Battery Management System Design and Implementation in Electric Raceabout - Electric Sportscar

Abstract

The purpose of this Bachelor´s study was to design and implement a new user-configurable battery management system into Electric Raceabout – electric sports car. This new improved system design would replace the old battery management system in the vehicle.

The thesis begins by characterizing a professional battery management system and representing the benefits of the new system. Following the objectives of professional battery management systems, the new battery management system was designed and implemented. The thesis represents the modular system design part by part and explains the system configuration methods.

After introducing the system design the thesis represents the main ideas behind the BMS -control algorithms. These ideas include for example the use of the IR -compensation method for calculating the open circuit voltage of the cell and I2t -based current limit calculation for the battery.

One of the main objectives was to have a user-configurable system which would allow rapid changes in the system when needed. This would enable the full testing capability of the battery management system in different kind of driving purposes such as racing track or just a normal city driving. Furthermore, the new system was designed to be able to supervise the current at least 100 times faster compared to the old system in order to react in-real time to over current errors. In addition, the modular system design and the real-time computing capability were preferred in order to bring more freedom and safety to the system functionality. With the new system, the system parameters would be very easy to con-figure with new code snippets and this would give the ability for the user to test new ideas and improve the system even further.

According to the reliability tests on the dynamometer the results were reliable which enables further development of the system.

Tämä insinöörityö käsittää uuden, käyttäjälle konfiguroitavissa olevan akkujenhallintajärjestelmän (BMS) suunnittelun sekä toteutuksen Electric RaceAbout -urheilusähköautoon. Järjestelmän valmistuttua se tulee korvaamaan auton vanhan akkujenhallintajärjestelmän.

Työ alkaa akkujenhallintajärjestelmän toimintojen kartoituksella sekä uuden järjestelmän parannettujen ominaisuuksien esittelemisellä. Tämä luo pohjan käytännön toteutukselle. Tämän lisäksi työssä käydään läpi järjestelmän modulaarinen rakenne osa kerrallaan ja kuvataan laitteiden konfigurointimetodit.

Järjestelmän esittelemisen jälkeen työ keskittyy ideoihin, joihin BMS -järjestelmän ohjelmointi perustui. Näistä ideoista esitellään esimerkiksi IR -kompensointiin perustuva lähdejännitteen laskeminen sekä I2t -perusteinen dynaaminen virranrajoitus algoritmi.

Yksi järjestelmän päätavoitteista oli rakentaa käyttäjälle konfiguroitavissa oleva systeemi, joka mahdollistaisi nopeat muutokset tarvittaessa. Tämä mahdollistaa erilaisten asetusten testaamisen erilaisissa olosuhteissa kuten rata-ajossa tai normaalilla kaupunkisyklillä. Tämän lisäksi uusi järjestelmä kykenee mittaamaan akuston virtaa 100 kertaa nopeammin kuin aikaisemmin, mikä parantaa kykyä reagoida mahdollisiin ylivirtatilanteisiin.

Modulaarinen systeemirakenne ja reaaliaikainen laskenta paransivat yhdessä systeemin turvallisuutta. Uuden systeemin ansiosta järjestelmää on helppo päivittää koodimuutoksilla, ja tämä antaa mahdollisuuden testata uusia ideoita ja kehittää järjestelmää yhä paremmaksi.

Järjestelmää testattiin vanhan BMS-järjestelmän kanssa rinnakkain, ja testien perusteella sitä voidaan pitää luotettavana. Tämä antaa pohjan järjestelmän jatkokehitykselle.