ขอบเขตและสมมติฐานการทำงาน
เอกสารฉบับนี้กล่าวถึงสองระบบย่อยของแบตเตอรี่แรงฉุดลิเทียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4) ที่ใช้ในยานพาหนะประเภทรถกอล์ฟ ตัวอย่างเช่น แพลตฟอร์ม Club Car หรือ E-Z-GO ที่ดัดแปลงเป็นระบบพลังงานลิเทียม ได้แก่ สายโซ่การป้องกันกระแสแบบขึ้นกับเวลา และเส้นทางสัญญาณอนุญาตซึ่งระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ใช้อนุญาตหรือยับยั้งเครื่องชาร์จภายนอกและโหลด เอกสารนี้เขียนขึ้นสำหรับผู้ทำการติดตั้งรวมและช่างเทคนิคบริการที่ต้องตีความเหตุการณ์การป้องกันจากบันทึกประจำวัน (log) และพฤติกรรมที่สังเกตได้ แทนที่จะอาศัยผังวงจรภายใน
เอกสารนี้สมมติสถาปัตยกรรมเซลล์ต่ออนุกรมโดยมีการตรวจวัดแรงดันรายกลุ่ม การวัดกระแสระดับแพ็ก และการตรวจวัดอุณหภูมิที่เซลล์และฮาร์ดแวร์สวิตช์ เอกสารนี้กล่าวถึงกลไกทั่วไปของ BMS แบบ LFP โดยไม่ระบุค่าจุดตั้ง (setpoint) ค่าพิกัด หรือค่าเกณฑ์เฉพาะของ JTM เนื่องจากไม่มีข้อมูลดังกล่าวที่รองรับโดยบันทึกที่ผ่านการตรวจสอบในที่นี้ ค่าตัดจริงใด ๆ ต้องมาจากเอกสารประกอบของแพ็กนั้น ๆ เอง
หลักการทำงานและตรรกะการควบคุม
การป้องกันกระแสใน BMS แรงฉุดมีการจัดชั้นตามเวลาอย่างตั้งใจ มอเตอร์ขับรถกอล์ฟดึงกระแสกระชากสั้น ๆ ระหว่างการเร่งความเร็วหรือออกตัวบนทางลาดชัน ซึ่งสูงกว่าความสามารถทางความร้อนต่อเนื่องของเซลล์ บัสบาร์ ขั้วต่อ และสวิตช์จ่ายไฟอย่างมาก ดังนั้นตัวควบคุมจึงเปรียบเทียบกระแสที่วัดได้ I กับเกณฑ์หลายระดับ โดยแต่ละระดับจับคู่กับระยะเวลาที่อนุญาต
ลำดับเหตุการณ์เชิงเหตุผลคือ:
- อินพุตที่วัดได้: เซนเซอร์กระแสแบบชันต์หรือแบบฮอลล์รายงานกระแสของแพ็ก โดยสุ่มตัวอย่างอย่างต่อเนื่อง
- การตัดสินใจ: ตัวควบคุมประเมิน I เทียบกับแต่ละช่วงแบบมีเวลา โดยทั่วไปใช้โมเดลความร้อนหรือตัวนับ ไม่ใช่การตัดแบบทันทีเพียงค่าเดียว
- การเปลี่ยนเอาต์พุต/สถานะ: กระแสเกินที่คงอยู่ต่อเนื่องทำให้เส้นทางจ่ายไฟเปิดวงจร หรือ BMS ถอนสัญญาณเปิดใช้งานโหลด และบันทึกความผิดปกติเป็น latch
- การกลับมาทำงาน: หลังกระแสลดลงเป็นศูนย์และผ่านช่วงพักให้เย็นหรือช่วงรีเซ็ตที่กำหนดไว้แล้ว เส้นทางจะถูกเปิดใช้ใหม่ เว้นแต่ความผิดปกติจะถูกกำหนดให้เป็นแบบ latch
ตัวเลขกระแสพีคขนาดใหญ่เพียงค่าเดียวโดยไม่มีระยะเวลาไม่สามารถนำไปใช้ปฏิบัติได้ ขอบเขตการป้องกันคือชุดของคู่ (เกณฑ์, ระยะเวลา) รวมทั้งขีดจำกัดการลัดวงจร
สัญญาณอนุญาตการชาร์จทำงานตามรูปแบบเดียวกัน แทนที่ หรือนอกเหนือจาก การส่งกระแสชาร์จทั้งหมดผ่านสวิตช์ภายใน แพ็กจำนวนมากจะออกสัญญาณเปิดใช้งานให้เครื่องชาร์จ BMS ตรวจสอบแรงดันรายเซลล์และอุณหภูมิของเซลล์เทียบกับขีดจำกัดการชาร์จอย่างต่อเนื่อง หากเซลล์ที่สูงที่สุดเกินเพดานแรงดันชาร์จ หรือเซนเซอร์ที่เย็นที่สุดระบุอุณหภูมิที่การชาร์จลิเทียมเข้าสู่ขั้วลบเย็นเสี่ยงต่อการเกิดการเคลือบลิเทียมโลหะ สิทธิ์การชาร์จจะถูกถอนและความผิดปกติจะถูกบันทึก สิทธิ์จะกลับคืนมาเฉพาะเมื่ออินพุตที่เป็นปัญหากลับเข้าสู่หน้าต่างการชาร์จโดยมีฮิสเทรีซิส ตัวอย่างเช่น เมื่อแพ็กเย็นอุ่นขึ้นเหนือขอบเขตเปิดใช้งานการชาร์จ หน้าต่างอุณหภูมิสำหรับชาร์จและคายประจุแตกต่างกันเพราะกลไกการเสื่อมสภาพแตกต่างกัน
การทำสมดุลเป็นฟังก์ชันที่เกี่ยวข้องแต่แยกต่างหาก การทำสมดุลแบบพาสซีฟทำให้กระแสเล็กน้อยสูญเสียไปผ่านตัวต้านทานคร่อมกลุ่มเซลล์ที่แรงดันสูงกว่าใกล้ยอดของการชาร์จ เพื่อให้กลุ่มที่ต่ำกว่าไล่ทัน มันกระจายประจุใหม่ แต่ไม่ซ่อมแซมเซลล์อ่อนหรือเพิ่มค่าพิกัดกระแสใด ๆ
พารามิเตอร์และอินเทอร์เฟซ
พารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องและความหมาย:
- I_cont, กระแสคายประจุต่อเนื่อง (A): กระแสที่ยั่งยืนได้ทางความร้อนสำหรับเซลล์และฮาร์ดแวร์สวิตช์
- I_peak(t), ช่วงพีคแบบมีเวลา (A พร้อมวินาที): กระแสที่อนุญาตเฉพาะในระยะเวลาที่ระบุก่อนโมเดลการป้องกันตัด
- เพดานแรงดันชาร์จของเซลล์ (V ต่อกลุ่มอนุกรม): จุดที่สิทธิ์การชาร์จถูกถอน โดยปกติการควบคุมแรงดันจะยุติการชาร์จก่อนถึงระดับป้องกันนี้
- หน้าต่างอุณหภูมิชาร์จ (°C): ช่วงทั่วเซนเซอร์ของเซลล์ซึ่งอนุญาตให้ชาร์จได้ โดยเซนเซอร์ที่เย็นที่สุดเป็นตัวกำหนด
- หน้าต่างอุณหภูมิคายประจุ (°C): ช่วงสำหรับการจ่ายไฟให้โหลด ซึ่งกว้างกว่าหน้าต่างชาร์จในการออกแบบ LFP ทั่วไป
- ขอบส่วนต่างความไม่สมดุล (V): ส่วนต่างระหว่างเซลล์สูงสุดและต่ำสุด อาจมีคำเตือนก่อนการปิดระบบ
อินเทอร์เฟซประกอบด้วยเซนเซอร์กระแส สายตรวจจับรายกลุ่มเซลล์ เซนเซอร์อุณหภูมิ สวิตช์หรือคอนแทกเตอร์จ่ายไฟ เส้นสัญญาณอนุญาตเครื่องชาร์จหรือช่องทางสื่อสาร และบันทึกความผิดปกติ/เหตุการณ์ ค่าเป้าหมายของเครื่องชาร์จและจุดตัดการป้องกันของ BMS เป็นพารามิเตอร์ที่แตกต่างกัน เครื่องชาร์จควรจบการควบคุมแรงดันก่อน โดยที่การตัดของ BMS ทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันชั้นสุดท้าย
การตรวจสอบและการวินิจฉัยความผิดปกติ
การตรวจสอบความถูกต้องอย่างปลอดภัยต้องอาศัยหลักฐาน ไม่ใช่การทดสอบแบบตั้งใจเอง:
- อ่านบันทึกเหตุการณ์: การตัดกระแสเกินแบบมีเวลาแสดงขนาดกระแสและเวลาที่ผ่านไปในช่วงนั้น การยับยั้งอุณหภูมิต่ำแสดงอุณหภูมิเซนเซอร์ ณ จุดตัดและ ณ การคืนสิทธิ์
- สัมพันธ์การตัดกับภาระงาน: การตัดซ้ำ ๆ ที่เชื่อมโยงกับการเร่งความเร็วชี้ว่าโปรไฟล์กระแสจริงของยานเกินช่วงของแพ็ก ให้เปรียบเทียบกระแสที่วัดได้จริง ไม่ใช่ตัวเลขบนป้ายคอนโทรลเลอร์
- ตรวจสอบพฤติกรรมฮิสเทรีซิส: การตัดที่หายไปเองหลังพักให้เย็นคือเหตุการณ์ความร้อนแบบมีเวลา ความผิดปกติที่ต้องรีเซ็ตหรือต่อวงจรใหม่บ่งชี้การป้องกันแบบ latch
- สืบหาคำเตือนความไม่สมดุล: ส่วนต่างเซลล์สูง-ต่ำที่ขยายเพิ่มขึ้นระหว่างการยุติการชาร์จบ่งชี้กลุ่มเซลล์อ่อน การทำสมดุลแก้ไขสิ่งนี้ไม่ได้
- สำหรับการใช้งานอากาศเย็น ยืนยันจากบันทึกว่าแพ็กยับยั้งการชาร์จขณะเย็นและกลับมาชาร์จเฉพาะหลังอุ่นขึ้นแล้ว อย่าใช้แหล่งความร้อนภายนอกหรืออุปกรณ์จ่ายไฟที่ไม่มีเอกสารรับรองเพื่อบังคับการชาร์จ
ห้ามบายพาส BMS เปิดแพ็กแรงฉุดที่ปิดผนึก หรือใช้หัววัดแตะสายไฟกระแสสูงที่มีไฟฟ้า ในกรณีที่จำเป็นต้องสาธิตพฤติกรรมการตัด ให้ใช้การทดสอบในห้องปฏิบัติการที่มีคุณวุฒิภายใต้เงื่อนไขที่มีเอกสารกำกับ
ข้อจำกัด
เอกสารนี้อธิบายพฤติกรรมทั่วไปของ BMS แบบ LFP ไม่ใช่ข้อมูลผลิตภัณฑ์ JTM ที่ผ่านการตรวจสอบ เกณฑ์ ระยะเวลา เงื่อนไขการรีเซ็ต และโปรโตคอลการสื่อสารที่แน่นอนเป็นค่าเฉพาะของแต่ละแพ็กและต้องมาจากเอกสารประกอบของแพ็กที่ใช้งาน ห้ามนำค่าที่เผยแพร่สำหรับแพ็กของผู้ผลิตรายอื่นมาใช้กับแพ็กนี้เด็ดขาด การระบุชื่อ Club Car หรือ E-Z-GO เป็นเพียงการบอกบริบทประเภทยานเท่านั้น ไม่ได้หมายความว่าเข้ากันได้ เคมีเดียวกัน ได้รับการรับรอง หรือได้รับอนุญาตสำหรับแบตเตอรี่ใดแบตเตอรี่หนึ่งโดยเฉพาะ ความสามารถในการดูดซับของระบบเบรกพลังงานคืน (regen) ไม่ได้แฝงอยู่ในค่าพิกัดคายประจุ และต้องยืนยันแยกต่างหาก ฮาร์ดแวร์ป้องกันอาจเสียได้ BMS เป็นเพียงหนึ่งชั้นในกรณีความปลอดภัยซึ่งยังขึ้นกับฟิวส์ การเลือกขนาดสายไฟ การยึดเชิงกล และการจับคู่เครื่องชาร์จที่ถูกต้องด้วย