ขอบเขตและสมมติฐานการทำงาน
เอกสารฉบับนี้กล่าวถึงกลไกการประสานงานสองประการในระบบแรงฉุดของยานยนต์ไฟฟ้าขนาดเบา (LEV) ได้แก่ ปฏิสัมพันธ์กระแสเกินขีดจำกัดระหว่างการป้องกันแบตเตอรี่กับความต้องการกระแสของตัวควบคุมมอเตอร์ และการส่งสัญญาณอนุญาตการชาร์จระหว่างระบบบริหารจัดการแบตเตอรี่ (BMS) กับเครื่องชาร์จ เอกสารนี้เขียนขึ้นสำหรับวิศวกร ผู้บูรณาการระบบ และทีมงานบริการทางเทคนิคที่ทำงานกับแบตเตอรี่แรงฉุดลิเธียมไอออนแบบต่ออนุกรมซึ่งใช้ในยานยนต์ไฟฟ้าสองล้อ รวมถึงแพลตฟอร์มของผู้ผลิตเช่น VINFAST การอ้างอิงดังกล่าวเป็นเพียงขอบเขตการใช้บังคับเท่านั้น และไม่ได้ระบุถึงเคมี ค่าตั้งการป้องกัน หรือองค์ประกอบของยานพาหนะใดยานพาหนะหนึ่งโดยเฉพาะ
สมมติฐาน:
- แบตเตอรี่ประกอบด้วย S กลุ่มเซลล์ต่ออนุกรม โดยมีเซลล์ต่อขนาน P เซลล์ต่อกลุ่มเป็นตัวเลือก จำนวนอนุกรมกำหนดระดับชั้นแรงดันไฟฟ้า จำนวนขนานขยายความจุ
- BMS ตรวจวัดกระแสและอุณหภูมิของแบตเตอรี่ สามารถตัดวงจรการคายประจุ และสามารถเปิดหรือปิดการชาร์จผ่านสัญญาณควบคุมไปยังเครื่องชาร์จในกรณีที่มีอินเทอร์เฟซดังกล่าว
- ตัวควบคุมมอเตอร์ดึงกระแสตามคันเร่งและโหลด ในกรณีที่มีตัวควบคุมหลักและตัวควบคุมเสริมอยู่ร่วมกัน ความต้องการกระแสสูงสุดของทั้งสองอาจเกิดขึ้นพร้อมกันได้
เฟิร์มแวร์ของเครื่องชาร์จ การออกแบบทางความร้อน และโครงสร้างเชิงกลอยู่นอกขอบเขต
หลักการทำงานและตรรกะการควบคุม
ด้านการคายประจุ ลำดับความเชื่อมโยงเหตุ-ผลคือ BMS วัดกระแสคายประจุของแบตเตอรี่อย่างต่อเนื่อง ค่าที่วัดได้จะถูกเปรียบเทียบกับขีดจำกัดการป้องกันของแบตเตอรี่ หากความต้องการกระแสรวมของตัวควบคุมเกินขีดจำกัดนั้น BMS จะเข้าสู่สถานะป้องกันกระแสเกินและตัดการเชื่อมต่อเอาต์พุต ผู้ขับขี่จะสังเกตเห็นกำลังลดลงอย่างฉับพลันและการเร่งแบบสะดุด การจ่ายกำลังจะกลับมาเมื่อความต้องการกระแสลดลงกลับเข้าสู่ช่วงการป้องกัน การตัดวงจรซ้ำ ๆ ระหว่างการเร่งหรือการไต่ลาดจึงบ่งชี้ความไม่สอดคล้องกันระหว่างความต้องการกระแสของตัวควบคุมกับค่าพิกัดของแบตเตอรี่ ไม่ใช่อุปกรณ์ป้องกันที่ชำรุด การทำงานต่อเนื่องในสภาวะเช่นนี้จะสร้างความเครียดให้เส้นทางการป้องกันและเร่งการเสื่อมสภาพของเซลล์ จึงเป็นความผิดปกติระดับการออกแบบที่ต้องแก้ไข มิใช่โหมดการทำงานที่ยอมรับได้
ในเชิงทิศทาง ความสามารถการคายประจุต่อเนื่องของแบตเตอรี่ควรสูงกว่ากระแสสูงสุดรวมที่ตัวควบคุมทั้งหมดสามารถดึงพร้อมกันได้ เพื่อให้การป้องกันไม่ทำงานภายในช่วงแรงฉุดปกติของยานพาหนะ ไม่มีการระบุค่าอัตราส่วนความต่างเชิงตัวเลขสากลใด ๆ ณ ที่นี้ การกำหนดขนาดต้องยึดจากค่าพิกัดที่ผ่านการตรวจสอบของแบตเตอรี่แต่ละรุ่นโดยเฉพาะ
ค่าตั้งกระแสของตัวควบคุมเป็นตัวแปรการปรับจูนในตัวมันเอง ค่าตั้งที่สูงเมื่อเทียบกับความสามารถของแบตเตอรี่ให้การเร่งและความสามารถไต่ลาดที่ดีเยี่ยม แต่แลกกับกระแสคายประจุขณะนั้นที่สูงขึ้น การใช้พลังงานที่เร็วขึ้น ระยะทางที่ลดลง และการเสื่อมสภาพที่เร็วขึ้น ค่าตั้งที่ต่ำให้ผลตรงกันข้าม ทั้งสองสุดขั้วไม่ใช่ความผิดปกติโดยตัวมันเอง ค่าตั้งนี้เป็นการประนีประนอมระหว่างกำลังที่ต้องการกับความสามารถและอายุการใช้งาน
ด้านการชาร์จ ในฐานะกลไกทั่วไปที่รองรับโดยเอกสารหลักของผู้ผลิตรายอื่น (มิใช่ข้อกำหนดของ GOTION JTM) BMS สามารถควบคุมการชาร์จตามอุณหภูมิของแบตเตอรี่ที่วัดได้ กล่าวคือ เมื่ออุณหภูมิต่ำกว่าขอบล่างที่อนุญาตให้ชาร์จ เครื่องชาร์จจะถูกปิด — โดยเหมาะสมที่สุดผ่านอินพุตเปิด/ปิดแบบรีโมต — และการชาร์จจะกลับมาทำงานเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นเหนือขอบล่างเล็กน้อย ซึ่งเกิดค่าการหน่วงของเกณฑ์ (hysteresis) ที่ป้องกันการแกว่งไปมาอย่างรวดเร็วรอบค่าเกณฑ์ การประมาณค่า SoC อาจอยู่ในหน่วยเฝ้าระวังแบตเตอรี่ภายนอกแทนที่จะอยู่ในแบตเตอรี่เอง ในกรณีเช่นนั้นแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่และเซลล์ยังคงเป็นข้อมูลการสังเกตที่เชื่อถือได้ที่สุดระหว่างการทำงานที่ถูกจำกัด ทั้งหมดนี้เป็นรูปแบบสถาปัตยกรรมทั่วไป ค่าเกณฑ์ที่แน่นอนและเส้นทางสัญญาณเป็นค่าเฉพาะของผลิตภัณฑ์แต่ละรุ่น
พารามิเตอร์และอินเทอร์เฟซ
- S (ไร้หน่วย): กลุ่มเซลล์อนุกรม แรงดันไฟฟ้าพิกัดของสแตก V_nom = S × V_cell,nom แรงดันไฟฟ้าเต็มประจุ V_full = S × V_cell,max โดย V_cell มีหน่วยเป็นโวลต์ ตัวอย่างเช่น สแตก 13S ของเซลล์พิกัด 3.7 V / สูงสุด 4.2 V จะมีแรงดันไฟฟ้าพิกัดประมาณ 48 V และเต็มประจุ 54.6 V จำนวน S ที่สูงขึ้นจะยกระดับชั้นแรงดันตามลำดับ ทั้งหมดนี้เป็นตัวอย่างเชิงเลขคณิต มิใช่ค่าพิกัด
- P (ไร้หน่วย): เซลล์ต่อขนานต่อกลุ่ม ความจุของแบตเตอรี่ (Ah) แปรผันเชิงเส้นตรงกับ P ที่ความจุเซลล์คงที่
- กระแสคายประจุต่อเนื่องของ BMS (A): กระแสที่แบตเตอรี่จ่ายได้อย่างต่อเนื่องโดยที่การป้องกันไม่ทำงาน เป็นพจน์ฝั่งจ่ายกำลังของการเปรียบเทียบเชิงประสานงาน
- กระแสสูงสุดรวมของตัวควบคุม (A): ผลรวมของความต้องการกระแสสูงสุดพร้อมกันของตัวควบคุมหลักบวกตัวควบคุมเสริม เป็นพจน์ฝั่งความต้องการ
- ค่าตั้งขีดจำกัดกระแสของตัวควบคุม (A): พารามิเตอร์การบูรณาการที่แลกกันระหว่างสมรรถนะกับการใช้พลังงาน ระยะทาง และการเสื่อมสภาพ
- ช่วงอุณหภูมิที่อนุญาตให้ชาร์จ (°C): ขอบล่างและขอบบนเฉพาะของแบตเตอรี่ซึ่ง BMS เปิดใช้งานการชาร์จภายในช่วงดังกล่าว ค่าต่าง ๆ ถูกกำหนดโดยความต้องการของผู้ผลิตเซลล์และต้องไม่ถูกถ่ายโอนระหว่างผลิตภัณฑ์
ค่าเกณฑ์การตัดวงจร ค่าหน่วงเวลาการตัดวงจร โทโพโลยีการตรวจวัดกระแส ตัวระบุการสื่อสาร และวิธีการตัดการเชื่อมต่อเป็นค่าเฉพาะของแบตเตอรี่และเฟิร์มแวร์แต่ละรุ่น และไม่ได้ระบุ ณ ที่นี้
การตรวจสอบและการวินิจฉัยความผิดปกติ
- กำลังลดลงอย่างฉับพลันระหว่างการเร่งเต็มคันเร่งหรือการไต่ลาด พร้อมกลับมาปกติเมื่อความต้องการกระแสลดลง เป็นอาการเด่นเฉพาะลักษณะของการป้องกันที่ทำงานเมื่อความต้องการกระแสรวมเกินกว่าที่รองรับได้ การแก้ไขคือการปรับค่าตั้งตัวควบคุมกับค่าพิกัดของแบตเตอรี่ให้สอดคล้องกันใหม่ ในกรณีที่ยานพาหนะเปิดเผยบันทึกกระแส ความต้องการกระแสสูงสุดที่บันทึกไว้เทียบกับความสามารถจ่ายต่อเนื่องตามพิกัดคือหลักฐานชี้ขาด
- การทำงานต่อเนื่องในสภาวะที่การป้องกันตัดวงจรซ้ำ ๆ เป็นกลไกการเสื่อมสภาพในตัวของมันเอง และควรถูกยกระดับให้แก้ไข มิใช่ยอมรับไว้
- ระยะทางต่ำกว่าความคาดหวังอย่างมากควบคู่กับการเร่งที่ดีเยี่ยมบ่งชี้ว่าค่าตั้งตัวควบคุมสูงเกินไปเมื่อเทียบกับความสามารถของแบตเตอรี่ ในทางกลับกัน ความสามารถไต่ลาดที่ซบเซาควบคู่กับระยะทางที่ดีเยี่ยมบ่งชี้สภาวะตรงกันข้าม
- การชาร์จที่ไม่เริ่มต้นในสภาวะอากาศเย็น แล้วเริ่มขึ้นหลังแบตเตอรี่อุ่นขึ้น บ่งชี้ว่าการควบคุมการอนุญาตการชาร์จทำงานตามการออกแบบ มิใช่ความชำรุดของเครื่องชาร์จ — โดยมีเงื่อนไขว่าจุดที่กลับมาทำงานที่สังเกตได้สอดคล้องกับช่วงที่ระบุไว้ของแบตเตอรี่ การตรวจสอบเช่นนี้ควรใช้ข้อมูลอุณหภูมิที่บันทึกไว้และสถานะเปิดใช้งานเครื่องชาร์จ มิใช่การวัดขณะวงจรมีไฟฟ้าที่จัดทำขึ้นเองโดยไม่มีมาตรฐาน
- ในกรณีที่ SoC ถูกคำนวณภายนอก ควรไม่เชื่อถือค่าประมาณของหน่วยเฝ้าระวังระหว่างการทำงานที่ถูกจำกัด และควรตัดสินจากแรงดันไฟฟ้าเซลล์และสถานะ BMS
- การยืนยันสำหรับแบตเตอรี่ใดแบตเตอรี่หนึ่งต้องอาศัยข้อมูลพิกัดของแบตเตอรี่นั้นเองและหลักฐานจากห้องปฏิบัติการที่ผ่านการรับรองเท่านั้น มิใช่ตัวเลขของผู้ผลิตรายอื่น
ข้อจำกัด
กลไกด้านการคายประจุนี้มีที่มาจากคำแนะนำทั่วไปของอุตสาหกรรม มิใช่ข้อมูลการทดสอบด้วยเครื่องมือวัด ไม่มีการระบุค่าเกณฑ์การป้องกัน เส้นโค้งการตัดวงจร จังหวะเวลาการกลับมาทำงาน โปรโตคอลการสื่อสาร หรือตัวเลขผลิตภัณฑ์ JTM ใด ๆ คำอธิบายเรื่องการอนุญาตการชาร์จและการหน่วงของเกณฑ์การกลับมาทำงาน (resume hysteresis) เป็นรูปแบบสถาปัตยกรรมทั่วไปที่มาจากเอกสารของผู้ผลิตรายอื่น และไม่สามารถถ่ายโอนไปใช้เป็นข้อกำหนดได้ ไม่มีการอ้างสิทธิ์ความเข้ากันได้ การรับรอง เคมี หรือสมรรถนะใด ๆ สำหรับยานพาหนะ ตัวควบคุม หรือแบตเตอรี่ใด ๆ รวมถึงแพลตฟอร์ม VINFAST การประสานงานเฉพาะรุ่นต้องยึดข้อมูลที่ผ่านการตรวจสอบของแบตเตอรี่นั้นเอง