Uitgebreide Introductie tot het Thermisch Beheersysteem (BTMS) van EV-batterijen

Een uitgebreide inleiding tot het thermisch beheer van de batterijen van elektrische voertuigen (BTMS)

1Wat is een BTMS?
Het Battery Thermal Management System (BTMS) is een kritisch subsysteem dat is ontworpen om de temperatuur van batterijpakketten of -modules in elektrische voertuigen (EV's) en andere energieopslagtoepassingen te regelen.Het belangrijkste doel is om de batterij binnen een optimaal temperatuurbereik te houden, waardoor maximale prestaties worden gewaarborgd, de levensduur van de cyclus wordt verlengd, de veiligheid wordt verbeterd en de algehele efficiëntie van het systeem wordt verbeterd.Door oververhitting tijdens het gebruik met een hoog vermogen te voorkomen en de afname van de prestaties in koude omgevingen te beperken, speelt het BTMS een cruciale rol bij de betrouwbaarheid en levensduur van moderne lithium-ionbatterijen.

2Operatieomgeving van BTMS
BTMS werkt onder veeleisende omstandigheden, waaronder:
- Breed temperatuurbereik: moet effectief werken van -40°C tot meer dan 60°C.
- Hoge trillingen en schokken: onderworpen aan constante mechanische belasting door voertuigbewegingen en wegomstandigheden.
- Vochtige en corrosieve omstandigheden: blootgesteld aan vocht, regen, sneeuw en zout, vooral in mariene of winterse klimaten.

Deze uitdagingen vereisen een robuust ontwerp en een hoge milieuvriendelijkheid van BTMS-onderdelen.

3. Belangrijkste kenmerken van BTMS
Om aan de eisen inzake prestaties en veiligheid te voldoen, moet een BTMS de volgende kenmerken vertonen:
- Real-time monitoring: volgt continu de temperatuurverdeling over de batterij.
- Hoge nauwkeurigheid: gebruik maakt van precisie sensoren om betrouwbare temperatuurgegevens te garanderen voor besturingsbesluiten.
- Betrouwbaarheid: werkt consequent onder moeilijke omstandigheden om de batterijintegriteit te waarborgen.
- Energie-efficiëntie: het energieverbruik van koel- of verwarmingselementen wordt tot een minimum beperkt om het bereik van het voertuig te behouden.

4Kernfuncties van BTMS
Het BTMS vervult verschillende essentiële functies:
- Temperatuurmonitoring: verzamelt realtime thermische gegevens van meerdere punten binnen het batterijpakket en registreert historische trends.
- Thermische reglementatie: houdt de batterijtemperatuur binnen een veilig en efficiënt operationele raam (meestal 15°C~35°C).
- Koeling en verwarming: gebruik van actieve of passieve methoden, zoals luchtkoeling, vloeistofkoeling of ingebouwde verwarmers, om extreme temperaturen te beheersen.
- Foutdetectie en -diagnostiek: identificeert thermische afwijkingen (bijv. hotspots, sensorfouten) en activeert waarschuwingen of beschermende maatregelen.
- communicatie met het systeem: interfaces met het batterijbeheersysteem (BMS) en de voertuigbesturingseenheid (VCU) via gestandaardiseerde protocollen voor gecoördineerde werking.

5. Communicatieprotocollen
Tot de gemeenschappelijke communicatieprotocollen die in BTMS worden gebruikt behoren:
- CAN Bus: Een robuust, multi-master serieel protocol dat veel wordt gebruikt in automotive toepassingen voor real-time gegevensuitwisseling.
- Modbus: Een eenvoudig, open protocol dat vaak wordt gebruikt in industriële en energiesystemen.
- RS485: een differentiële signaalstandaard voor communicatie over lange afstanden en tegen lawaai.

Deze protocollen maken naadloze integratie en gegevensuitwisseling mogelijk tussen het BTMS, het BMS en andere voertuigsystemen.

6Belangrijke onderdelen van BTMS
Een typisch BTMS bestaat uit de volgende componenten:
- Temperatuursensoren: strategisch geplaatst in het batterijpakket om de temperatuur van de cel en de module te controleren.
- Controller (bv. MCU of dedicated IC): verwerkt sensorgegevens en voert besturingsalgoritmen uit voor thermische regulering.
- Actuatoren: omvat koelventilatoren, pompen, kleppen, PTC-verwarmers of thermo-elektrische apparaten die reageren op besturingssignalen.
- Communicatiemodule: vergemakkelijkt de gegevensoverdracht met externe systemen.
- Koel-/verwarmingsinfrastructuur: zoals koelplaten, warmtewisselaars, koelmiddellussen of luchtleidingen, afhankelijk van de koelmethode.

7Typische BTMS-specificaties
- Werktemperatuurbereik: -40°C tot +60°C (omgeving)
- Communicatieinterfaces: CAN 2.0B, Modbus RTU, RS485
- Fysieke afmetingen: variërend van compacte eenheden (100×100×50 mm) tot grotere eenheden (500×500×200 mm) op basis van de batterijgrootte
- Energieverbruik: 100 W tot 10 kW, afhankelijk van de koel-/verwarmingscapaciteit en de schaal van het systeem

8Conclusies
Het Battery Thermal Management System (BTMS) is onmisbaar voor de veilige, efficiënte en duurzame werking van batterijsystemen in elektrische voertuigen, energieopslag en draagbare elektronica.Naarmate de batterijtechnologie vooruitgang boekt en de vraag naar een hogere energie-dichtheid en snellere opladen toeneemtDe rol van BTMS wordt steeds belangrijker.BTMS verbetert niet alleen de prestaties en de levensduur, maar zorgt ook voor de veiligheid van de gebruiker, waardoor het een hoeksteen vormt van de volgende generatie van elektrisch vervoers- en energieoplossingen.