Que é a proba do sistema de batería?

O tipo do servizo de campo chama dicindo que a carretilla elevadora non se acenderá. BMS bloqueado. Cliente culpando á batería. Resulta que alguén deixou o paquete sentado nun almacén sen calefacción durante as vacacións, a temperatura baixou do limiar e o sistema negouse a pechar os contactores principais. Funcionando tal e como está previsto. Esa é a proba do sistema de batería facendo o seu traballo.

As probas do sistema de batería abarcan tres cousas que ocorren na súa maioría invisibles para o usuario final: auto{0}}diagnóstico antes de que o paquete se poña en funcionamento, a vixilancia do illamento mentres está en funcionamento e a verificación do bloqueo que confirma que nada se soltou. Cada un existe porque algo saíu mal no campo, moitas veces como para converterse nun requisito estándar. GB 18384-2020 en China, ISO 6469-3 a nivel internacional. Estas non son suxestións.

 Auto{0}}diagnóstico antes que nada

Cando preme o interruptor de chave dunha carretilla elevadora eléctrica, o BMS non só pecha os contactores e espera o mellor. Hai unha secuencia que se executa primeiro, normalmente se completa en menos de cinco segundos, ás veces máis rápido. O sistema investiga a tensión e a temperatura de cada grupo de células, comproba que as placas escravas se están comunicando e executa a detección de adhesión do contactor antes de intentar pechar calquera cousa.

A ventá de tensión está axustada. A tensión da cela ten que situarse entre 2,0 V e 4,5 V ou o paquete non se activará. O rango de temperatura do módulo é de -40 graos a 80 graos. Estes non son números arbitrarios extraídos dunha folla de especificacións. Por debaixo de 2 V significa que unha célula está profundamente descargada ou danada, non queres forzar a corrente por iso. Por encima de 4,5 V significa sobrecarga ou falla de medición, de calquera xeito algo está mal. Vimos de voltar paquetes cunha cela a 4,6 V mentres que as outras eran normais. Defecto de fabricación na célula, BMS detectouno antes de que se convertese nun evento térmico.

A detección de adhesión do contactor pasa por alto ata que importa. A proba funciona medindo a tensión nos terminais do contactor cando se manda abrir o contactor. A tensión presente significa que está a fluír corrente, o que significa que o contactor pechou durante un evento de alta-corrente anterior. Non se pode controlar un contactor soldado. Non se pode desconectar o paquete con seguridade. Un montacargas que se nega a acender é molesto. Unha carretilla elevadora que se nega a apagar é perigosa.

 A vixilancia do illamento trata sobre a corrente de fuga, non só sobre a resistencia

Os sistemas de batería de alta tensión flotan en relación ao chasis do vehículo. Non hai conexión intencionada entre o bus de CC e a terra. Cando se rompe o illamento-a entrada de humidade, o desgaste dos cables, a corrente de contaminación- comeza a filtrarse ao chasis. Toca a superficie equivocada no momento equivocado e pasas a formar parte dese circuíto. É por iso que GB 18384-2020 require un mínimo de 100 Ω por voltio de tensión do sistema. Un paquete de 500 V necesita polo menos 50 kΩ entre os dous polos e a terra do chasis.

As matemáticas proceden da norma IEC/TR 60479-1, que estableceu 2 mA como o limiar onde comeza a percepción humana da corrente eléctrica. Manteña a fuga por debaixo e o contacto non é perigoso inmediatamente. Por riba diso e as cousas empeoran rapidamente. O estándar ofrécelle marxe de enxeñería para traballar.

Existen catro métodos para medir a resistencia de illamento en aplicacións de vehículos. O método de tensión auxiliar necesita unha fonte externa de 110 V CC, complica o sistema e non pode distinguir que polo ten a falla. O método do sensor de corrente só funciona cando a corrente de carga está a fluír, é inútil durante as comprobacións previas ao-inicio. O método de resistencia da ponte é o que usan agora a maioría dos BMS automotivos. Conecte resistencias calibradas entre o bus de CC e o chasis, cambie entre configuracións, calcule o illamento dos divisores de tensión resultantes. Funciona continuamente durante o funcionamento pero ten un punto cego cando as resistencias dos polos positivos e negativos son iguais.

O método de inxección de voltaxe corrixe ese punto cego superpoñendo un sinal de CA de baixa -frecuencia-normalmente de 10 a 100 Hz- ao circuíto de alta tensión e medindo a resposta na referencia do chasis. Funciona independentemente da simetría na degradación do illamento. Funciona mesmo cando a batería está desconectada da carga. Máis complexo de implementar, resultados máis precisos.

Sexa cal sexa o método que utilices, o BMS debe facer algo coa información. Illamento superior a 500 Ω/V, funcionamento normal. Entre 100Ω/V e 500Ω/V, aviso ao panel, quizais restrinxir algunhas funcións. Por debaixo de 100 Ω/V, condición de falla. Se o sistema corta a enerxía inmediatamente ou permite que o condutor vaia coxeando a casa depende da velocidade do vehículo e do modo de funcionamento. Non queres que unha carretilla elevadora morra a medio-ascenso cun palé no aire.

 O bucle de bloqueo de alta tensión detecta problemas mecánicos

A monitorización do illamento xestiona a degradación gradual. HVIL xestiona a desconexión repentina. Un conector soltouse durante unha colisión. Retirouse unha tapa de mantemento sen seguir o procedemento de bloqueo. Un cable que saía do pestillo por vibración.

A implementación executa un sinal piloto de baixa tensión a través de pinos dedicados en cada conector de alta-tensión do sistema. Estes pinos son mecánicamente máis curtos que os contactos de alimentación. Cando desconecta un conector, o circuíto de bloqueo ábrese primeiro, os contactos de alimentación sepáranse segundo. O BMS ve o circuíto aberto, ordena que todos os contactores se abran, a alta tensión cae antes de que os contactos de alimentación se separen fisicamente. Sen arco na cara do conector. Non hai perigo para o técnico.

Existen dúas topoloxías. O bucle en serie conecta cada punto de bloqueo nun circuíto continuo. Un cableado sinxelo, unha ruptura en calquera lugar abre todo o bucle, pero non se pode dicir que conector fallou sen unha inspección física. A monitorización paralela sobre CAN permite que cada conector informe o seu propio estado de forma independente. Máis cableado, máis complexidade, pero sabes exactamente onde está o problema. As aplicacións de apoio terrestre para minería e aeroportos tenden cara ao enfoque paralelo porque o equipo é grande e a localización de avarías aforra tempo.

Modos de falla comúns que vemos: corrosión dos pines pola entrada de humidade, forza de acoplamento insuficiente das carcasas de conectores desgastadas, fatiga dos cables por un enrutamento deficiente que permite a flexión repetida. Estes son problemas de instalación e mantemento, non problemas de deseño, pero aparecen como fallos HVIL independentemente de quen teñan a culpa.

 Por que isto é importante para as operacións de flota

Un paquete que se nega a comezar é un inconveniente. Un paquete que comeza cando non debería é perigoso. Existen probas do sistema de batería para evitar o segundo resultado permitindo o primeiro.

Os diagnósticos engaden custos ao BMS. Os conectores de bloqueo custan máis que os conectores estándar. O propio circuíto de monitorización do illamento introduce un camiño de resistencia paralelo que degrada lixeiramente o illamento do sistema. Estes son os compromisos de enxeñería que existen porque os paquetes alternativos de-envío sen estas proteccións-crean unha responsabilidade que ninguén quere levar.

Para os clientes que avalían os provedores de baterías, as preguntas que se deben facer non son sobre a química das células ou as afirmacións de ciclo de vida. Eses importan, pero son apostas de mesa. As preguntas que revelan a capacidade do provedor son sobre os casos extremos. Que pasa a -30 graos? Que pasa se un grupo de células se desequilibra durante o almacenamento? Que pasa se alguén corta accidentalmente os cables sensoriais durante o mantemento? Un provedor que teña respostas-repostas técnicas específicas con datos de proba, probablemente construíu paquetes suficientes para ver estes problemas no campo.

A proba do sistema de batería non é unha función para anunciar. É unha infraestrutura que funciona correctamente cando nada vai mal e detecta problemas antes de que se convertan en incidentes cando algo pasa. O mellor resultado é que nunca notas que funciona.