سیستم مدیریت باتری لیتیومی (BMS)
محور پژوهش
ماشین‌آلات و تجهیزات پیشرفته
پژوهشکده/دانشکده
مهندسی مکانیک
حوزه پژوهش
خودروهای برقی و هیبرید
عنوان
سیستم مدیریت باتری لیتیومی (BMS) هدف از اجرای پژوهش، کاربردها، مزیت‌ها و ضرورت انجام پروژه: انواع باتری های لیتیومی بدلیل مشخصات کاری مطلوب یکی از بهترین نامزدها برای استفاده در خودروهای الکتریکی و هیبرید الکتریکی می باشند. تولید این نوع باتر یها به نحو قابل توجهی در حال رشد و کاربردهای آن در حال توسعه است. از طرفی این باتر یها به استفاده نادرست بسیار حساس هستند. مواردی چون شارژ بیش از حد و افزایش بی‌رویه دما ممکن است باعث انبساط، اشتعال و حتی انفجار باتری لیتیومی شود. در خودروهای الکتریکی و هیبرید ،سیستم مدیریت باتری الکتریکی(BMS) ظیفه تامین بالاترین حد عملکرد و عمر و همچنین حفاظت باتری را بر عهده دارد. از طرفی، سیستم مدیریت باتری باید بتواند وضعیت باتری را به واحد کنترل مرکزی خودرو اطلاع دهد. طراحی و ساخت این سامانه در دستور کار این پروژه است و در تمامی انواع خودروهای برقی و هیبرید الکتریک نیاز است. گزارش و شرح زیرساخت‌ها، فعالیت‌ها، و دستاوردها توپولوژی مورد استفاده در ساخت سامانه مدیریت باتری، ساختار مرکزی-محلی(Master-Slave) است. در این ساختار هر پک باتری مجهز به یک BMS است. حفاظت از مجموعه بهوسیله برد BMS مرکزی صورت می پذیرد که تصمیم‌گیری آن بر اساس اطلاعات حاصل از برد مرکزی و اطلاعات دریافتی از بردهای محلی است. ارتباط بین بردهای محلی و برد مرکزی توسط پروتکل ارتباطی CAN صورت می‌پذیرد. در این ساختار، بردهای محلی اطلاعاتی از قبیل حداقل و حداکثر ولتاژ سلول موجود در پک، حداقل و حداکثر دمای سلول موجود در پک، حالت خطای ولتاژ، جریان و دما را به برد مرکزی ارسال می کند. برد مرکزی بر اساس اطلاعات دریافتی از بردهای محلی و همچنین اطلاعات پک متصل به برد مرکزی، تصمیمات حفاظتی لازم را اتخاذ کرده و فرامین لازم را برای انجام حفاظت به بردهای محلی ارسال می کند. سیستم مدیریت باتری طراحی شده از دو برد مجزا شامل یک برد آنالوگ و یک برد کنترلی تشکیل شده است. برد آنالوگ (BQ) وظیفه قرائت ولتاژ و دمای سلول‌ها و انجام بالانسینگ را برعهده دارد و برد کنترلی با استفاده از یک پورت SPI ایزوله با برد BQ ارتباط برقرار می‌کند و اطلاعات مربوط به سلول‌ها را دریافت کرده و اعمال حفاظتی لازم را انجام می‌دهد. این دو برد به‌صورت عمودی روی هم قرار گرفته و سیستم مدیریت باتری را تشکیل می‌دهند. الگوریتم استفاده شده در BMS دارای پنج رژیم عملکردی است: حالت تخلیه، ترمز بازیاب، اتصال به شارژر، بالانسینگ سلول‌ها و حالت خاموش. با تشخیص هر کدام از رژیم‌های عملکردی فوق، BMS مجموعه ای از اعمال حفاظتی را روی مجموعه باتری انجام می‌دهد. در حالتی که ورودی ایگنیشن فعال شده باشد، اگر مجموعه باتری در حال تخلیه باشد رژیم عملکردی تخلیه و اگر مجموعه باتری در حال شارژ باشد رژیم عملکردی ترمز بازیاب فعال خواهد شد. زمانی که مجموعه باتری به شارژر متصل شده باشد، رژیم عملکردی اتصال به شارژر فعال می‌شود. در صورت تشخیص شرایط بحرانی ولتاژ، جریان و دمای سلول‌ها در هر کدام از سه حالت بالا، فرمان قطع رله صادر می‌شود. در حالتی که هیچ کدام از ورودی‌های ایگنیشن و شارژر فعال نباشند و ولتاژ مجموعه باتری از حد مشخصی کمتر باشد، حالت خاموش فعال شده و در غیر اینصورت اگر اختلاف ولتاژ سلول های موجود در پک باتری از حد مشخصی بیشتر باشد حالت بالانسینگ فعال می‌شود. ویژگی‌های سیستم مدیریت باتری طراحی و ساخته شده: قابلیت پشتیبانی 18 سلول سری در هر BMS اندازه گیری ولتاژ تمامی سلول‌ها و قرائت دمای 6 سنسور دما و محاسبه حداقل و حداکثر ولتاژ و دمای سلول‌ها انجام بالانسینگ غیرفعال قابلیت ارتباط با رایانه و مجموعه های دیگر مرتبط با باتری از طریق شبکه CAN و RS232 ورودی ایزوله ایگنیشن و خروجی ایزوله ایگنیشن (Daisy Ignition) به منظور برقراری توالی در ارسال فرمان ایگنیشن کنترل حلقه-بسته جریان، ولتاژ و دمای سلول‌ها از طریق ارتباط با CAN واحد کنترل خودرو انجام حفاظت روی ولتاژ، جریان و دمای سلول‌ها ازطریق تولید فرمان قطع و وصل برای دو رله مجزا کنترل خنک کاری باتری به وسیله فن از طریق ارسال فرمان مناسب اندازه گیری جریان با دو روش استفاده از سنسور اثر هال (حداکثر دو سنسور) و استفاده از شانت تخمین سطح شارژ باتری(SoC) تشخیص خطا در ارتباط CAN بین برد مرکزی و بردهای محلی و تغییر وضعیت بردهای محلی به حالت مستقل امکان تغییر ماهوی عملکرد برد از مرکزی به محلی و برعکس ورودی ایزوله شارژر و ایزولاسیون مناسب ورودی ها و خروجی ها امکان ذخیره تمامی اطلاعات مجموعه باتری بوسیله نرم افزار مانیتورینگ شبکه CAN تصاویر و محتوای گرافیکی مرتبط: مدیریت باتری لیتیومی (BMS) نسل اول


نسل دوم