프로젝트 104S: JBD 고전압 BMS를 사용하여 상용차 섀시(사다리 프레임)에 전기 공급

프로젝트 104S는 이러한 현실의 완벽한 예였습니다. 우리의 임무는 기존의 동력을 사용하는 소형 상업용 물류 트럭인 일꾼의 내연 동력계를 제거하고 이를 견고한 고전압 전기 동력계로 교체하는 것이었습니다.

우리는 목적에 맞게 세워진 "스케이트보드" 격자를 가지고 작업한 것이 아니었습니다. 우리는 수십 년 전에 디젤 기계와 구동축용으로 설계된 전통적인 검 눈금 프레임을 다루고 있었습니다.

견고한 개조를 전문으로 하는 Lead Systems의 거장으로서 저는 21세기 리튬 기술을 20세기 인공 프레임에 결합하려면 단순히 배선판 이상의 것이 필요하다고 말씀드릴 수 있습니다. 이를 위해서는 섬세한 전자 작동과 균형을 이루는 무차별적인 엔지니어링이 필요합니다. 이 사례 연구에서는 흔들리고 구부러지는 트럭 격자에 104S 리튬 배터리 시스템을 설치하는 데 따른 구체적인 엔지니어링 장애물과 JBD 자동차 등급 고전압 BMS가 이를 가능하게 하는 중추 신경계가 된 방법을 살펴봅니다.

상업용 개조 전압을 정의하는 104S 스위트 스팟

목걸이 렌치가 볼트에 닿기 전에 뼈대를 정의해야 했습니다. 경량 및 중형 시장성 교환(클래스 3-5 원본)의 경우 전압 선택이 중요합니다.

너무 낮게 설정하면(예: 96V 또는 144V) 필요한 목걸이를 달성하기 위해 막대한 전류가 필요하므로 무겁고 제어할 수 없는 바비에서 작동합니다.

케이블링 및 상당한 I²R 열 손실. 너무 높이면(예: 800V 전기자) 귀중한 SiC(탄화규소) 인버터와 거의 정당화되지 않는 특수 충전 구조를 사용하여 기하급수적인 요소 비용의 영역에 들어갑니다.

우리는 LiFePO4(LFP) 다색 셀을 사용하는 104S 구성을 선택했습니다.

공칭 전압: 332.8V(셀당 3.2V에서).

최대 충전 전압: ~380V

이 ~330V 공칭 범위는 시장성 있는 EV 개조를 위한 "최적의 지점"입니다. 이는 환상적인 고전압 격리 요소를 사용하지 않고도 중요한 견인 모터를 구동하는 데 충분한 기전력을 제공합니다. 이를 통해 표준의 견고한 인공 등급 커넥터와 케이블링을 사용하면서 화물을 가득 실은 등급에서 시작하는 것과 같이 최대 화물 스크립트 동안 관리 가능한 한도 내에서 전류 소모를 유지할 수 있습니다.

이미지 제안: 트럭 프레임 레일에 장착된 배터리 박스를 보여주는 이미지. 검 눈금 프레임 구동축 은신처의 양쪽에 볼트로 고정된 견고한 에센스 배터리 인클로저를 보여주는 분할된 "오염 탱크" 구성입니다.

신체적 도전 졸업 프레임 대 "스케이트보드" 이상

최첨단 EV 스케이트보드 격자는 단단하고 평평하여 배터리를 위한 완벽한 침대입니다. 시장성이 있는 졸업 프레임은 그 반대다. 유연하게 설계되었습니다. 고르지 않은 도로 껍질 위로 비틀어집니다. 심하게 진동합니다.

104S 디자인의 경우 모놀리식 104셀 팩을 중앙에 놓을 수는 없었습니다. 구동축, 은신처 및 크로스멤버가 방해가 되었습니다. 우리는 종종 "디파일 탱크" 구성이라고 불리는 분산 레이아웃을 빌려야 했습니다. 우리는 104S 시스템을 2개의 52S 하위 팩으로 분해하여 무게 중심을 유지하기 위해 트럭 양쪽의 프레임 레일 외부에 장착했습니다.

이로 인해 심각한 엔지니어링 문제가 발생했습니다.

진동 및 충격 배터리 박스는 스프링 아래 무게로 되어 있어 도로 충격에 직접 노출됩니다. 내부 요소, 특히 BMS 및 접촉기는 납땜 접합부 균열 또는 릴레이 용접 폐쇄 내에서 높은 G-힘을 밀어내야 합니다.

HV 라우팅 이제 두 팩 사이의 격자를 가로질러 고전압 케이블이 연결되었습니다. 타박상과 도로 잔해로부터 이러한 라인을 보호하는 것이 주요 안전 문제였습니다.

HVIL 복잡성 HVIL(고전압 인터록 루프) — 커넥터가 부적절하게 장착된 경우 시스템 정지를 보장하는 안전 회로는 전체 프레임에서 훨씬 더 길고 복잡한 경로를 실행해야 합니다.

JBD의 자동차 등급 HV BMS를 구현하는 신경계

빌드 졸업 프레임의 가혹한 지형을 감안할 때 표준 인공 BMS는 한 달 이내에 실패합니다. 지속적인 진동으로 인해 표준 PCB 요소가 깨질 수 있으며 도로 얼룩으로 인해 비밀폐 인클로저가 손상될 수 있습니다.

디자인 104S를 위해 우리는 JBD 자동차급 고전압 BMS를 배치했습니다. 이는 단순히 셀 전압을 다루는 것이 아닙니다. 그것은 생존에 관한 것이 었습니다.

엔지니어링 과제 # 1: 산업 환경에서 생존

BMS 장치는 트럭 적재함 아래의 기초에 노출된 주 접촉기 상자 근처에 장착되어야 했습니다. 우리는 JBD의 견고한 태클 전기자를 사용했습니다.

IP67 사각형 BMS는 뼈로 주조한 알루미늄 사각형 안에 들어 있으며 먼지와 고압 물 분사로부터 완전히 밀봉됩니다. 이는 언더래티스 기초에 대해서는 협상할 수 없습니다.

자동차 커넥터 우리는 모든 감지 및 통신 하니스에 잠금식 밀봉 자동차 등급 커넥터(Am페놀 또는 TE 연결 구성 요소 등)를 사용하여 작동 중 흔들림을 방지했습니다.

진동 감쇠 내부 PCB는 습기로부터 보호하기 위해 등각 카펫으로 덮여 있으며 프레임 고조파로부터 민감한 치수 전자 장치를 절연하기 위해 진동 감쇠 스탠드오프가 장착되어 있습니다.

이미지 제안 견고한 본질 사각형 내부의 JBD BMS 이미지. 밀봉된 자동차 등급 커넥터와 냉각 핀을 보여주는 뼈 주조 알루미늄 덮개 근처.

엔지니어링 과제 # 2: 분산된 짐승의 재창조

분할 104S 팩을 관리하려면 전류 표시 및 접촉기 배치를 신중하게 고려해야 합니다. 우리는 중앙 집중식 Master BMS 접근 방식을 결정했습니다.

셀이 물리적, 전기적으로 분해되는 동안 직렬로 유지되었습니다. JBD BMS는 서로 다른 두 물리적 팩의 온도를 포괄하도록 구성되었습니다. 결정적으로, HVIL 회로는 두 오염 탱크의 서비스 분리를 ​​통해 직렬로 실행되도록 설계되었습니다. 그러나 서비스를 위해 배터리 상자 중 하나를 자동으로 열면 전체 HV 시스템이 작동하지 않으므로 결빙 안전이 보장됩니다. JBD BMS는 주 접촉기가 닫히도록 허용하기 전에 이 확장된 HVIL 서클의 무결성을 지속적으로 모니터링합니다.

엔지니어링 과제# 3 프로토콜 핸드셰이크(VCU 통합)

빌드는 "프랑켄슈타인" 지형입니다. 한 공급업체의 모터와 조절기, 원래 차량의 스로틀 페달, 새로운 애프터마켓 차량 제어 장치(VCU)가 쇼를 진행하려고 합니다.

BMS는 배터리 상태에 대한 단일 정보 소스여야 합니다. 그러나 BMS와 VCU가 통신할 수 없으면 트럭은 움직이지 않습니다.

우리는 JBD BMS의 완전히 구성 가능한 CAN 기계 인터페이스(CAN 2.0 B)를 사용했습니다. 문제는 애프터마켓 VCU에 필요한 특정 CAN ID를 매핑하는 것이었습니다. 우리는 VCU가 예상하는 정확한 주파수(예: 10ms 간격)로 충전 상태(SOC), 방전 전류 제한(DCL) 및 충전 전류 제한(CCL)과 같은 중요한 매개 변수를 방송하도록 BMS를 구성해야 했습니다.

사례 연구: Limelight는 시동 시 높은 돌입 전류를 작동합니다.

원래 트랙 테스트 중에 심각한 문제가 발생했습니다. 운전자가 분해된 2톤 화물을 싣고 정지 상태에서 액셀러레이터를 밟았을 때 VCU는 쉴 새 없이 최대 가속을 요구했습니다. 배터리에서 발생하는 전류의 흐름이 엄청났기 때문에 BMS가 "단락 회로 보호"를 활성화하고 접촉기를 계속해서 열어 트럭을 계속 죽게 만들었습니다.

모터 레귤레이터의 내부 커패시터는 배터리를 너무 빨리 소모하여 BMS에 대한 단락처럼 보였습니다.

JBD 솔루션: 단순히 보호 기능을 비활성화할 수는 없습니다. 그건 위험할 것 같아요. 오히려 JBD HV BMS 의 고급 구성 소프트웨어를 사용하여 보호 감각을 조정했습니다.

사전 충전 최적화 사전 충전 가동 중지 시간을 늘려 주 접촉기가 닫히기 전에 모터 조정기의 커패시터가 팩 전압과 완전히 일치하도록 결빙했습니다.

현재-시간 바람 매핑. 우리는 과전류 보호 감지기를 즉각적인 값에서 시간 제한이 있는 바람에 적응시켰습니다. 우리는 논스톱 150A 스탠딩으로 설정하기 전에 2초 이상(롤링 인돌런스 이동에 충분) 300A 샤프트를 허용하도록 BMS를 구성했습니다.

이 튜닝을 통해 104S 셀의 안전 한계를 손상시키지 않으면서 필요한 "분리형 목걸이"가 가능해졌습니다.

결론: 개조의 미래는 험난하다

디자인 104S는 전통적인 ICE 격자를 전기식으로 전환하는 것이 시장성 있는 라인에 대해 실현 가능하고 비용 효율적인 전략이지만 무승부 연습은 아니라는 점을 보여주었습니다. 졸업 프레임의 적대적인 물리적 지형은 표준 에너지 저장 결과보다 훨씬 더 엄격한 요소를 요구합니다.

104S 시스템의 전압 스위트 스팟과 JBD 자동차 등급 BMS의 견고하고 구성 가능한 인텔리전스를 사용하여 우리는 이주가 없는 파워트레인을 수용하면서 원래 마일리지를 유지하는 작업 트럭을 성공적으로 제공했습니다.

그럼에도 불구하고, 시장성이 있는 EV 빌드 또는 기술적인 내구성이 뛰어난 격자를 협상하는 경우, 우리의 고전압 결과가 어떻게 현실 세계의 요구를 충족할 수 있는지에 대해 엔지니어링 소대에 알리십시오.