(News.oto-hui.com) – Pin là thành phần cơ bản của xe điện, thể hiện một bước tiến tới khả năng di chuyển bền vững. Hệ thống quản lý pin (Battery Management System – BMS) là một thành phần quan trọng của xe điện và xe hybrid. Mục đích chính của nó là đảm bảo hoạt động của pin an toàn và đáng tin cậy.
Tổng quan về BMS
BMS bảo vệ cả người dùng và khối pin bằng cách đảm bảo rằng pin hoạt động ổn định trong các giới hạn an toàn. BMS giám sát Tình trạng (State Of Health – SOH) của pin, thu thập dữ liệu, kiểm soát các yếu tố bên ngoài môi trường ảnh hưởng đến từng cell pin và cân bằng chúng để đảm bảo điện áp do từng cell pin tạo ra là như nhau.
Bộ pin có BMS được kết nối với hệ thống mạng giao tiếp trên ô tô được gọi là bộ pin thông minh. Nó có thể bao gồm các tính năng và chức năng bổ sung như tích hợp đồng hồ báo mức năng lượng, giao thức giao tiếp qua mạng thông minh, General Purpose Input Output (GPIO), cân bằng từng cell pin, sạc không dây, bộ sạc pin tích hợp và mạch bảo vệ,…
Tất cả đều nhằm mục đích cung cấp thông tin về trạng thái năng lượng của pin. Thông tin này có thể giúp xe điện phân bổ, tiết kiệm năng lượng một cách thông minh.
Bộ pin thông minh có thể tự quản lý quá trình sạc, tạo danh sách lỗi gặp phải, phát hiện và thông báo cho người dùng về tình trạng sạc yếu, dự đoán thời lượng sử dụng pin hoặc thời gian sử dụng còn lại.
BMS cũng cung cấp thông tin về dòng điện, điện áp và nhiệt độ của từng cell pin và liên tục tự sửa mọi lỗi phát sinh để duy trì độ chính xác dự đoán của nó.
Bộ pin thông minh thường được thiết kế để sử dụng trong các thiết bị di động như máy tính xách tay và có các thiết bị điện tử tích hợp giúp cải thiện độ tin cậy, an toàn, tuổi thọ và chức năng của pin. Những tính năng này cho phép phát triển các sản phẩm cuối thân thiện với người dùng và đáng tin cậy hơn.
Ví dụ: với bộ sạc tích hợp, pin có thể có vòng đời dài hơn vì bộ sạc đạt thông số kỹ thuật lý tưởng, tối ưu trong giới hạn nhiệt độ. Đồng hồ đo năng lượng chính xác cho phép người dùng tự tin xả pin đến mức giới hạn và không lo làm hỏng pin. General Purpose Input Output (GPIO), là một giao diện được sử dụng để kết nối các thiết bị điện tử và bộ vi điều khiển như điốt, cảm biến, màn hình, v.v.
Chức năng của BMS
Một chiếc xe điện có trang bị BMS có thể cải thiện độ an toàn. Hệ thống quản lý pin thực hiện bốn chức năng sau:
1. Theo dõi thông số pin
Đây là chức năng chính của BMS. Nó theo dõi trạng thái của một cell pin thông qua các tham số như:
- Điện áp – cho biết tổng điện áp của từng cell pin, điện áp kết hợp của cả khối pin, điện áp tối đa và tối thiểu của từng cell pin, v.v.
- Nhiệt độ – hiển thị nhiệt độ trung bình của pin, nhiệt độ đầu vào và đầu ra của dung dịch làm mát cũng như nhiệt độ tổng thể của pin.
- Trạng thái sạc của từng cell pin để hiển thị mức sạc của pin.
- Trạng thái hoạt động của từng cell pin – hiển thị dung lượng pin còn lại dưới dạng phần trăm.
- Trạng thái năng lượng của từng cell pin – hiển thị lượng điện năng sẵn có trong một khoảng thời gian nhất định dựa trên mức sử dụng hiện tại, nhiệt độ và các yếu tố khác.
- Trạng thái an toàn của từng cell pin – được xác định bằng cách theo dõi chung tất cả các thông số và xác định xem việc sử dụng tế bào có gây nguy hiểm gì không.
- Hướng di chuyển của dung dịch làm mát và tốc độ của nó.
- Dòng điện đi vào và đi ra khỏi từng cell pin.
2. Quản lý nhiệt độ pin
Nhiệt độ là yếu tố lớn nhất ảnh hưởng đến pin. Hệ thống quản lý nhiệt của pin tích hợp trong BMS sẽ theo dõi và kiểm soát nhiệt độ của pin.
Các hệ thống này có thể thuộc loại thụ động hoặc chủ động và môi trường làm mát có thể là chất lỏng không ăn mòn, không khí hoặc một số dạng thay đổi pha. Sử dụng không khí làm chất làm mát là cách đơn giản nhất để kiểm soát nhiệt độ pin.
Hệ thống làm mát không khí là dạng thụ động vì chúng dựa vào sự đối lưu của không khí xung quanh hoặc sử dụng quạt, cấu tạo đơn giản.
Tuy nhiên, nhược điểm chính là tính kém hiệu quả của hệ thống. Năng lượng tiêu thụ lớn hơn nhiều so với hệ thống làm mát bằng dung dịch.
Hệ thống làm mát bằng dung dịch có hiệu suất làm mát cao hơn không khí vì chúng dẫn nhiệt tốt hơn. Pin được ngâm trong chất làm mát hoặc chất làm mát có thể tự do đi vào bộ BMS mà không ảnh hưởng đến pin.
Tuy nhiên, hình thức làm mát bằng nhiệt gián tiếp này có thể tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ lớn trên BMS do chiều dài của các kênh làm mát. Nhưng chúng có thể được khắc phục bằng cách bơm chất làm mát nhanh hơn, do đó tạo ra sự cân bằng giữa tốc độ bơm và độ ổn định nhiệt.
3. Thực hiện các phép tính
BMS tính toán các giá trị khác nhau của pin dựa trên các thông số như dòng sạc và dòng xả tối đa để xác định giới hạn mức sạc và dòng xả của pin. Bao gồm:
- Năng lượng tính bằng kWh: được phân phối kể từ chu kỳ sạc cuối cùng
- Trở kháng bên trong của pin để đo điện áp mạch hở của từng cell pin
- Dòng sạc tính bằng Ampe trên giờ (Ah): được phân phối hoặc chứa trong một cell pin (được gọi là bộ đếm Coulomb), để xác định hiệu suất của cell pin.
- Tổng năng lượng cung cấp và thời gian hoạt động kể từ khi pin bắt đầu được sử dụng.
- Tổng số chu kỳ sạc-xả mà pin đã trải qua.
4. Truyền dữ liệu
BMS có bộ điều khiển giao tiếp nội bộ với từng cell pin và kết nối bên ngoài với các hộp điều khiển trên xe. Các kết nối bên ngoài này có độ phức tạp khác nhau, tùy thuộc vào thiết bị được kết nối, bao gồm:
- Kết hợp nhiều mạng giao tiếp
- Mạng CAN bus, thường dùng trên ô tô
- Mạng DC-BUS, mạng thông tin nối tiếp qua đường dây điện
- Các loại giao tiếp không dây khác nhau bao gồm radio, máy nhắn tin, điện thoại di động, v.v.
Chỉ BMS điện áp cao mới có mạng giao tiếp nội bộ; những bộ pin có điện áp thấp thì BMS chỉ cần đo điện áp từng cell pin bằng cách phân chia điện trở.
BMS giúp tối ưu quá trình sử dụng năng lượng
Hệ thống quản lý pin giữ cho pin an toàn, đáng tin cậy và tăng tuổi thọ pin mà không bị hư hỏng. Các kỹ thuật giám sát khác nhau được sử dụng để duy trì trạng thái của pin, điện áp, dòng điện và nhiệt độ môi trường.
BMS giao tiếp với bộ sạc tích hợp để giám sát và kiểm soát việc sạc pin. Nó cũng giúp tối đa hóa phạm vi di chuyển của xe bằng cách sử dụng tối ưu lượng năng lượng dự trữ trong xe. Đây là một thành phần quan trọng trong xe điện để đảm bảo pin không bị sạc quá mức hoặc xả quá mức, do đó tránh làm hỏng pin và gây hại cho người ngồi trong xe.
