Informații despre BMS – Battery Management System

Date de început

Dacă până acum ați auzit de la mine mai multe argumente pentru a vă orienta către o mașină electrică, în articolul de azi ne îndreptăm atenția către BMS (Battery Management System), componenta responsabilă de buna gestionare a bateriei pe litiu. Bateria mașinilor electrice fiind cea mai scumpă ”piesă”, este firească preocuparea legată de variația valorii ce exprima ”starea de sănătate” (SOH-state of health) peste timp.

De ce ar fi nevoie să știți care este rolul BMS-ului, dacă nu sunteți pasionați de date tehnice? Pentru că veți reuși să anticipați niște probleme, iar în plus, veți da o mână de ajutor chiar voi bateriei pentru a-i prelungi viața cât mai mult.

Care este rolul BMS-ului?

BMS-ul, sau calculatorul bateriei, este responsabil de monitorizarea tensiunii fiecărei celule, de monitorizarea temperaturii fiecărui modul al bateriei și de a informa celelalte calculatoare despre starea bateriei.

Să le luam pe fiecare în parte.

Monitorizarea tensiunii celulelor

BMS-ul monitorizează fiecare celula în parte pentru a se asigura că tensiunea pe celule este egală. Din păcate, celulele unei baterii nu sunt identice și nici nu sunt păstrate în condiții similare, astfel că multitudinea de celule înseriate (urmărind exemplele de mai jos) vor trebui echilibrate din când în când, astfel încât bateria să ofere caracteristicile maxime.

• 72 celule în cazul bateriei pentru Dacia Spring,
• 96 celule în cazul bateriei pentru Tesla Model 3/Y/S/X, Hyundai Kona, Renault Zoe/Megane, Nissan Leaf, și multe altele,
• 108 celule pentru Audi E-tron, Opel e-Corsa/Peugeot e208/2008, VW ID.3 58kWh, și multe altele
• +160 celule pentru configurațiile 800V, aici varietatea fiind și mai mare (Lucid Air, IONIQ 5 și 6, Kia EV6, Porsche Taycan și alte câteva bazate pe platforma E-GMP a grupului Hyundai Kia, sau PPE Porsche-Audi).

Ce s-ar putea întâmpla dacă celulele ar fi dezechilibrate?

Tensiunea maximă a unei celule dictează puterea maximă de încărcare sau regenerare și momentul când se face oprirea încărcării. Astfel, dacă o celulă care s-ar afla ipotetic la 4.2V, în timp ce restul celulelor s-ar afla la 4.1V, ar limita întreaga baterie și la regenerare, plus că va informa utilizatorul că încărcarea este completă, pentru că tensiunea maximă a fost atinsă. Dar tot ce vedem este un ”fals 100%” încărcat.

Tensiunea minimă a unei celule dictează puterea de descărcare și momentul când bateria oprește furnizarea de energie întregii mașini.
Astfel că o celulă, care s-ar afla ipotetic la 3V și restul celulelor la 3.4V, ar limita mult puterea de descărcare și în anumite condiții ar opri complet furnizarea de energie, comandând releele să fie oprite (pentru a proteja bateria).

Pentru echilibrarea celulelor se folosesc circuite menite să descarce celulele cu tensiunea crescută, comparativ cu tensiunea celorlalte celule. Urmărind imaginea de mai jos veți înțelege mai ușor procesul:

La T0 se face verificarea celulelor, în exemplul prezentat, Bat1: 3.9V, Bat2:3.7V, Bat3:3.8V.

La T1, celulele cu tensiunea superioară celei mai mici vor fi descărcate.

La T2, procesul de descărcare controlat se întrerupe, iar toate celulele sunt la aceeași tensiune.

Aceasta este soluția de echilibrare pasivă, cea mai simplă și robustă, dar și cea mai ineficientă, pentru că tot excesul de tensiune de pe celule va fi disipat sub formă de căldură, cu ajutorul rezistorului asociat.

Veți mai găsi și o altă variantă de echilibrare, activă, aceasta luând energie de la celula cea mai încărcată și distribuind-o către celula imediat următoare descărcată, dar această metodă nefiind atât de robustă, nu știu să fie implementată pe o baterie de mașină.

Echilibrarea durează în general mult, BMS-urile având la dispoziție un rezistor, care să disipe în jur de 0.7W (3.7V x 200mA), iar dacă ar fi să calculăm folosindu-mă de caracteristicile bateriei ID.3-ului de 58kWh, ar fi nevoie de aproximativ 8h pentru a disipa 1% SOC.

Pentru un exemplu din utilizarea mea personală (VW ID.3), urmăriți imaginea de mai jos:

În data de 16.07 celulele erau echilibrate.
Dintr-un motiv necunoscut astăzi, în data de 03.08 am constatat că o celulă a rămas în urmă.
Din fericire, după o încărcare lentă (la 1.8kW – 8A/230V), echilibrarea celulelor a fost realizată, astfel încât celula care afișa tensiunea cea mai mică aproape că s-a aliniat cu celelalte.

Echilibrarea în cazul meu s-a realizat descărcând celelalte celule până când celula rămasă în urmă a atins valori similare. Nu știu motivul pentru care bateria a avut acest dezechilibru, dar fiți siguri că vă anunț dacă mai observ abaterea.

Datele le-am obținut folosind aplicația CarScanner și un adaptor OBD Bluetooth V-gate ICar Pro.

Monitorizarea temperaturii

Bateria este măsurată în niste puncte prestabilite, folosind niste senzori de temperatura.

Nu ar fi nici economic și nici ușor să fie monitorizată temperatura fiecărei celule.

În funcție de temperatura bateriei, în general se iau decizii legate de puterea de descărcare/încărcare și de condiționarea temperaturii bateriei.

Din păcate, nu toate bateriile au un management termic bun, sunt baterii precum cele de Nissan Leaf care nu au nicio metoda de ajustare a temperaturii, bateria fiind influențată de temperatura exterioară.
Însă marea majoritate a vehiculelor au posibilitatea reglării temperaturii bateriei în mod activ, fie asigurând răcirea/încălzirea prin aer sau prin lichid.

La fel ca și ajustarea temperaturii în habitaclu, pentru ajustarea temperaturii bateriei se folosește fie pompa de căldură, fie PTC-urile + AC.
Da, ați citit bine, compresorul de AC este pornit atunci când bateria trebuie sa fie răcită.
Despre încărcarea bateriei pe timp rece, am făcut materialul video următor:

Despre încărcarea la putere mare (cu penalizarea adusă de aceasta în temperatură și pierderi) am scris următorul articol:

• VW ID.3 – Status săptămânal și câteva date despre noua curbă de încărcare

Comunicația BMS-ului cu celelalte calculatoare

BMS-ul nu este un ECU (Electronic Control Unit) care lucrează de unul singur, ci acesta este integrat într-o rețea cu celelalte ECU-uri ale mașinii.
Cele mai importante informații se schimbă cu Invertorul, încărcătorul (OBC-ul), DC-DC-ul și HVAC.

În funcție de puterea disponibilă, care este direct influențată de SOC (state of charge) și temperatură, celelalte ECU-uri vor avea la dispoziție o parte sau tot necesarul de putere cerut.

Plecând de la strategia producătorului sau de modul de utilizare folosit (Confort, Sport, ECO), atunci când puterea este limitată, unele ECU-uri primesc mai puțină putere, drept urmare la 25% SOC e posibil să nu avem întreaga putere distribuită la invertor/motor, iar la 95% sigur puterea de încărcare transmisă către OBC va fi una redusă.

Informația este utilă pentru a înțelege că uneori nu stația e de vină pentru puterea de încărcare redusă și nici motorul nu impune o limitare, atunci când temperatura în baterie este sub 0 grade Celsius.

Concluzii și recomandări

Pentru a monitoriza capacitatea disponibilă, e bine să facem una/două încărcări de 100% lente (de preferat foarte lente) înainte de măsurare, mai multe detalii despre cum să faceți un test de capacitate găsiți in urmatoarele articole:

• Test de capacitate baterie la 60.000km cu ID.3
• Test VW ID.3 – capacitate acumulator după 30.000 km
• Cum testăm bateria unei konițe, cu ajutorul CarScanner?

Păstrarea permanent a bateriei între 20% și 80% nu va face rău, însă e posibil ca BMS-ul să nu mai poată estima corect capacitatea reală a bateriei, de aceea o încărcare din când în când la 100% este recomandată.

Important de menționat e că orice încărcare rapidă (mai mare de 7kW) nu îi dă BMS-ului suficient timp să echilibreze celulele în timpul încărcării, drept urmare evitați să încărcați rapid în ideea de a ajuta la echilibrarea celulelor.

Dacă aveți și alte întrebări despre BMS, nu ezitați să îmi dați un semn la rubrica de comentarii, o să încerc să vă ajut cu detalii.

Numai bine!