BMS là gì và Hệ thống quản lý pin hoạt động như thế nào?

Bạn vào xe điện, bật nó lên và cụm hiển thị số km bạn có thể đi được. Dựa trên phạm vi này, bạn quyết định các điểm dừng xe bạn sẽ đi để đến đích, nhưng bạn đã bao giờ tự hỏi làm thế nào xe của bạn tính được quãng đường đi được chưa?

Vâng, Hệ thống quản lý pin hoặc BMS theo dõi bộ pin cung cấp năng lượng cho xe điện của bạn và ước tính phạm vi hoạt động cho bạn. Hơn nữa, hệ thống giám sát tình trạng của bộ pin và đảm bảo rằng nó an toàn khi sử dụng.

Tìm hiểu về các gói pin và tế bào Lithium-Ion

Trước khi chúng ta tìm hiểu về Hệ thống quản lý pin, điều cần thiết là phải hiểu cách các bộ pin được tạo ra.

Bộ pin trên xe điện được làm từ các tế bào Lithium-ion và các tế bào này được kết nối với nhau để tạo ra một mô-đun bộ pin. Các mô-đun này được kết nối thêm với các mô-đun khác để tạo ra một bộ pin. Thiết kế mô-đun này giúp quản lý hiệu quả bộ pin và cải thiện khả năng sử dụng. Do kiến ​​trúc thiết kế này, nhà sản xuất bộ pin có thể thay thế một mô-đun bị lỗi chứ không phải thay thế toàn bộ bộ pin.

Về ưu điểm, tế bào Lithium-ion cung cấp một số tính năng như tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao, hiệu suất năng lượng cao, đặc tính tự phóng điện thấp và hiệu suất nhiệt độ cao tốt. Do những đặc điểm này, tế bào Lithium-ion là sự lựa chọn hàng đầu cho xe điện, nhưng loại pin này không hoàn hảo và công nghệ pin thể rắn đang cố gắng giải quyết các vấn đề xảy ra với pin Lithium-ion.

Một điều khác cần lưu ý ở đây là các tế bào Lithium-ion chỉ có thể mang lại những ưu điểm được đề cập ở trên nếu chúng được vận hành trong giới hạn quy định. Dưới đây là tổng quan ngắn gọn về các giới hạn hoạt động này.

• Thông số kỹ thuật điện áp: Bộ pin trên xe điện được làm từ một số tế bào Lithium-ion. Để đưa mọi thứ vào viễn cảnh, Tesla Roadster đi kèm với 6.831 tế bào và mỗi tế bào này cần hoạt động trong một phạm vi điện áp đã định. Đối với hầu hết các tế bào, phạm vi này là từ 3,0 đến 4,1 volt. Nếu các tế bào được sử dụng bên ngoài các phạm vi này, tuổi thọ của bộ pin và hiệu suất mà nó mang lại sẽ giảm xuống.
• Giới hạn nhiệt độ: Ngoài giới hạn điện áp, nhiệt độ của pin Lithium-ion cũng cần được theo dõi. Đối với hầu hết các ô, phạm vi này là từ -4 đến 131 độ F (-20 đến 55 độ C). Nếu các tế bào được vận hành bên ngoài các phạm vi nhiệt độ này, hiệu suất và tuổi thọ của bộ pin có thể giảm đáng kể.
• Vẽ hiện: Lượng dòng điện được rút ra từ các ô cũng phải được theo dõi. Nếu lượng dòng điện được rút ra từ các tế bào nằm ngoài giới hạn quy định, tuổi thọ của các tế bào sẽ suy giảm theo cấp số nhân.
• Hiện tại đang sạc: Bộ pin cũng cần được theo dõi trong quá trình sạc. Điều này là do một lượng lớn dòng điện được bơm vào pin trong thời gian ngắn và điều này thường xảy ra trong quá trình sạc nhanh bằng bộ sạc cấp 3. Do dòng điện cao này trong bộ pin, các tế bào có thể sạc quá mức, khiến chúng nóng lên, làm giảm tuổi thọ và hiệu suất của các tế bào.

Vì một số thông số được yêu cầu phải được theo dõi để có hiệu suất tối ưu của bộ pin, nó cần có Hệ thống quản lý pin. Hệ thống quản lý này là một thiết bị điện toán giám sát một số đặc điểm của từng tế bào và đảm bảo rằng bộ pin hoạt động trong giới hạn quy định.

Điều gì sẽ xảy ra nếu các tế bào không hoạt động trong giới hạn quy định?

Nếu các tế bào trong bộ pin được vận hành ở nhiệt độ cao hoặc quá nhiều dòng điện được lấy ra từ chúng, hiện tượng được gọi là hiện tượng thoát nhiệt có thể xảy ra.

Bạn thấy đấy, pin Lithium-ion cung cấp năng lượng thông qua một loạt các phản ứng hóa học. Những phản ứng này tạo ra nhiệt, và nếu pin không được vận hành trong phạm vi phù hợp, lượng nhiệt tạo ra bởi những phản ứng này sẽ tăng lên theo cấp số nhân.

Do sự gia tăng sinh nhiệt này, các tế bào có thể bắt lửa và gây ra phản ứng dây chuyền trong bộ pin. Vì vậy, điều cần thiết là phải theo dõi nhiệt độ của từng ô để ngăn chặn sự chạy trốn nhiệt.

Hệ thống quản lý pin hoạt động như thế nào và nó có tác dụng gì?

Hệ thống quản lý pin là một máy tính được kết nối với một số cảm biến. Các cảm biến này giám sát điện áp, dòng điện và nhiệt độ của mỗi tế bào và gửi nó đến BMS.

Sau đó, Hệ thống Quản lý Pin sẽ phân tích dữ liệu này để đảm bảo rằng mỗi tế bào hoạt động trong giới hạn quy định. Nếu đó không phải là trường hợp, sau đó nó cố gắng giải quyết vấn đề.

Nếu các tế bào bên trong bộ pin quá nóng, BMS sẽ quản lý hệ thống làm mát để giảm nhiệt độ của bộ pin.

Trong trường hợp có sự thay đổi về điện áp của tế bào, Hệ thống quản lý pin sẽ thực hiện cân bằng tế bào. Để cân bằng các tế bào, nó truyền năng lượng từ tế bào này sang tế bào khác để đảm bảo rằng tất cả các tế bào hoạt động ở cùng một mức điện áp.

Ngoài các tác vụ được đề cập ở trên, BMS lấy các bản ghi dữ liệu mà nó nhận được để tính toán trạng thái sạc và sức khỏe của pin.

Làm thế nào để một hệ thống quản lý pin tính toán phạm vi?

Một trong những cảm biến được kết nối với BMS đo lượng dòng điện đi vào và thoát ra khỏi bộ pin. Dựa trên dữ liệu này, Hệ thống quản lý pin ước tính lượng hiện tại của bộ pin và khoảng cách mà xe của bạn có thể di chuyển, giúp bạn không lo lắng về phạm vi hoạt động.

Hệ thống quản lý pin có thực sự cần thiết không?

Hệ thống Quản lý Pin trên xe điện giám sát chặt chẽ từng ô trong bộ pin. Nó đảm bảo rằng bộ pin được sử dụng an toàn và bảo vệ xe nếu các tế bào hoạt động không chính xác.

Ngoài ra, nó ước tính phạm vi mà xe có thể di chuyển và giúp cải thiện vòng đời tổng thể của bộ pin. Do đó, Hệ thống quản lý ắc quy là một phần quan trọng của xe điện và một hệ thống quản lý ắc quy tốt có thể cải thiện tuổi thọ của xe điện thêm vài năm.