättre för de flesta kommersiella driftsättningar av litiumbatterileverantörer än att anta konstant anslutning.
Standarder
ISO 6469 och UN ECE R100 för bilar. UL 9540 för stationär förvaring. OSHA och lokala brandregler för industriella laddningsområden. En OEM-partner för litiumbatterier bör veta vilka som gäller för din målmarknad. Kraven på isoleringsövervakning i fordonsstandarderna gör att människor blir mer än något annat i volymproduktion.
Realtidsövervakning-är inte valfritt. Frågan är hur mycket noggrannhet och sofistikering du behöver, och det beror på cellerna, applikationen och konsekvenserna av att göra fel.
