Was ist Batteriesystemtest?

Ein Außendienstmitarbeiter ruft an und sagt, der Gabelstapler lasse sich nicht einschalten. BMS gesperrt. Der Kunde gibt der Batterie die Schuld. Es stellte sich heraus, dass jemand die Packung über die Feiertage in einem ungeheizten Lagerhaus liegen ließ, die Temperatur unter den Grenzwert fiel und das System sich weigerte, die Hauptschütze zu schließen. Funktioniert wie vorgesehen. Das bedeutet, dass Batteriesystemtests ihren Zweck erfüllen.

Die Prüfung des Batteriesystems umfasst drei Dinge, die für den Endbenutzer größtenteils unsichtbar passieren: Selbstdiagnose-bevor das Gerät in Betrieb geht, Isolationsüberwachung während des Betriebs und Verriegelungsüberprüfung, die bestätigt, dass sich nichts gelöst hat. Jedes davon existiert, weil vor Ort etwas schief gelaufen ist, und zwar oft genug, dass es zu einer Standardanforderung wurde. GB 18384-2020 in China, ISO 6469-3 international. Das sind keine Vorschläge.

 Selbst-Diagnose vor allem anderen

Wenn Sie den Schlüsselschalter eines Elektrostaplers betätigen, schlägt das BMS nicht einfach die Schütze zu und hofft auf das Beste. Es gibt eine Sequenz, die zuerst ausgeführt wird und normalerweise in weniger als fünf Sekunden, manchmal auch schneller, abgeschlossen ist. Das System fragt jede Zellgruppe auf Spannung und Temperatur ab, prüft, ob die Slave-Platinen kommunizieren, und führt eine Schützadhäsionserkennung durch, bevor versucht wird, etwas zu schließen.

Das Spannungsfenster ist eng. Die Zellenspannung muss zwischen 2,0 V und 4,5 V liegen, sonst geht der Akku nicht in Betrieb. Der Temperaturbereich des Moduls beträgt -40 bis 80 Grad. Dabei handelt es sich nicht um willkürliche Zahlen aus einem Datenblatt. Unter 2 V bedeutet, dass eine Zelle tiefentladen oder beschädigt ist. Sie sollten keinen Strom durch sie leiten. Über 4,5 V bedeutet Überladung oder Messfehler, in beiden Fällen stimmt etwas nicht. Wir haben schon erlebt, dass eine Zelle eine Spannung von 4,6 V hatte, während die anderen normal waren. Herstellungsfehler in der Zelle, BMS hat ihn erkannt, bevor es zu einem thermischen Ereignis wurde.

Die Erkennung von Schützadhäsionen wird vernachlässigt, bis es darauf ankommt. Bei dem Test wird die Spannung an den Schützklemmen gemessen, wenn das Schütz geöffnet wird. Anliegende Spannung bedeutet, dass Strom fließt, was bedeutet, dass das Schütz während eines vorherigen Hochstromereignisses geschlossen wurde. Ein verschweißtes Schütz kann nicht gesteuert werden. Der Akku lässt sich nicht sicher trennen. Ein Gabelstapler, der nicht anfahren will, ist ärgerlich. Ein Gabelstapler, der nicht abbiegen will, ist gefährlich.

 Bei der Isolationsüberwachung geht es um Leckströme, nicht nur um den Widerstand

Hochspannungsbatteriesysteme schweben relativ zum Fahrzeugchassis. Es besteht keine absichtliche Verbindung zwischen dem DC-Bus und der Erde. Wenn die Isolierung zusammenbricht-dringen Feuchtigkeit, Kabelverschleiß und Verunreinigungen ein-Strom fließt zum Gehäuse. Berühren Sie zur falschen Zeit die falsche Oberfläche und Sie werden Teil dieses Kreislaufs. Aus diesem Grund erfordert GB 18384-2020 mindestens 100 Ω pro Volt Systemspannung. Ein 500-V-Paket benötigt mindestens 50 kΩ zwischen jedem Pol und der Gehäusemasse.

Die Berechnung stammt aus IEC/TR 60479-1, die 2 mA als Schwelle festlegt, ab der die menschliche Wahrnehmung von elektrischem Strom beginnt. Halten Sie die Leckage unterhalb dieses Werts, und ein Kontakt ist nicht unmittelbar gefährlich. Darüber hinaus wird es schnell schlimmer. Der Standard gibt Ihnen einen technischen Spielraum, mit dem Sie arbeiten können.

Es gibt vier Methoden zur Messung des Isolationswiderstands in Fahrzeuganwendungen. Die Hilfsspannungsmethode erfordert eine externe 110-V-Gleichstromquelle, verkompliziert das System und kann nicht unterscheiden, welcher Pol den Fehler aufweist. Die Stromsensormethode funktioniert nur, wenn Laststrom fließt, und ist bei Prüfungen vor dem Start unbrauchbar. Die Brückenwiderstandsmethode wird heute von den meisten Automobil-BMS verwendet. Schließen Sie kalibrierte Widerstände zwischen DC-Bus und Chassis an, wechseln Sie zwischen Konfigurationen und berechnen Sie die Isolierung anhand der resultierenden Spannungsteiler. Funktioniert während des Betriebs kontinuierlich, hat jedoch einen toten Winkel, wenn die Widerstände von Plus- und Minuspol zufällig gleich sind.

Die Spannungsinjektionsmethode behebt diesen blinden Fleck, indem sie dem Hochspannungskreis ein nieder{0}}frequentes Wechselstromsignal-normalerweise 10 bis 100 Hz-überlagert und die Reaktion am Chassis-Referenzwert misst. Funktioniert unabhängig von der Symmetrie beim Isolationsabbau. Funktioniert auch, wenn die Batterie vom Verbraucher getrennt ist. Komplexer in der Umsetzung, genauere Ergebnisse.

Welche Methode Sie auch verwenden, das BMS muss mit den Informationen etwas anfangen. Isolierung über 500 Ω/V, Normalbetrieb. Zwischen 100 Ω/V und 500 Ω/V, Warnung an das Armaturenbrett, möglicherweise Einschränkung einiger Funktionen. Unter 100 Ω/V, Fehlerzustand. Ob das System die Stromversorgung sofort unterbricht oder dem Fahrer erlaubt, nach Hause zu humpeln, hängt von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Betriebsmodus ab. Sie möchten nicht, dass ein Gabelstapler mitten im Hub stirbt, während eine Palette in der Luft ist.

 Hochspannungs-Verriegelungsschleife erkennt mechanische Probleme

Die Isolationsüberwachung bewältigt die allmähliche Verschlechterung. HVIL bewältigt plötzliche Verbindungsabbrüche. Bei einem Zusammenstoß hat sich ein Stecker gelöst. Eine Wartungsabdeckung wurde entfernt, ohne dass das Sperrverfahren befolgt wurde. Ein Kabel, das vibrierend aus seiner Verriegelung kam.

Die Implementierung führt ein Niederspannungs-Pilotsignal über dedizierte Pins an jedem Hochspannungsanschluss im System aus. Diese Pins sind mechanisch kürzer als die Leistungskontakte. Wenn Sie einen Stecker abziehen, öffnet sich zuerst der Verriegelungskreis, dann trennen sich die Leistungskontakte. Das BMS erkennt den offenen Stromkreis, befiehlt das Öffnen aller Schütze und es kommt zu hohen Spannungsabfällen, bevor sich die Leistungskontakte physisch trennen. Kein Lichtbogen an der Steckerfläche. Keine Gefahr für den Techniker.

Es gibt zwei Topologien. Die Reihenschleife verbindet jeden Verriegelungspunkt zu einem kontinuierlichen Stromkreis. Einfache Verkabelung, eine Unterbrechung irgendwo öffnet die gesamte Schleife, aber ohne physische Inspektion kann man nicht sagen, welcher Stecker fehlerhaft ist. Durch die parallele Überwachung über CAN kann jeder Stecker seinen eigenen Status unabhängig melden. Mehr Verkabelung, mehr Komplexität, aber Sie wissen genau, wo das Problem liegt. Bergbau- und Bodenunterstützungsanwendungen auf Flughäfen tendieren zum parallelen Ansatz, da die Ausrüstung groß ist und die Fehlerlokalisierung Zeit spart.

Häufige Fehlerarten, die wir sehen: Stiftkorrosion durch eindringende Feuchtigkeit, unzureichende Steckkraft durch verschlissene Steckergehäuse, Kabelermüdung durch schlechte Verlegung, die wiederholtes Biegen ermöglicht. Hierbei handelt es sich um Installations- und Wartungsprobleme, nicht um Designprobleme, aber sie werden als HVIL-Fehler angezeigt, unabhängig davon, wessen Fehler sie sind.

 Warum dies für den Flottenbetrieb wichtig ist

Ein Rucksack, der sich weigert zu starten, ist unbequem. Ein Rucksack, der startet, wenn er nicht sollte, ist gefährlich. Batteriesystemtests dienen dazu, das zweite Ergebnis zu verhindern, indem sie das erste zulassen.

Die Diagnose erhöht die Kosten für das BMS. Die Interlock-Steckverbinder kosten mehr als Standard-Steckverbinder. Die Isolationsüberwachungsschaltung selbst führt einen parallelen Widerstandspfad ein, der die Systemisolierung leicht verschlechtert. Hierbei handelt es sich um technische Kompromisse, die bestehen, weil der alternative -Versand von Paketen ohne diesen Schutz- eine Haftung mit sich bringt, die niemand tragen möchte.

Für Kunden, die Batterielieferanten bewerten, geht es bei den zu stellenden Fragen nicht um Zellchemie oder Angaben zur Zyklenlebensdauer. Das ist zwar wichtig, aber es handelt sich um Tischeinsätze. Bei den Fragen, die die Leistungsfähigkeit des Lieferanten offenbaren, geht es um Randfälle. Was passiert bei -30 Grad? Was passiert, wenn eine Zellgruppe während der Lagerung aus dem Gleichgewicht gerät? Was passiert, wenn jemand während der Wartung versehentlich die Sensorkabel kurzschließt? Ein Lieferant, der Antworten -spezifische, technische Antworten mit Testdaten hat, hat wahrscheinlich genug Pakete erstellt, um diese Probleme in der Praxis gesehen zu haben.

Das Testen des Batteriesystems ist keine beworbene Funktion. Es ist eine Infrastruktur, die ordnungsgemäß funktioniert, wenn nichts schief geht, und Probleme erkennt, bevor sie zu Vorfällen werden, wenn etwas schiefgeht. Das beste Ergebnis ist, dass Sie nie bemerken, dass es funktioniert.