Как зарядное устройство для электромобилей взаимодействует с системой управления батареей (BMS) автомобиля?

Система управления батареей (BMS) в электромобиле является основным блоком управления аккумуляторной батареей. Стабильная связь между зарядным устройством и BMS — необходимое условие для безопасной, интеллектуальной и эффективной зарядки. В данной статье подробно объясняется логика связи между зарядным устройством электромобиля и BMS, рассматриваются основные концепции BMS, общий процесс связи, взаимодействие данных в реальном времени и механизмы защиты.

Система управления батареей (BMS) — это электронная система управления, специально разработанная для литий-ионных аккумуляторных батарей. Она объединяет схемы отбора проб, вычислений, связи и защиты и устанавливается внутри аккумуляторного блока электромобиля.

Подключение зарядного пистолета → Аналоговое подтверждение (CP/PP) → Пробуждение + включение питания при низком напряжении → Цифровое подтверждение (CAN/PLC) → Обнаружение изоляции → Согласование параметров → Замыкание высоковольтного контактора → Динамическое управление зарядкой → Нормальное/аварийное завершение → Разъединение. В следующих разделах отдельно описаны переменный ток (медленная зарядка) и постоянный ток (быстрая зарядка).

После установки зарядного пистолета в зарядный порт автомобиля, автомобиль обнаруживает надежное соединение, отслеживая изменение сопротивления в цепи PP (детектирование приближения), завершая первоначальную идентификацию.

Зарядное устройство выдает стандартный импульсный сигнал ШИМ через цепь CP (управление). Коэффициент заполнения импульса представляет собой максимальный выходной ток зарядного устройства. Автомобиль обнаруживает сигнал CP для подтверждения технических характеристик и рабочего состояния зарядного устройства.

Зарядное устройство выдает вспомогательное питание 12 В низкого напряжения, пробуждая систему управления батареей (BMS), бортовое зарядное устройство (OBC) и контроллер автомобиля. BMS выполняет комплексную самодиагностику.

BMS проверяет напряжение батареи, температуру, оставшийся заряд и другие параметры. После подтверждения отсутствия отклонений она отправляет команду разрешения на зарядку на OBC. Бортовой модуль (OBC) преобразует переменный ток в постоянный и начинает зарядку в соответствии с током, установленным системой управления батареей (BMS).

Когда батарея полностью заряжена, владелец вручную отключает питание, или возникает неисправность, система BMS дает команду бортовому модулю (OBC) прекратить работу, отключая цепь зарядки и завершая сеанс связи.

После надежного подключения зарядного устройства сигнал PP подтверждает соединение; сигнал CP завершает первоначальное взаимодействие, зарядная станция выдает вспомогательное питание 12 В, пробуждает BMS автомобиля и устанавливает связь по CAN.

Зарядная станция и автомобиль обмениваются сообщениями о версии протокола, типе устройства и возможностях оборудования для подтверждения совместимости. Если версии не совпадают, согласование не удается, и зарядка не может начаться.

Обе стороны совместно проводят проверку изоляции высоковольтной цепи; зарядка может продолжаться только после того, как сопротивление изоляции будет соответствовать стандарту. Затем BMS сообщает зарядной станции ключевые параметры, такие как общее напряжение батареи, максимально допустимый зарядный ток, уровень заряда батареи в реальном времени и температура батареи; зарядная станция предоставляет обратную связь о своих выходных возможностях, и обе стороны достигают консенсуса по параметрам зарядки.

Система управления батареей (BMS) автомобиля замыкает высоковольтный контактор, зарядная станция подключается к высоковольтному выходу, и начинается зарядка высокой мощности в соответствии с согласованными параметрами.

Когда батарея полностью заряжена или владелец активно останавливает зарядку, BMS отправляет команду на прекращение зарядки, и зарядная станция постепенно снижает мощность и отключает высоковольтный выход; при обнаружении неисправности немедленно срабатывает аварийная остановка и регистрируется код ошибки.

В течение всего цикла зарядки зарядное устройство и система управления батареей (BMS) непрерывно обмениваются данными с интервалом в миллисекунды, отслеживая состояние батареи и устройства в режиме реального времени. Основные данные мониторинга делятся на три основные категории:

Это основные данные, загружаемые системой BMS, включая общее напряжение батареи, напряжение отдельных ячеек и общий ток батареи. Данные о напряжении используются для определения оставшейся емкости батареи и стадии зарядки, а данные о токе используются для мониторинга нагрузки зарядки в режиме реального времени, предотвращая перезаряд отдельных ячеек.

Это включает общую температуру батарейного блока, температуру отдельных ячеек и температуру интерфейса зарядки. Литиевые батареи чрезвычайно чувствительны к температуре; чрезмерно высокие температуры ускоряют старение и могут даже вызвать тепловой разгон, в то время как чрезмерно низкие температуры снижают активность батареи. Система BMS синхронизирует данные о температуре в режиме реального времени в качестве основной основы для регулирования мощности.

С одной стороны, система BMS загружает данные о сопротивлении изоляции высоковольтной системы, состоянии балансировки ячеек и состоянии батареи; С другой стороны, зарядный модуль передает собственное выходное напряжение, выходной ток, температуру модуля и информацию о неисправности. Этот двусторонний обмен данными обеспечивает визуализацию состояния всей цепи.

На основе этих данных зарядка будет автоматически осуществляться поэтапно: при уровне заряда батареи ниже 80% будет происходить быстрая зарядка на полной мощности; при уровне заряда от 80% до 95% ток будет постепенно уменьшаться; а при уровне заряда выше 95% произойдет переключение на медленную зарядку с небольшим током, динамически адаптируясь на протяжении всего процесса.

Когда напряжение элемента достигает номинального верхнего предела, BMS немедленно отправляет команду ограничения тока и отключения, чтобы предотвратить дальнейшее поступление энергии и избежать перезаряда, вздутия и повреждения батареи.

Если зарядный ток превышает допустимый диапазон батареи или в цепи возникает короткое замыкание, обе стороны быстро отключают высоковольтный выход для защиты батареи и модуля питания зарядного устройства.

Когда температура батареи слишком высока, BMS принудительно снижает мощность зарядки до полного отключения; в условиях низких температур зимой она автоматически ограничивает быструю зарядку высоким током и постепенно восстанавливает питание после прогрева батареи.

Когда сопротивление изоляции высоковольтной системы не соответствует стандарту, это указывает на риск утечки. Система связи немедленно инициирует аварийное отключение питания для обеспечения безопасности персонала.

Если во время зарядки происходит прерывание сигнала шины CAN или сигнала CP/PP, система определяет потерю связи, и зарядная станция немедленно прекращает подачу энергии, чтобы предотвратить неконтролируемую зарядку.

При ручном нажатии кнопки аварийной остановки или неисправности транспортного средства сигнал быстро передается по каналу связи, и вся система одновременно отключается.

Очистите зарядный пистолет и интерфейс автомобиля от пыли и окиси; замените зарядный пистолет и попробуйте снова; проверьте цепь низковольтного питания зарядного устройства; осмотрите проводку интерфейса зарядки со стороны автомобиля.

Проверьте клеммную колодку CAN зарядного устройства; отдайте приоритет зарядным устройствам с тем же основным протоколом; перезапустите автомобиль и попробуйте снова; частые ошибки требуют проверки системы управления батареей (BMS) автомобиля.

Оставьте автомобиль работать в режиме холостого хода, пока температура батареи не вернется к норме, прежде чем заряжать; проверьте наличие помех сигнала в цепи зарядки; перезапустите зарядное устройство и автомобиль.

Проверьте надежность фиксации головки зарядного пистолета; проверьте водонепроницаемость и влагозащиту проводки; считайте коды ошибок BMS и проверьте состояние батареи.

Высушите интерфейс и обеспечьте водонепроницаемую защиту; используйте зарядную станцию ​​и зарядный пистолет с классом защиты IP65 или выше.

Система управления батареей (BMS) — это ядро ​​управления аккумуляторной батареей электромобиля, а связь между зарядным устройством и BMS является важнейшим связующим звеном между зарядным оборудованием и автомобилем. Медленная зарядка переменным током использует аналоговые сигналы PP и CP для осуществления базового взаимодействия, в то время как быстрая зарядка постоянным током использует высокоскоростную шину CAN для обеспечения передачи больших объемов данных в режиме реального времени. Весь процесс связи охватывает весь цикл зарядки, от запуска до работы и завершения.