BMS Battery Management System – system zarządzania baterią – stosowany jest w samochodach elektrycznych i hybrydowych, przede wszystkim w hybrydach PHEV. System BMS ma różną budowę, zależną od producenta i rodzaju auta. Ostateczna architektura BMS może mieć formę jednego modułu sterującego albo wielu podzespołów zamontowanych w aucie w sposób rozproszony (Battery Control Unit plus kilka Cell Supervisory, Cell Circuits, Cell Units). Każde z rozwiązań ma swoje zalety i wady.

Awaria systemu BMS może całkowicie unieruchomić samochód elektryczny.

Czym jest BMS w samochodzie elektrycznym?

BMS (Battery Management System) to system zarządzania baterią. Jest jednym z najważniejszych systemów elektronicznych samochodu elektrycznego. Zadaniem BSM jest monitorowanie, zarządzanie i ochrona akumulatora trakcyjnego. BMS działa dokładnie tak samo w samochodzie hybrydowym PHEV, kiedy auto pracuje w trybie elektrycznym.

BMS w trakcie pracy kontroluje:

• napięcie poszczególnych ogniw baterii lub grup ogniw w baterii;
• temperaturę ogniw i modułów za pomocą dodatkowych czujników temperatury;
• prąd przepływający przez baterię;
• napięcie całego pakietu;
• stan naładowania SOC (State of Charge);
• kondycję baterii SOH (State of Health) będącą jednym z podstawowych,
• różnice napięć pomiędzy ogniwami;
• warunki ładowania i rozładowywania;
• stan izolacji – zależnie od architektury pojazdu;
• występowanie nieprawidłowości i usterek.

Ogniwa baterii samochodu elektrycznego muszą pracować w określonym zakresie napięcia, temperatury i prądu. Jeśli bezpieczne wartości zostaną przekroczone, dojdzie do przyspieszonej degradacji ogniw, a w skrajnych przypadkach może to doprowadzić do zagrożenia chemicznego i zapalenia się baterii.

Gdzie montuje się system BMS w samochodzie?

Jak wspomnieliśmy na początku, system BMS może mieć dwie różne formy: zblokowaną lub rozproszoną. Najczęściej BMS montuje się wewnątrz obudowy akumulatora trakcyjnego. Dzięki temu nie trzeba prowadzić rozbudowanej instalacji. Montaż wewnątrz obudowy baterii zapewnia systemowi BMS dostęp do czujników temperatury, styczników wysokiego napięcia, elementów ochronnych, pomiaru napięcia ogniw.

Jeśli system BMS zamontowano w aucie w formie rozproszonej, to wewnątrz akumulatora znajdują się elementy pomiarowe, a główny sterownik zamontowany jest poza akumulatorem. Elementy pomiarowe komunikują się ze sterownikiem za pomocą magistrali komunikacyjnej.

W niektórych konstrukcjach system jest rozproszony. Wtedy w baterii znajdują się lokalne moduły monitorujące ogniwa, a nadrzędny sterownik BMS/BCU komunikuje się z nimi za pośrednictwem magistrali komunikacyjnej. Jednak także wtedy sterownik także umieszcza się w pobliżu baterii.

Jakie oprogramowanie wykorzystuje BMS?

Działanie BMS jest możliwe dzięki zaawansowanemu oprogramowaniu. Korzysta ono także z algorytmów matematycznych. To system czasu rzeczywistego.

• Przede wszystkim wskazania ze strony BMS są niezbędne do informowania kierowcy o ilości energii znajdującej się w baterii auta.
• BMS stale bada i informuje o kondycji akumulatora, określając jego poziom SOH (State Of Health).
• Na bazie zebranych danych z czujników i elementów pomiarowych BMS może ograniczać maksymalną moc ładowania lub rozładowywania.
• BMS zarządzania balansowaniem, czyli procesem wyrównywania naładowania poszczególnych ogniw baterii.
• W przypadku wykrycia nieprawidłowych parametrów, BMS może ograniczyć pracę baterii lub ją całkowicie wyłączyć.
• Dzieje się tak dzięki temu, że BMS stale monitoruje nieprawidłowości, zapisuje kody błędów i przekazuje informacje do innych sterowników samochodu.

Oprogramowanie ma szczególne znaczenie dla właściwej pracy BMS. Częstym powodem awarii i problemów jest oprogramowanie. Czasami fizyczna naprawa (wymiana podzespołów) nie jest potrzebna. Wystarcza aktualizacja oprogramowania albo jego ponowne wgranie.

Jaką rolę pełni BMS w samochodzie elektrycznym?

Podstawowe zadanie to dbanie o bezpieczną i efektywną pracę akumulatora trakcyjnego. Zadaniem BMS jest ochrona akumulatora przed przeładowaniem (może odłączyć prąd), nadmiernym rozładowaniem (nie zatrzyma procesu, ale ostrzega użytkownika auta), zbyt wysokim prądem (może rozłączyć), zbyt wysoką temperaturą (może zainicjować pracę układu chłodzenia), zbyt niską temperaturą (może zainicjować pracę układu chłodzenia z grzałkami PTC na określonych pętlach), nieprawidłowym napięciem ogniw.

Z jakich elementów składa się BMS?

Standardowa budowa Battery Management System w aucie elektrycznym to:

• główny sterownik BMS/BCU – mózg urządzenia z oprogramowaniem;
• moduły monitorujące ogniwa CSC/CMU;
• czujniki napięcia;
• czujniki temperatury;
• czujniki prądu;
• układy pomiarowe;
• układy balansowania ogniw baterii;
• interfejs komunikacyjny;
• oprogramowanie podstawowe;
• algorytmy zarządzania;
• elementy sterujące stycznikami HV.

Awarie BMS – czy Battery Management System się psuje?

W motoryzacji nie ma praktycznie systemów i części, które się nie psują. Są tylko rozwiązania mniej lub bardziej trwałe. Awaria BMS może oznaczać zarówno problem z elektroniką, jak i z oprogramowaniem lub czujnikami.

Typowe problemu związanie z BMS to: awarie oprogramowania, uszkodzenie sterownika BMS, uszkodzenie modułu monitorującego ogniwa, awaria czujnika temperatury, błędny pomiar napięcia, uszkodzenie czujnika prądu, problemy z komunikacją CAN, uszkodzenie przewodów pomiarowych, korozja złączy, zawilgocenie, problemy z izolacją, błędy oprogramowania, utrata komunikacji między modułami.

Błędy BMS odczytane za pomocą diagnostyki nie zawsze oznacza awarię samego BMS. System BMS może wykrywać problem znajdujący się gdzie indziej – np. w pojedynczym module baterii, ogniwie, czujniku temperatury, układzie chłodzenia, stycznikach HV lub systemie izolacji.

Jakie są objawy awarii BMS?

Typowe objawy awarii to:

• komunikaty ostrzegawcze na wyświetlaczu;
• problemy z ładowaniem auta – brak możliwości ładowania, ograniczona moc ładowanie, przerywane ładowanie, ładowanie tylko za pomocą AC;
• przejście auta w tryb awaryjny;
• całkowite wyłączenie baterii;
• niewłaściwe wskazania poziomu naładowania baterii – wahania, gwałtowne zmiany poziomu naładowania;
• niewłaściwe wskazania parametrów SOH;
• problemy z niewłaściwym chłodzeniem lub ogrzewaniem baterii.

Jak diagnozuje się BMS?

Jak zawsze przypominamy – prace nad autem elektrycznym mogą wykonywać tylko mechanicy mający uprawnienia do pracy z 1kV, odpowiedni sprzęt, narzędzia i szkolenia. Doskonale wiemy, że nasze artykuły czytają też kierowcy. Dlatego przestrzegamy: samodzielne naprawy i diagnostyka aut elektrycznych mogą zakończyć się śmiertelnym porażeniem prądem lub pożarem samochodu.

Typowe czynności diagnostyczne to:

• Odczytanie kodów błędów za pomocą komputera diagnostycznego, zapisanych w pamięci BMS i innych sterowników;
• Analiza danych rzeczywistych: napięcia, różnic napięć, rzeczywistej temperatury, prądu baterii, SOC, SOH, statusu styczników, statusu balansowania, parametrów izolacji;
• Sprawdzenie stanu połączeń;
• Sprawdzenie szczelności obudowy i ewentualnych śladów korozji.

Instrukcje serwisowe często zalecają aktualizację oprogramowania BMS, wgranie nowego oprogramowania, przeprowadzenie inicjalizacji albo kalibrację. Prawidłowa diagnostyka BMS polega nie na odczytaniu jednego kodu błędu, ale na analizie danych całego systemu baterii.

Czy BMS się naprawia czy wymienia?

Możliwe są oba rozwiązania. Zależy to od producenta, konstrukcji BMS i rodzaju awarii. A także dostępności części zamiennych. W przypadku uszkodzenia poszczególnych elementów elektroniki, zasilania lub połączeń czasami dokonuje się naprawy.

Jeśli brakuje części, uszkodzenia są poważne, moduł został zalany, skorodowany, producent nie przewiduje naprawy, konieczna jest jego wymiana na nowy. Po montażu nowego BMS, albo po jego naprawie, konieczne jest zakodowanie, programowanie i kalibracja.