Phạm vi và các giả định vận hành
Tài liệu này đề cập đến hai hệ thống con của pin di động lithium iron phosphate (LiFePO4) dùng trên các xe thuộc hạng xe golf, ví dụ nền tảng Club Car hoặc E-Z-GO được chuyển đổi sang nguồn lithium: chuỗi bảo vệ dòng điện phụ thuộc thời gian, và đường tín hiệu cho phép mà qua đó hệ thống quản lý pin (BMS) cho phép hoặc ngăn chặn các bộ sạc và tải bên ngoài. Tài liệu được viết cho các nhà tích hợp và kỹ thuật viên dịch vụ phải diễn giải các sự kiện bảo vệ từ nhật ký và hành vi quan sát được thay vì từ sơ đồ mạch nội bộ.
Tài liệu giả định kiến trúc pin nối tiếp với cảm ứng điện áp theo từng nhóm, đo dòng điện ở cấp bộ pin, và cảm biến nhiệt độ trên các cell và phần cứng đóng cắt. Tài liệu xem xét các cơ chế BMS LFP nói chung; không có bất kỳ giá trị đặt, định mức hoặc ngưỡng nào riêng cho JTM được nêu ra, vì không có giá trị nào như vậy được hỗ trợ bởi các hồ sơ đã xác minh tại đây. Bất kỳ giá trị ngắt chính xác nào cũng phải đến từ tài liệu của chính bộ pin.
Nguyên lý hoạt động và logic điều khiển
Bảo vệ dòng điện trong BMS di động được phân cấp theo thời gian một cách cố ý. Động cơ dẫn động của xe golf tiêu thụ một dòng tăng vọt ngắn trong lúc tăng tốc hoặc khởi hành trên dốc, cao vượt xa khả năng nhiệt liên tục của các cell, thanh góp, đầu nối và công tắc xả. Bộ điều khiển do đó so sánh dòng điện đo được I với nhiều ngưỡng, mỗi ngưỡng đi kèm một thời lượng được phép.
Chuỗi nhân quả là:
- Đầu vào đo được: cảm biến dòng điện kiểu shunt hoặc hiệu ứng Hall báo dòng bộ pin, được lấy mẫu liên tục.
- Quyết định: bộ điều khiển đánh giá I đối với từng dải có định thời, thường bằng mô hình nhiệt hoặc bộ đếm, chứ không phải một điểm cắt tức thời đơn lẻ.
- Thay đổi đầu ra/trạng thái: dòng dư thừa kéo dài làm mở đường xả, hoặc BMS thu hồi tín hiệu cho phép tải, và chốt một bản ghi lỗi.
- Phục hồi: sau khi dòng điện giảm về không và một khoảng thời gian nguội hoặc đặt lại đã định nghĩa trôi qua, đường dẫn được kích hoạt lại trừ khi lỗi được cấu hình là dạng chốt.
Một con số dòng đỉnh lớn đơn lẻ không kèm thời lượng là không thể hành động theo; biên bảo vệ là một tập hợp các cặp (ngưỡng, thời lượng) cộng với một giới hạn ngắn mạch.
Tín hiệu cho phép sạc tuân theo cùng một khuôn mẫu. Thay vì, hoặc ngoài việc, cho toàn bộ dòng sạc đi qua một công tắc nội bộ, nhiều bộ pin phát một tín hiệu cho phép đến bộ sạc. BMS liên tục kiểm tra điện áp từng cell và nhiệt độ từng cell so với các giới hạn sạc. Nếu cell cao nhất vượt trần sạc của nó, hoặc cảm biến lạnh nhất cho thấy nhiệt độ mà tại đó việc sạc lithium vào anode lạnh có nguy cơ gây lắng kim loại lithium, quyền sạc bị thu hồi và lỗi được ghi nhật ký. Quyền sạc chỉ trở lại khi đầu vào gây lỗi quay trở lại bên trong cửa sổ sạc cùng với trễ hysteresis, ví dụ khi một bộ pin lạnh ấm lên trên biên cho phép sạc của nó. Cửa sổ nhiệt độ sạc và xả khác nhau vì các cơ chế suy giảm khác nhau.
Cân bằng là một chức năng liên quan nhưng tách biệt. Cân bằng thụ động tiêu tán một dòng nhỏ qua điện trở trên các nhóm cell có điện áp cao hơn gần điểm đầy để các nhóm thấp hơn bắt kịp. Nó phân bổ lại điện tích; nó không sửa chữa một cell yếu hay nâng bất kỳ định mức dòng nào.
Tham số và giao diện
Các tham số liên quan và ý nghĩa của chúng:
- I_cont, dòng xả liên tục (A): dòng điện bền vững về mặt nhiệt cho các cell và phần cứng công tắc.
- I_peak(t), các dải đỉnh có định thời (A kèm giây): các dòng chỉ được phép trong thời lượng đã nêu trước khi mô hình bảo vệ ngắt.
- Trần điện áp sạc của cell (V trên mỗi nhóm nối tiếp): điểm mà tại đó quyền sạc bị thu hồi; quá trình điều tiết thường kết thúc sạc sớm hơn nhiều so với mức bảo vệ này.
- Cửa sổ nhiệt độ sạc (°C): dải trên các cảm biến cell mà trong đó sạc được phép; cảm biến lạnh nhất có tính quyết định.
- Cửa sổ nhiệt độ xả (°C): dải cho việc cấp tải; rộng hơn cửa sổ sạc trong các thiết kế LFP điển hình.
- Biên độ lệch cân bằng (V): khoảng chênh giữa cell cao nhất và thấp nhất; một cảnh báo có thể đi trước khi ngắt.
Các giao diện bao gồm cảm biến dòng điện, các đường cảm ứng nhóm cell, cảm biến nhiệt độ, công tắc hoặc contactor xả, đường cho phép bộ sạc hoặc kênh truyền thông, và nhật ký lỗi/sự kiện. Mục tiêu của bộ sạc và điểm cắt bảo vệ của BMS là hai tham số khác nhau: bộ sạc nên hoàn tất điều tiết trước, với việc ngắt của BMS làm biện pháp dự phòng.
Kiểm chứng và chẩn đoán lỗi
Việc thẩm định an toàn dựa vào bằng chứng, không dựa vào kiểm tra ứng tác:
- Đọc nhật ký sự kiện: một lần ngắt quá dòng định thời thể hiện biên độ dòng và thời gian trôi qua trong dải; một lần ngăn sạc nhiệt độ thấp thể hiện nhiệt độ cảm biến lúc ngắt và lúc quyền sạc được khôi phục.
- Đối chiếu các lần ngắt với nhiệm vụ: các lần ngắt lặp lại liên quan đến tăng tốc cho thấy hồ sơ dòng thực của xe vượt các dải của bộ pin; hãy so sánh dòng tiêu thụ đo được, không phải các con số trên nhãn của bộ điều khiển.
- Kiểm tra hành vi trễ: một lần ngắt tự xóa sau khi nguội là một sự kiện nhiệt định thời; một lỗi yêu cầu đặt lại hoặc kết nối lại cho thấy một bảo vệ dạng chốt.
- Điều tra các cảnh báo lệch cân bằng: khoảng chênh cell cao-thấp gia tăng trong lúc kết thúc sạc gợi ý một nhóm yếu; cân bằng không thể khắc phục điều này.
- Với vận hành thời tiết lạnh, xác nhận từ nhật ký rằng bộ pin đã ngăn sạc khi lạnh và chỉ tiếp tục sau khi ấm lên; đừng áp dụng nguồn nhiệt bên ngoài hoặc nguồn cung không có tài liệu để cưỡng ép sạc.
Đừng bỏ qua BMS, mở bộ pin di động kín, hay thăm dò dây dòng cao đang mang điện. Khi hành vi ngắt cần phải được chứng minh, hãy sử dụng kiểm tra tại phòng thí nghiệm đủ điều kiện ở các điều kiện đã được ghi chép.
Hạn chế
Tài liệu này mô tả hành vi BMS LFP nói chung, không phải dữ liệu sản phẩm JTM đã được xác minh. Các ngưỡng, thời lượng, điều kiện đặt lại và giao thức truyền thông chính xác là đặc thù cho từng bộ pin và phải được lấy từ tài liệu bộ pin áp dụng; các giá trị công bố cho bộ pin của nhà sản xuất khác tuyệt đối không được chuyển sang. Việc nêu tên Club Car hoặc E-Z-GO chỉ xác định bối cảnh hạng xe; nó không hàm ý khả năng tương thích, hóa học, chứng nhận, hay sự cho phép đối với bất kỳ pin cụ thể nào. Khả năng hấp thụ của phanh tái sinh không được hàm ý bởi các định mức xả và phải được xác nhận riêng biệt. Phần cứng bảo vệ có thể hỏng; BMS là một lớp trong một hồ sơ an toàn còn phụ thuộc vào cầu chì, tiết diện cáp, giữ cơ học và sự khớp bộ sạc đúng cách.