Trong môi trường thử nghiệm có kiểm soát, mọi thứ đều có vẻ ổn. Các chức năng chạy đúng, giới hạn hệ thống phản ứng chuẩn, pin sạc bình thường, xe chạy không gặp vấn đề gì. Các phép thử thẩm định đều đạt, và về mặt kỹ thuật, hệ thống được coi là thành công.
Thế nhưng sau vài tháng vận hành thực tế, tình hình thường bắt đầu thay đổi. Những hệ thống lúc đầu tưởng ổn định bắt đầu có biểu hiện lạ, và đội kỹ thuật nhận ra những bất thường chưa từng thấy trong giai đoạn thẩm định. Điều đáng chú ý là các vấn đề này lặp lại theo những kiểu rất giống nhau ở nhiều dự án EV và ESS.
Những lỗi BMS thường gặp ngoài thực tế
- SoC trôi hoặc SoC nhảy: giá trị ước tính trạng thái sạc lệch dần, hoặc thỉnh thoảng nhảy bất thường.
- Giới hạn SoP sai: giới hạn công suất được áp quá sớm, quá muộn, hoặc không được áp.
- Ngắt quá áp, thấp áp (OV / UV) sai: ngưỡng bảo vệ điện áp tác động dù trạng thái cell không đến mức đó.
- Phiên sạc bị ngắt: quá trình sạc dừng bất ngờ do cách BMS phản ứng.
- Cảnh báo cách điện và ngắt nhầm.
- Cảm biến hoặc phép đo bị trôi.
- Quá trình từ báo lỗi đến phục hồi không ổn định.
- Thiếu khả năng phát hiện sớm thermal runaway.
- Chiến lược cân bằng cell dần không còn đủ theo thời gian.
- Lỗi điều khiển contactor và mạch sạc trước (precharge).
- Lỗ hổng trong kiến trúc an toàn chức năng.
Phản ứng quen thuộc của nhiều đội kỹ thuật là nghĩ ngay: "chắc chắn có lỗi phần mềm". Thực tế, vấn đề thường không chỉ là một lỗi phần mềm đơn giản. Nguyên nhân gốc hay nằm ở một kiến trúc phần mềm BMS tĩnh, không thích nghi được với việc pin thay đổi hành vi theo thời gian.
Giai đoạn then chốt: 6 đến 24 tháng
Hành vi thật của một hệ thống pin thường chỉ lộ ra sau nhiều tháng chạy ngoài thực tế. 6 đến 24 tháng đầu đặc biệt quan trọng, vì trong khoảng này hệ thống cùng lúc chịu nhiều yếu tố gây áp lực từ môi trường và vận hành.
Trong giai đoạn này, hệ thống thường trải qua:
- Ít nhất một mùa hè và một mùa đông
- Hàng trăm lần sạc nhanh
- Đỗ xe ở nhiệt độ cao trong khi pin đang ở SoC cao
- Mất cân bằng giữa các cell tăng dần
- Cảm biến bắt đầu trôi
- Các giả định ban đầu của hệ thống dần không còn đúng
Cùng lúc đó, bên trong pin đang diễn ra một quá trình âm thầm nhưng rất quan trọng.
Lão hóa pin: sự thay đổi âm thầm
Lão hóa điện hóa làm hành vi của cell pin thay đổi dần. Ở giai đoạn đầu, những thay đổi này thường không thấy được ở cấp hệ thống, nhưng lại rất quan trọng với BMS. Các cơ chế chính gồm:
- Lớp SEI dày lên
- Trở kháng trong tăng dần
- Điện trở trong DC hiệu dụng thay đổi
- Đặc tính phân cực thay đổi
Những quá trình này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng cấp công suất, phản ứng nhiệt, đặc tính điện áp và đặc tính sạc của pin.
Nếu BMS không theo dõi đúng những thay đổi này và không tự điều chỉnh các tham số bên trong, các quyết định của hệ thống sẽ kém chính xác dần. Hơn nữa, nếu dữ liệu đặc tính hóa cell không bao quát đủ các chiều tải, nhiệt độ, thời gian và lão hóa, độ chính xác của mô hình sẽ giảm mạnh. Đầu vào sai thì đầu ra không thể đúng.
Cách eMOBINO tiếp cận
Tại eMOBINO, chúng tôi không xem BMS chỉ là tập hợp các chức năng phần mềm. Chúng tôi thiết kế nó như một hệ thống có hành vi thay đổi theo thời gian. Điều này đòi hỏi một số nguyên tắc kiến trúc:
- Kiến trúc phần mềm BMS chuyên sâu và thích ứng, theo dõi được sự thay đổi hành vi của pin trong suốt quá trình lão hóa.
- Ước tính SoC, SoH và SoP chuyên sâu.
- Phát hiện sớm thermal runaway.
- Phát triển dựa trên mô hình, kiến trúc tương thích AUTOSAR và quy trình phát triển theo mô hình chữ V.
- Kiểm chứng chuyên sâu bằng MiL, SiL, HiL và phép thử chèn lỗi.
- Phát triển bám theo Automotive SPICE.
- Tiếp cận an toàn chức năng theo ISO 26262.
- Giải pháp BMS mở rộng được (từ 12V đến 1500V), phù hợp cho nền tảng EV và ESS.
Câu hỏi thực sự
Một BMS có thể chạy tốt ngay từ ngày đầu. Nó có thể qua mọi phép thử thẩm định. Nó có thể trông ổn định ngoài thực tế trong một thời gian.
BMS của bạn có thực sự hiểu pin sẽ thay đổi thế nào khi lão hóa không?
mustafa.simsek@emobino.com
www.emobino.com
