Tạ Hiển - Theo circuitdigest

Tại sao ô tô điện cần hệ thống quản lý pin Lithium BMS?

(News.oto.hui.com) – Xe điện ngày càng trở thành xu thế của thời đại công nghệ mới. Việc càng ngày càng có nhiều xe điện vận hành trên đường đòi hỏi nhà sản xuất càng phải nâng cao các điều kiện quản lý pin năng lượng trên xe, nhằm nâng cao hiệu suất và tuổi thọ của pin. Qua đó, tránh gây ra những tình huống không cần thiết như chạm chập và cháy nổ. Vậy hệ thống quản lý pin lithium BMS (Battery Management System) là gì? Hãy cùng tìm hiểu trong bài viết dưới đây!

Nhiều loại pin điện hiện nay được sử dụng và áp dụng trong điều kiện thực tiễn. Nhưng những vấn đề cố hữu của pin như quản lý quá trình nạp/xả năng lượng, nhiệt độ pin… vẫn còn ở đó. Các nhà thiết kế hệ thống quản lý pin đã cân nhắc 10 vấn đề thiết kế hệ thống quản lý pin lithium BMS (Battery Management System) giúp tối ưu hoá hiệu năng năng lượng trên ô tô.

10 lưu ý quan trọng về việc ô tô điện nên có hệ thống quản lý pin Lithium BMS:

Hệ thống quản lý pin Lithium BMS có vai trò gì trong xe điện?
Hệ thống quản lý pin Lithium BMS có vai trò gì trong xe điện?

1. Kiểm soát quá trình xả pin:

Viên pin của Tesla.
Viên pin của Tesla.

Chức năng chính của hệ thống quản lý pin lithium BMS là duy trì các cell pin lithium trong vùng hoạt động an toàn. Ví dụ, một cell pin Lithium 18650 điển hình sẽ có định mức điện áp dưới khoảng 3V. BMS có trách nhiệm đảm bảo rằng không có cell pin nào trong gói pin được phóng điện dưới 3V.

2. Kiểm soát sạc ở ô tô điện:

Ngoài việc xả, quá trình sạc cũng phải được điều khiển bởi hệ thống quản lý pin lithium BMS. Hầu hết các loại pin có xu hướng bị hỏng hoặc giảm tuổi thọ khi sạc không đúng cách. Đối với bộ sạc pin lithium, bộ sạc 2 giai đoạn được sử dụng.

Giai đoạn đầu tiên được gọi là Dòng điện không đổi (CC – Constant Current), trong đó bộ sạc tạo ra dòng điện không đổi để sạc pin.

Khi pin gần đầy, giai đoạn thứ hai được gọi là giai đoạn Điện áp không đổi (CV – Constant Voltage) được sử dụng trong đó điện áp không đổi được cung cấp cho pin ở dòng điện rất thấp.

Hệ thống quản lý pin lithium BMS phải đảm bảo cả điện áp và dòng điện trong quá trình sạc không vượt quá giới hạn cho phép để không sạc quá mức hoặc sạc nhanh cho pin. Điện áp sạc tối đa cho phép và dòng sạc có thể được tìm thấy trong biểu dữ liệu của pin.

3. Xác định trạng thái sạc (SOC-State-of-charge):

Bạn có thể coi SOC là chỉ số nhiên liệu của của cell pin ô tô điện. Nó thực sự cho chúng ta biết dung lượng pin của các gói theo phần trăm – Giống như một trong điện thoại di động của chúng ta. Nhưng nó không phải là dễ dàng, điện áp và dòng điện sạc / xả của các gói pin phải luôn được theo dõi để dự đoán dung lượng của pin.

Sau khi đo điện áp và dòng điện, có rất nhiều thuật toán có thể được sử dụng để tính SOC của bộ pin. Đo lường các giá trị và tính toán SOC cũng là trách nhiệm của hệ thống quản lý pin lithium BMS.

4. Xác định trạng thái sức khỏe SOH (State-of-health):

Dung lượng của pin không chỉ phụ thuộc vào cấu hình điện áp và dòng điện mà còn phụ thuộc vào tuổi và nhiệt độ hoạt động của pin. Phép đo SOH cho chúng ta biết về tuổi và vòng đời dự kiến ​​của pin dựa trên lịch sử sử dụng của nó.

Bằng cách này, chúng ta có thể biết quãng đường (quãng đường đi được sau khi sạc đầy) của EV giảm bao nhiêu khi pin bị lão hoá và chúng ta cũng có thể biết khi nào nên thay bộ pin. SOH cũng được hệ thống quản lý pin lithium BMS tính toán và theo dõi.

5. Cân bằng cell pin:

Một chức năng quan trọng khác của hệ thống quản lý pin Lithium BMS là duy trì sự cân bằng cell pin. Ví dụ, trong một gói gồm 4 cell pin mắc nối tiếp, điện áp của cả bốn cell pin phải luôn bằng nhau. Nếu một viên pin có điện áp thấp hơn hoặc cao hơn viên khác, nó sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ gói pin.

Giả sử nếu một cell pin ở 3,5V trong khi ba cell pin còn lại ở 4V. Trong khi sạc, ba cell pin này sẽ đạt được 4,2V trong khi cell pin còn lại chỉ đạt 3,7V, tương tự như vậy, cell pin này sẽ là đầu tiên xả xuống 3V trước ba cell pin kia. Do vậy, bởi vì cell pin đơn này, tất cả các cell pin khác trong gói khối pin không thể được sử dụng hết tiềm năng của nó, do đó ảnh hưởng đến hiệu quả.

Để giải quyết vấn đề này, hệ thống quản lý pin lithium BMS phải thực hiện một thứ gọi là cân bằng cell pin. Có nhiều loại kỹ thuật cân bằng cell pin, nhưng những kỹ thuật thường được sử dụng là kỹ thuật cân bằng cell pin loại chủ động và thụ động.

  • Cân bằng thụ động: ý tưởng là các cell pin có điện áp dư thừa sẽ bị phóng điện cưỡng bức qua một tải như điện trở để đạt đến giá trị điện áp của các cell pin khác.
  • Cân bằng chủ động: các cell pin mạnh hơn sẽ được sử dụng để sạc các cell pin yếu hơn để cân bằng điện thế của chúng.

Pin Lithium-Ion trên xe điện – Liệu bạn đã biết hết về nó?

6. Kiểm soát nhiệt:

Tuổi thọ và hiệu quả của bộ pin Lithium phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ hoạt động. Pin có xu hướng xả nhanh hơn trong điều kiện khí hậu nóng so với nhiệt độ phòng bình thường.

Thêm vào đó, việc tiêu thụ dòng điện cao sẽ làm tăng nhiệt độ hơn. Điều này đòi hỏi một hệ thống tản nhiệt (chủ yếu là dầu) trong một bộ pin. Hệ thống tản nhiệt này chỉ có thể giảm nhiệt độ của pin nhưng cũng có thể tăng nhiệt độ ở những vùng có khí hậu lạnh nếu cần.

Hệ thống quản lý pin Lithium BMS sẽ chịu trách nhiệm đo nhiệt độ từng cell pin và điều khiển hệ thống nhiệt cho phù hợp để duy trì nhiệt độ chung của bộ pin.

7. Nhận nguồn cấp từ Pin:

Nguồn điện duy nhất có sẵn trong ô tô điện là chính pin. Vì vậy, một hệ thống quản lý pin Lithium BMS được thiết kế để được cung cấp năng lượng bởi loại pin mà hệ thống BMS có trách nhiệm bảo vệ và duy trì. Điều này nghe có vẻ đơn giản nhưng nó làm tăng độ khó của thiết kế hệ thống quản lý pin lithium BMS.

Hệ thống quản lý pin lithium BMS tự động tiêu thụ công suất thấp phải đảm bảo hoạt động và khởi chạy ngay cả khi xe đang chạy, đang sạc hoặc ở chế độ lý tưởng. Điều này làm cho mạch BMS được cung cấp năng lượng liên tục và do đó bắt buộc BMS phải tiêu thụ điện năng rất ít để không làm hao pin nhiều.

Khi ôtô điện không được sạc trong nhiều tuần hoặc nhiều tháng, hệ thống quản lý pin Lithium BMS và các mạch điện khác có xu hướng tự tiêu hao pin và cuối cùng yêu cầu phải được sạc lại hoặc sạc trước khi sử dụng tiếp theo. Vấn đề này vẫn còn phổ biến với những chiếc xe điện phổ biến như Tesla. 

8. Mạng giao tiếp:

Hệ thống quản lý pin Lithium BMS đóng vai trò là cầu nối giữa bộ Pin và ECU của ô tô. Tất cả thông tin do hệ thống BMS thu thập phải được gửi đến ECU để hiển thị trên cụm đồng hồ hoặc trên bảng điều khiển. Vì vậy, BMS và ECU nên được liên tục giao tiếp hầu hết thông qua giao thức tiêu chuẩn như mạng giao tiếp CAN hoặc bus LIN. Thiết kế BMS phải có khả năng cách ly điện giữa bộ pin và ECU.

Tốc độ xử lý của hệ thống quản lý pin Lithium BMS của ô tô phải thực hiện rất nhiều thao tác xử lý số để tính giá trị của SOC, SOH, …. Các nhà sản xuất đã sử dụng nhiều thuật toán nhằm điều khiển tốc độ ghi và truyền dữ liệu. Điều này làm cho BMS trở thành một thiết bị xử lý được nhanh và  rất nhiều dữ liệu.

Ngoài ra, hệ thống quản lý pin Lithium BMS còn phải đo điện áp cell pin trên hàng trăm cell pin và nhận thấy những thay đổi tinh vi gần như ngay lập tức.

9. Lưu trữ dữ liệu:

Điều quan trọng đối với hệ thống quản lý pin Lithium BMS là phải có một ngân hàng bộ nhớ lớn vì nó phải lưu trữ rất nhiều dữ liệu. Các giá trị như SOH (State-of-health) chỉ có thể được tính nếu lịch sử sạc của pin được lưu trữ trước.

Vì vậy hệ thống quản lý pin lithium BMS phải theo dõi các chu kỳ sạc và thời gian sạc của bộ pin kể từ ngày lắp đặt và ngắt các dữ liệu này khi được yêu cầu. Điều này cũng hỗ trợ trong việc cung cấp dịch vụ sau khi bán hàng hoặc phân tích các vấn đề liên quan đến bảo trì và sửa chữa cho các kỹ sư.

10. Độ chính xác:

Khi một cell pin đang được sạc hoặc phóng điện, điện áp trên nó tăng hoặc giảm dần. Thật không may, đường cong phóng điện (Điện áp so với thời gian) của pin lithium có các vùng bằng phẳng do đó sự thay đổi điện áp là rất ít. Sự thay đổi này phải được đo chính xác để tính giá trị của SOC hoặc sử dụng nó để cân bằng cell pin.

Một hệ thống quản lý pin lithium BMS được thiết kế tốt có thể có độ chính xác cao tới ± 0,2mV nhưng nó phải có độ chính xác tối thiểu là 1mV-2mV. Thông thường mạch chuyển đổi từ tính hiệu Analog sang Digital (ADC 16-bit) được sử dụng trong quá trình này.


Bài viết liên quan:

Advertisement

Chia sẻ ý kiến của bạn

Thông Tin Cá Nhân

NamNữ

Trình Độ Học Vấn

Thông tin chung

Kỹ thuật viên sửa chữa chungKỹ thuật viên sơnKỹ thuật viên đồngKỹ thuật viên điệnChăm sóc, làm đẹp, Detailing ô tôCố vấn dịch vụBán hàng (Sales)Nhân viên phụ tùngThiết kếMarketingKiểm soát chất lượng (PDI)Quản đốc xưởngTrưởng/phó phòng dịch vụTrưởng/phó phòng kinh doanhTrưởng/phó phòng kỹ thuậtGiám đốc điều hànhChưa có kinh nghiệmKhác