Что такое BMS в аккумуляторах？

В мире, который становится все более электрифицированным, батареи - это невоспетые герои, питающие все - от наших смартфонов до растущего парка электромобилей и крупных накопителей энергии. Но эти электрохимические источники энергии - не просто устройства "подключи и работай". Они требуют интеллектуального контроля для обеспечения безопасности, оптимизации работы и продления срока службы. Именно в этом и заключается Система управления аккумулятором (BMS) В дело вступает сложный "мозг", который отслеживает и контролирует каждый аспект работы аккумуляторной батареи.

В этом подробном руководстве вы узнаете о тонкостях работы BMS, изучите ее основные функции, важнейшие компоненты и первостепенное значение, которое она имеет в современных технологиях с питанием от аккумулятора. Если вы инженер, энтузиаст EV или просто интересуетесь технологией, которая питает наше будущее, понимание BMS является ключевым.

Что такое BMS в аккумуляторе?

По своей сути Система управления аккумулятором (BMS) это электронная система, которая управляет аккумуляторный блокБатарея может состоять из нескольких элементов. Его основная задача - защитить батарею от работы за пределами безопасной рабочей зоны (SOA). Помимо защиты, современная BMS также отслеживает состояние батареи, вычисляет вторичные данные, сообщает их, контролирует окружающую среду, аутентифицирует ее и/или балансирует.

Считайте его хранителем аккумуляторной батареи. Подобно тому, как человеческий мозг регулирует функции организма, BMS тщательно следит за здоровьем и работой батареи, предотвращая повреждения и обеспечивая эффективное использование энергии. В таких ответственных приложениях, как электромобили, надежная система BMS не просто полезна - она абсолютно необходима для обеспечения безопасности и надежности.

Основные функции BMS

Комплексная система BMS выполняет множество важнейших функций:

Контроль напряжения

Одной из наиболее важных задач BMS является тщательный контроль напряжения каждого отдельного элемента в блоке батарей, а также общего напряжения блока. Литий-ионные элементы, широко используемые в электромобилях и других высокопроизводительных устройствах, обычно работают в безопасном диапазоне напряжений, составляющем примерно $2.5V$ на $4.2V$ . Работа за пределами этих пределов может привести к ухудшению характеристик или, в тяжелых случаях, к угрозе безопасности.

BMS постоянно проверяет эти уровни напряжения. Если во время зарядки напряжение на элементе превышает верхний предел, BMS может дать сигнал зарядному устройству остановиться или уменьшить ток зарядки. И наоборот, если во время разряда напряжение на элементе падает ниже нижнего предела, BMS может отключить нагрузку, чтобы предотвратить глубокий разряд, который может необратимо повредить элемент.

Мониторинг температуры

Температура - еще один критический параметр, влияющий на производительность и безопасность батареи. Для контроля температурных условий в BMS используются температурные датчики, размещенные в различных точках аккумуляторного блока. Оптимальный диапазон рабочих температур для многих литий-ионных батарей находится в пределах $20°C$ и $40°C$ .

При чрезмерном повышении температуры, возможно, из-за высокой скорости разряда или условий окружающей среды, BMS может активировать системы охлаждения или ограничить ток, чтобы предотвратить перегрев и возможный тепловой выход из строя. Аналогично, в очень холодных условиях BMS может ограничить зарядку, поскольку зарядка литий-ионных батарей при низких температурах может привести к образованию литиевого покрытия, что сократит срок службы.

Текущий мониторинг

BMS точно измеряет ток, поступающий в аккумуляторную батарею и выходящий из нее. Эта информация важна по нескольким причинам, в том числе для предотвращения перегрузки по току во время зарядки и разрядки. Превышение установленных пределов тока заряда или разряда (часто определяемых C-скоростями) может привести к чрезмерному нагреву и повреждению элементов батареи. BMS действует как защитное устройство, прерывая ток, если он превышает безопасные пороговые значения.

Оценка состояния заряда (SoC) и состояния здоровья (SoH)

BMS играет решающую роль в оценке двух ключевых показателей:

Состояние заряда (SoC): Это указывает на оставшуюся емкость батареи, часто выраженную в процентах (от 0% до 100%). Точная оценка SoC необходима для предоставления пользователям достоверной информации об оставшемся запасе хода электромобиля или времени работы портативного устройства.
Состояние здоровья (SoH): Это показатель общего состояния батареи по сравнению с ее первоначальным состоянием. SoH обычно ухудшается со временем и с циклами использования. BMS отслеживает такие параметры, как снижение емкости и внутреннее сопротивление, чтобы оценить SoH, давая понять, когда срок службы батареи может подойти к концу. Батареи обычно теряют $1 - 2%$ своей мощности в год или за определенное количество циклов.

Балансировка клеток

В аккумуляторных блоках, состоящих из нескольких последовательно соединенных элементов, отдельные элементы могут иметь незначительные различия в емкости или скорости саморазряда. Со временем эти различия могут привести к дисбалансу, когда одни элементы полностью заряжаются, а другие нет, или некоторые элементы чрезмерно разряжаются, а другие все еще сохраняют емкость. Такой дисбаланс снижает общую полезную емкость аккумуляторного блока и может привести к стрессу отдельных элементов.

BMS использует балансировка клеток техники для решения этой проблемы. На сайте пассивная балансировкаИзбыточный заряд от высоковольтных элементов рассеивается в виде тепла через резисторы. В активная балансировкаЗаряд перераспределяется от более сильных ячеек к более слабым, что в целом более эффективно. Благодаря тому, что все ячейки работают в одинаковом диапазоне напряжений, балансировка ячеек позволяет максимально увеличить емкость аккумулятора и продлить срок его службы.

Компоненты типичной BMS

Для выполнения этих важнейших функций типичная BMS состоит из нескольких ключевых аппаратных компонентов:

Сенсорные схемы: К ним относятся датчики напряжения для каждого элемента и всего блока, датчики тока для измерения скорости заряда и разряда, а также датчики температуры, стратегически расположенные по всему блоку батарей.
Микроконтроллер/процессор: Это "мозг" BMS, получающий и обрабатывающий данные от сенсорных схем. Он запускает алгоритмы для оценки SoC и SoH, реализует стратегии управления зарядкой и разрядкой, а также управляет балансировкой ячеек.
Силовые переключатели (МОП-транзисторы, реле): Они используются для управления потоком тока, позволяя BMS отключать аккумуляторную батарею в случае неисправностей (например, повышенного напряжения, пониженного напряжения, перегрузки по току) или включать/выключать зарядку и разрядку.
Интерфейс связи: Это позволяет BMS взаимодействовать с другими системами автомобиля или устройства, например, с контроллером двигателя в EV или блоком управления питанием в ноутбуке. Распространенные протоколы включают шину CAN.
Память: Используется для хранения важных данных, таких как история батареи, параметры калибровки и диагностическая информация.

Важность BMS

Система управления аккумулятором - это не просто аксессуар; это краеугольный камень безопасных, эффективных и долговечных систем с батарейным питанием. Ее важность можно свести к трем ключевым областям:

Безопасность: Постоянно контролируя напряжение, температуру и ток, BMS предотвращает такие опасные состояния, как тепловой разгон, пожары и взрывы, которые являются критической проблемой для батарей с высокой плотностью энергии.
Производительность: Благодаря балансировке элементов и оптимизированному управлению зарядкой/разрядкой BMS обеспечивает пиковую эффективность работы аккумуляторного блока, что позволяет увеличить дальность хода в EV и время работы в других приложениях.
Долговечность: Предотвращая выход за безопасные пределы и поддерживая баланс элементов, BMS значительно продлевает срок службы батарейного блока, который зачастую является самым дорогим компонентом системы.

Применение BMS

Потребность в эффективных системах управления аккумуляторами охватывает широкий спектр применений:

Электромобили (EV): Управление большими высоковольтными аккумуляторными блоками имеет первостепенное значение для безопасности, производительности (дальности, мощности) и долговечности EV.
Портативная электроника (ноутбуки, смартфоны): Обеспечение безопасной зарядки и разрядки, а также точная индикация уровня заряда батареи имеют решающее значение для удобства пользователей и безопасности устройств.
Накопители энергии в масштабах сети: Большие аккумуляторные системы, используемые для стабилизации сети, требуют сложных BMS для обеспечения безопасности и оптимизации распределения энергии.
Электроинструменты: Защищает аккумуляторы от чрезмерного разряда при интенсивном использовании и обеспечивает долгий срок службы.
Источники бесперебойного питания (ИБП): Контроль состояния батарей и обеспечение надежного резервного питания.

Заключение

Система управления аккумулятором - это невоспетый герой, обеспечивающий бесперебойную работу нашего мира, работающего от аккумуляторов. Это не просто защитная схема, это интеллектуальная система, которая оптимизирует работу, повышает безопасность и продлевает срок службы аккумуляторных батарей. По мере того как аккумуляторные технологии продолжают развиваться и становятся все более неотъемлемой частью нашей повседневной жизни, сложность и важность BMS будут только расти. Понимание ее роли имеет решающее значение для осознания сложности и потенциала современных решений для хранения энергии.

Ищете надежную и настраиваемую систему управления батареями для ваших нужд? Свяжитесь с нами по адресу info@landazzle.coм, чтобы изучить передовые решения BMS, предлагаемые LanDazzle. Узнайте, как наши инновационные технологии могут оптимизировать производительность и безопасность ваших аккумуляторных систем.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Какова основная функция BMS? Основная функция - защита аккумуляторного блока от работы за пределами безопасной рабочей зоны, что обеспечивает безопасность и предотвращает повреждение.
Что означает SoC в BMS? SoC означает State of Charge (состояние заряда), что указывает на оставшуюся емкость аккумулятора.
Почему важно балансировать клетки? Балансировка ячеек обеспечивает эффективное использование всех ячеек в аккумуляторной батарее, максимизируя общую емкость и срок службы батареи.
Какие ключевые параметры контролируются системой BMS? Ключевые параметры включают напряжение, температуру и ток элементов и блока батарей.
Используется ли BMS только в электромобилях? Нет, BMS используется в широком спектре приложений, использующих перезаряжаемые батареи, включая ноутбуки, смартфоны, сетевые накопители энергии и электроинструменты.
Что такое SoH в контексте батареи? SoH означает State of Health (состояние здоровья), что является показателем общего состояния батареи по сравнению с ее первоначальным состоянием.