Số người đã quan tâm tới bài viết này: 33
       Hệ thống quản lý pin (Battery Management System – BMS) là một hệ thống điện tử phức tạp, đóng vai trò trung tâm trong việc giám sát, kiểm soát và bảo vệ bộ pin lithium-ion trong xe điện. BMS không chỉ đảm bảo hiệu suất tối ưu mà còn kéo dài tuổi thọ pin và ngăn chặn các rủi ro an toàn như cháy nổ hoặc suy giảm dung lượng. Trong xe điện, BMS tích hợp chặt chẽ với các hệ thống khác như bộ điều khiển động cơ và hệ thống sạc, giúp xe hoạt động an toàn và hiệu quả. BMS thực hiện các chức năng cốt lõi để duy trì pin ở trạng thái tối ưu, bao gồm giám sát thông số, ước lượng trạng thái, cân bằng cell và bảo vệ. Các thuật toán này dựa trên mô hình toán học và dữ liệu cảm biến, đảm bảo độ chính xác cao trong môi trường động của xe điện.
1. Giám sát điện áp, dòng điện, nhiệt độ
BMS giám sát liên tục các thông số chính để đảm bảo pin hoạt động an toàn. Điện áp từng cell được đo để tránh quá áp (>4.2V, dẫn đến phân hủy electrolyte) hoặc dưới Chức năng của hệ thống quản lý pin BMS trên ô tô điện - Trường Trung Tâm Dạy Nghề Ô Tô - Xe Máy EACáp (<2.5V, gây hỏng anode). Dòng điện được theo dõi để phát hiện quá tải (ví dụ >100A trong sạc nhanh), sử dụng cảm biến Hall để tính tích phân dòng. Nhiệt độ được giám sát tại nhiều điểm, với ngưỡng dưới 60°C để ngăn thermal runaway.
Nếu vượt ngưỡng, BMS kích hoạt bảo vệ như ngắt mạch hoặc giảm công suất. Tần suất giám sát thường 10-100 Hz, với lọc nhiễu để tăng độ chính xác.
2. Ước lượng SOC, SOH
2.1 SOC (State of Charge): Phần trăm năng lượng còn lại
SOC là tỷ lệ phần trăm dung lượng còn lại so với dung lượng đầy. Phương pháp Coulomb counting (hay ampere-hour integration) tính SOC = SOC_initial – (1/Q) ∫ I(t) dt, nơi Q là dung lượng danh nghĩa (Ah), I(t) là dòng điện theo thời gian. Phương pháp này đơn giản nhưng tích lũy lỗi do nhiễu đo lường, cần hiệu chỉnh định kỳ bằng phương pháp OCV (Open Circuit Voltage) – đo điện áp khi pin nghỉ để suy ra SOC từ đường cong đặc trưng.
Chức năng của hệ thống quản lý pin BMS trên ô tô điện - Trường Trung Tâm Dạy Nghề Ô Tô - Xe Máy EAC
2.2 SOH (State of Health): Phần trăm dung lượng còn lại so với ban đầu
SOH ước lượng sức khỏe pin bằng mô hình mạch tương đương ECM, như mô hình Thevenin với điện trở nội R0, điện trở phân cực R1 và tụ điện C1.
SOH=Q_current/Q_initial,
nơi Q_current ước lượng từ dữ liệu sạc/xả. Kết hợp Kalman filter (Extended Kalman Filter – EKF) để xử lý nhiễu: EKF tuyến tính hóa mô hình không tuyến tính, dự đoán và cập nhật trạng thái dựa trên đo lường.
2.3 Cân bằng cell: phương pháp thụ động và chủ động
Cân bằng cell khắc phục sự không đồng đều điện áp giữa các cell do sản xuất hoặc sử dụng.
a. Thụ động: Xả năng lượng thừa từ cell cao áp qua điện trở (thường 100-500 mA), chuyển thành nhiệt. Ưu điểm: Đơn giản, chi phí thấp (<1 USD/cell). Nhược điểm: Lãng phí năng lượng (hiệu suất ~50%), tạo nhiệt cần làm mát, thời gian cân bằng chậm (giờ). Mạch điển hình: MOSFET chuyển mạch điện trở song song với cell.
“Sơ đồ mạch cân bằng thụ động với điện trở.”
b. Chủ động: Chuyển năng lượng từ cell cao sang cell thấp qua tụ điện, cuộn cảm hoặc converter (như flyback hoặc buck-boost). Ưu điểm: Hiệu quả cao (>90%), ít nhiệt, cân bằng nhanh (phút). Nhược điểm: Phức tạp, chi phí cao (5-10 USD/cell), cần linh kiện nhiều. Mạch điển hình: Hệ thống chuyển năng lượng hai chiều.
“Sơ đồ mạch cân bằng chủ động với converter.”
Trong xe điện, cân bằng chủ động phổ biến hơn do hiệu quả năng lượng cao.
3. Cơ chế bảo vệ quá áp, quá dòng, quá nhiệt
BMS sử dụng ngưỡng để bảo vệ: Quá áp dừng sạc bằng cách ngắt contactor; quá dòng (>C-rate định mức) bằng rơle hoặc MOSFET; quá nhiệt kích hoạt quạt hoặc ngắt mạch.
Các cơ chế bao gồm phần cứng (fuse cho short-circuit) và phần mềm (watchdog cho lỗi). Điều này ngăn chặn cháy nổ và suy giảm pin, với thời gian phản hồi <1 ms.