Что такое тестирование аккумуляторной системы?

Звонит парень из выездной службы и сообщает, что погрузчик не включается. BMS заблокирована. Клиент обвиняет батарею. Оказывается, на праздники кто-то оставил рюкзак на неотапливаемом складе, температура упала ниже пороговой, и система отказалась замыкать главные контакторы. Работаем так, как задумано. Вот и тестирование аккумуляторной системы делает свое дело.

Тестирование аккумуляторной системы охватывает три вещи, которые практически незаметны для конечного пользователя: самодиагностика-перед запуском аккумулятора, контроль изоляции во время его работы и проверка блокировки, подтверждающая, что ничего не ослабло. Каждый из них существует потому, что в этой области что-то пошло не так, и часто это стало стандартным требованием. GB 18384-2020 в Китае, ISO 6469-3 на международном уровне. Это не предложения.

 Самодиагностика-прежде всего

Когда вы поворачиваете ключ зажигания на электрическом вилочном погрузчике, BMS не просто замыкает контакторы и надеется на лучшее. Есть последовательность, которая запускается первой и обычно завершается менее чем за пять секунд, а иногда и быстрее. Система опрашивает каждую группу ячеек на наличие напряжения и температуры, проверяет связь между ведомыми платами и запускает обнаружение прилипания контактора, прежде чем пытаться что-либо замкнуть.

Окно напряжения узкое. Напряжение элемента должно находиться в пределах от 2,0 В до 4,5 В, иначе блок не будет работать. Диапазон температур модуля составляет от -40 до 80 градусов. Это не произвольные цифры, взятые из спецификации. Напряжение ниже 2 В означает, что элемент глубоко разряжен или поврежден, и вы не хотите пропускать через него ток. Напряжение выше 4,5 В означает перезарядку или ошибку измерения, в любом случае что-то не так. Мы видели, как блоки возвращались с напряжением в одной ячейке 4,6 В, в то время как остальные были в норме. Производственный дефект в элементе, BMS обнаружил его до того, как произошел перегрев.

Обнаружение прилипания контактора игнорируется до тех пор, пока оно не станет иметь значение. Тест работает путем измерения напряжения на клеммах контактора, когда контактор подается на размыкание. Наличие напряжения означает, что ток течет, что означает, что контактор заварился во время предыдущего события, связанного с высоким-током. Невозможно управлять сварным контактором. Невозможно безопасно отключить пакет. Вилочный погрузчик, который отказывается включаться, раздражает. Вилочный погрузчик, который отказывается выключаться, опасен.

 Мониторинг изоляции касается тока утечки, а не только сопротивления

Высоковольтные аккумуляторные системы плавают относительно шасси автомобиля. Между шиной постоянного тока и землей нет намеренного соединения. При разрушении изоляции-попадание влаги, износ кабеля, загрязнение-ток начинает просачиваться в корпус. Прикоснитесь не к той поверхности в неподходящее время, и вы станете частью этой цепи. Вот почему GB 18384-2020 требует минимум 100 Ом на вольт напряжения системы. Для блока питания 500 В требуется сопротивление не менее 50 кОм между любым полюсом и заземлением шасси.

Математические расчеты взяты из стандарта IEC/TR 60479-1, который установил 2 мА в качестве порога, с которого начинается восприятие электрического тока человеком. Поддерживайте утечку ниже этого уровня, и контакт не будет представлять собой непосредственную опасность. Выше этого все быстро ухудшается. Стандарт дает вам инженерный запас для работы.

Существует четыре метода измерения сопротивления изоляции в транспортных средствах. Метод вспомогательного напряжения требует внешнего источника постоянного тока 110 В, усложняет систему и не позволяет определить, какой полюс неисправен. Метод датчика тока работает только при наличии тока нагрузки и бесполезен во время пред-проверок перед запуском. Метод сопротивления моста — это то, что сейчас используют большинство автомобильных BMS. Подключайте калиброванные резисторы между шиной постоянного тока и шасси, переключайтесь между конфигурациями, рассчитывайте изоляцию от полученных делителей напряжения. Работает непрерывно во время работы, но имеет «слепую зону», когда сопротивления положительного и отрицательного полюсов равны.

Метод подачи напряжения устраняет это «слепое пятно», накладывая низкочастотный сигнал переменного тока-частоты-обычно от 10 до 100 Гц- на цепь высокого напряжения и измеряя реакцию на эталонном шасси. Работает независимо от симметрии ухудшения изоляции. Работает даже при отключенном аккумуляторе от нагрузки. Более сложная реализация, более точные результаты.

Какой бы метод вы ни использовали, BMS необходимо что-то сделать с информацией. Изоляция выше 500 Ом/В, нормальная работа. Между 100 Ом/В и 500 Ом/В предупреждение на приборной панели, возможно ограничение некоторых функций. Ниже 100 Ом/В, состояние неисправности. Будет ли система немедленно отключать питание или позволит водителю дохромать до дома, зависит от скорости автомобиля и режима работы. Вы же не хотите, чтобы вилочный погрузчик заглох в процессе-подъема с поддоном в воздухе.

 Петля блокировки высокого напряжения обнаруживает механические проблемы

Мониторинг изоляции обеспечивает постепенную деградацию. HVIL обрабатывает внезапное отключение. Разъем оторвался во время столкновения. Крышка технического обслуживания снята без выполнения процедуры блокировки. Трос, который вибрировал из защелки.

В данной реализации пилотный сигнал низкого напряжения передается через специальные контакты на каждом разъеме высокого-напряжения в системе. Эти контакты механически короче силовых контактов. При отсоединении разъема сначала размыкается цепь блокировки, а потом размыкаются силовые контакты. BMS обнаруживает обрыв цепи, подает команду на размыкание всех контакторов, высокое напряжение падает до того, как силовые контакты физически разъединятся. Нет дуги на поверхности разъема. Никакой опасности для техника.

Существуют две топологии. Последовательный контур соединяет каждую точку блокировки в одну непрерывную цепь. Простая проводка, один разрыв в любом месте размыкает всю петлю, но без физического осмотра невозможно определить, какой разъем неисправен. Параллельный мониторинг через CAN позволяет каждому разъему независимо сообщать о своем состоянии. Больше проводки, больше сложности, но вы точно знаете, в чем проблема. Приложения для горнодобывающей промышленности и наземной поддержки аэропортов склонны к параллельному подходу, поскольку оборудование имеет большие размеры, а локализация неисправностей экономит время.

Распространенные виды отказов, которые мы видим: коррозия контактов из-за попадания влаги, недостаточное усилие сопряжения из-за изношенных корпусов разъемов, усталость кабеля из-за неправильной прокладки, которая допускает многократное изгибание. Это проблемы установки и обслуживания, а не проблемы проектирования, но они проявляются как неисправности HVIL, независимо от того, чья это вина.

 Почему это важно для операций флота

Пак, который отказывается запускаться, неудобен. Стая, которая запускается тогда, когда этого не следует делать, опасна. Тестирование аккумуляторной системы существует для предотвращения второго результата, допуская первый.

Диагностика увеличивает стоимость BMS. Разъемы блокировки стоят дороже, чем стандартные разъемы. Сама схема контроля изоляции представляет собой параллельный путь сопротивления, который немного ухудшает изоляцию системы. Это инженерные компромиссы, которые существуют, потому что альтернативная -упаковка без такой защиты-создает ответственность, которую никто не хочет нести.

Клиентам, оценивающим поставщиков аккумуляторов, вопросы, которые следует задавать, не касаются химического состава элементов или заявлений о сроке службы. Это важно, но это ставки за столом. Вопросы, раскрывающие возможности поставщика, относятся к крайним случаям. Что происходит при -30 градусах? Что произойдет, если группа ячеек выйдет из равновесия во время хранения? Что произойдет, если кто-то случайно закоротит сенсорные провода во время технического обслуживания? Поставщик, у которого есть ответы-конкретные, технические ответы с данными испытаний, вероятно, создал достаточно комплектов, чтобы сталкиваться с этими проблемами в полевых условиях.

Тестирование аккумуляторной системы — это не рекламная функция. Это инфраструктура, которая работает правильно, когда все идет не так, и выявляет проблемы до того, как они станут инцидентами, когда что-то произойдет. Лучший результат — вы никогда не заметите, как это работает.