Jaka jest funkcja BMS?

System zarządzania baterią (BMS) to dowolny system elektroniczny, który zarządza akumulatorem (ogniwem lub zestawem akumulatorów), na przykład poprzez ochronę akumulatora przed działaniem poza jego bezpiecznym obszarem działania, monitorowanie jego stanu, obliczanie danych wtórnych, raportowanie tych danych, kontrolowanie jego środowisko, uwierzytelniając je i/lub równoważąc.

Pakiet akumulatorów zbudowany wraz z systemem zarządzania akumulatorami z zewnętrzną magistralą komunikacyjną to inteligentny zestaw akumulatorów.Inteligentny zestaw baterii musi być ładowany przez inteligentną ładowarkę.

Ochrona

BMS może chronić swoją baterię, uniemożliwiając jej działanie poza swoimbezpieczny obszar operacyjny, Jak na przykład:

• Przeładowanie
• Nadmierne rozładowanie
• Przetężenie podczas ładowania
• Przetężenie podczas rozładowania
• Przepięcie podczas ładowania, szczególnie ważne dlakwas ołowiowy,Li-ionILiFePO4komórki
• Podnapięcie podczas rozładowywania, szczególnie ważne dla ogniw Li-ion i LiFePO4
• Powyżej temperatury
• Ładowanie w niskiej temperaturze
• Nadciśnienie (NiMHbaterie)
• Wykrywanie zwarcia doziemnego lub prądu upływowego (system monitoruje, czy akumulator wysokiego napięcia jest elektrycznie odłączony od dowolnego obiektu przewodzącego, którego można dotknąć, takiego jak karoseria pojazdu)

BMS może uniemożliwić pracę poza bezpiecznym obszarem pracy akumulatora poprzez:

• W tym wewnętrznyprzełącznik(taki jakprzekaźnikLubmosfet), który otwiera się, jeśli akumulator jest używany poza jego bezpiecznym obszarem działania
• Żądanie od urządzeń, do których podłączony jest akumulator, ograniczenia lub nawet zaprzestania używania lub ładowania akumulatora.
• Aktywne kontrolowanie otoczenia, na przykład poprzez grzejniki, wentylatory, klimatyzację lub chłodzenie cieczą

Balansowy

Aby zmaksymalizować pojemność akumulatora i zapobiec miejscowemu niedoładowaniu lub przeładowaniu, BMS może aktywnie zapewniać, że wszystkie ogniwa tworzące akumulator są utrzymywane na tym samym napięciu lub stanie naładowania, poprzez równoważenie.BMS może zrównoważyć komórki poprzez:

• Zmarnowanieenergiaz najbardziej naładowanych ogniw, podłączając je doobciążenie(np. poprzez pasywneregulatory)
• Tasowanie energii z najbardziej naładowanych komórek do najmniej naładowanych komórek (wyważarki)
• Zmniejszenie prądu ładowania do wystarczająco niskiego poziomu, który nie uszkodzi w pełni naładowanych ogniw, podczas gdy mniej naładowane ogniwa mogą kontynuować ładowanie (nie dotyczy ogniw litowo-chemicznych)

Podłączenie akumulatora do obwodu obciążenia

BMS może być również wyposażony w system wstępnego ładowania, umożliwiający bezpieczne podłączenie akumulatora do różnych obciążeń i wyeliminowanie nadmiernych prądów rozruchowych obciążających kondensatory.

Połączenie z obciążeniami jest zwykle kontrolowane przez przekaźniki elektromagnetyczne zwane stycznikami.Obwód wstępnego ładowania może być albo rezystorami mocy połączonymi szeregowo z obciążeniami, aż do naładowania kondensatorów.Alternatywniezasilacz impulsowypołączone równolegle z obciążeniami mogą służyć do ładowania napięcia obwodu obciążenia do poziomu wystarczająco zbliżonego do napięcia akumulatora, aby umożliwić zamknięcie styczników między akumulatorem a obwodem obciążenia.BMS może mieć obwód, który może sprawdzić, czy przekaźnik jest już zamknięty przed wstępnym ładowaniem (na przykład z powodu spawania), aby zapobiec wystąpieniu prądów rozruchowych.

Komunikacja

Centralny kontroler BMS komunikuje się wewnętrznie ze swoim sprzętem działającym na poziomie komórki lub zewnętrznie ze sprzętem wysokiego poziomu, takim jak laptopy lubHMI.

Komunikacja zewnętrzna na wysokim poziomie jest prosta i wykorzystuje kilka metod

• Różne typykomunikacji szeregowej.
• Magistrala CANkomunikacji, powszechnie stosowanej w środowiskach motoryzacyjnych.
• Różne typykomunikacja bezprzewodowa.

Scentralizowane systemy BMS niskiego napięcia w większości nie mają żadnej komunikacji wewnętrznej.

Rozproszone lub modułowe systemy BMS muszą korzystać z wewnętrznej komunikacji kontroler-komórka niskiego poziomu (architektura modułowa) lub kontroler-kontroler (architektura rozproszona).Tego typu komunikacja jest trudna, zwłaszcza w przypadku systemów wysokiego napięcia.Problemem jest przesunięcie napięcia między ogniwami.Sygnał masy pierwszego ogniwa może być o setki woltów wyższy niż sygnał masy drugiego ogniwa.Oprócz protokołów programowych znane są dwa sposoby komunikacji sprzętowej dla systemów z przesunięciem napięcia,izolator optycznyIkomunikacja bezprzewodowa.Kolejnym ograniczeniem komunikacji wewnętrznej jest maksymalna liczba komórek.W przypadku architektury modułowej większość sprzętu jest ograniczona do maksymalnie 255 węzłów.W przypadku systemów wysokonapięciowych kolejnym ograniczeniem jest czas wyszukiwania wszystkich ogniw, ograniczający minimalne prędkości magistrali i tracący część opcji sprzętowych.Koszt systemów modułowych jest istotny, ponieważ może być porównywalny z ceną ogniwa. Kombinacja ograniczeń sprzętowych i programowych daje kilka możliwości komunikacji wewnętrznej:

• Izolowana komunikacja szeregowa
• bezprzewodowa komunikacja szeregowa

Aby ominąć ograniczenia mocy istniejących kabli USB spowodowane ciepłem z prądu elektrycznego, zaimplementowano protokoły komunikacyjneładowarki do telefonów komórkowychdo negocjowania podwyższonego napięcia, z których najszerzej stosowane sąSzybkie ładowanie QualcommIMediaTek Pump Express."VOOC” firmy Oppo (oznaczone również jako „Dash Charge” z „OnePlus”) zwiększa prąd zamiast napięcia w celu zmniejszenia ciepła wytwarzanego w urządzeniu podczas wewnętrznego przekształcania podwyższonego napięcia w napięcie ładowania na zaciskach akumulatora, co jednak sprawia, że niekompatybilny z istniejącymi kablami USB i opiera się na specjalnych wysokoprądowych kablach USB z odpowiednio grubszymi przewodami miedzianymi.Zasilanie USBstandard ma na celu stworzenie uniwersalnego protokołu negocjacyjnego między urządzeniami o mocy do 240 watów.

Obliczenie

Dodatkowo BMS może obliczać wartości na podstawie poniższych elementów, takich jak:[wymagany cytat]

• Napięcie: minimalne i maksymalne napięcie ogniwa
• Stan naładowania(SoC) lubgłębokość rozładowania(DoD), aby wskazać poziom naładowania baterii
• Stan zdrowia(SoH), różnie definiowany pomiar pozostałej pojemności baterii jako % pierwotnej pojemności
• Stan władzy(SoP), ilość energii dostępnej w określonym przedziale czasu przy aktualnym zużyciu energii, temperaturze i innych warunkach
• Stan bezpieczeństwa (SOS)
• Maksymalny prąd ładowania jako alimit prądu ładowania(CCL)
• Maksymalny prąd rozładowania jako aograniczenie prądu rozładowania(DCL)
• Energia [kWh] dostarczona od ostatniego ładowania lub cyklu ładowania
• Impedancja wewnętrzna ogniwa (do określenia napięcia obwodu otwartego)
• Naładuj [Ah] dostarczony lub zmagazynowany (czasami ta funkcja nazywa sięLicznik kulombowski)
• Całkowita energia dostarczona od pierwszego użycia
• Całkowity czas pracy od pierwszego użycia
• Całkowita liczba cykli
• Monitorowanie temperatury
• Przepływ chłodziwa dla akumulatorów chłodzonych powietrzem lub cieczą

Monitor

BMS może monitorować stan baterii reprezentowany przez różne elementy, takie jak:

• Napięcie: napięcie całkowite, napięcia poszczególnych ogniw lub napięcie okresowych zaczepów
• Temperatura: średnia temperatura, temperatura płynu chłodzącego na wlocie, temperatura płynu chłodzącego na wyjściu lub temperatury poszczególnych ogniw
• Przepływ chłodziwa: dla akumulatorów chłodzonych cieczą
• Aktualny: prąd płynący lub wychodzący z akumulatora
• Zdrowie poszczególnych komórek
• Stan równowagikomórek