• batter-001

Hệ thống quản lý pin là gì?

Sự định nghĩa

Hệ thống quản lý pin (BMS) là công nghệ dành riêng cho việc giám sát pin, là một tập hợp các tế bào pin, được tổ chức điện theo cấu hình ma trận cột x hàng để cho phép phân phối phạm vi điện áp và dòng điện mục tiêu trong một khoảng thời gian chống lại các kịch bản tải dự kiến.Sự giám sát mà BMS cung cấp thường bao gồm:

  • Giám sát pin
  • Cung cấp bảo vệ pin
  • Ước tính trạng thái hoạt động của pin
  • Liên tục tối ưu hóa hiệu suất pin
  • Báo cáo trạng thái hoạt động cho các thiết bị bên ngoài

Ở đây, thuật ngữ "pin" ngụ ý toàn bộ gói;tuy nhiên, các chức năng giám sát và điều khiển được áp dụng cụ thể cho các ô riêng lẻ, hoặc các nhóm ô được gọi là mô-đun trong tổng thể bộ pin.Các tế bào sạc Lithium-ion có mật độ năng lượng cao nhất và là lựa chọn tiêu chuẩn cho các bộ pin cho nhiều sản phẩm tiêu dùng, từ máy tính xách tay đến xe điện.Mặc dù chúng hoạt động tuyệt vời, chúng có thể khá khó tha thứ nếu hoạt động bên ngoài một khu vực hoạt động an toàn (SOA) nói chung là chặt chẽ, với các kết quả khác nhau, từ ảnh hưởng đến hiệu suất pin cho đến những hậu quả hoàn toàn nguy hiểm.BMS chắc chắn có một mô tả công việc đầy thách thức, và sự phức tạp tổng thể và khả năng tiếp cận giám sát của nó có thể bao gồm nhiều lĩnh vực như điện, kỹ thuật số, điều khiển, nhiệt và thủy lực.

Hệ thống quản lý pin hoạt động như thế nào?

Hệ thống quản lý pin không có một bộ tiêu chí cố định hoặc duy nhất phải được thông qua.Phạm vi thiết kế công nghệ và các tính năng được triển khai thường tương quan với:

  • Chi phí, độ phức tạp và kích thước của bộ pin
  • Ứng dụng của pin và bất kỳ mối quan tâm nào về an toàn, tuổi thọ và bảo hành
  • Yêu cầu chứng nhận từ các quy định khác nhau của chính phủ trong đó chi phí và hình phạt là tối quan trọng nếu các biện pháp an toàn chức năng không phù hợp được áp dụng

Có nhiều tính năng thiết kế BMS, với quản lý bảo vệ bộ pin và quản lý dung lượng là hai tính năng cần thiết.Chúng ta sẽ thảo luận về cách hoạt động của hai tính năng này tại đây.Quản lý bảo vệ bộ pin có hai lĩnh vực chính: bảo vệ điện, ngụ ý không cho phép pin bị hư hỏng khi sử dụng bên ngoài SOA của nó và bảo vệ nhiệt, bao gồm kiểm soát nhiệt độ thụ động và / hoặc chủ động để duy trì hoặc đưa bộ pin vào SOA của nó.

Bảo vệ quản lý điện: Hiện tại

Theo dõi dòng điện của bộ pin và điện áp của tế bào hoặc mô-đun là con đường để bảo vệ điện.SOA điện của bất kỳ tế bào pin nào bị ràng buộc bởi dòng điện và điện áp.Hình 1 minh họa SOA tế bào lithium-ion điển hình và BMS được thiết kế tốt sẽ bảo vệ gói bằng cách ngăn hoạt động bên ngoài xếp hạng tế bào của nhà sản xuất.Trong nhiều trường hợp, việc giảm tuổi thọ thêm có thể được áp dụng để nằm trong vùng an toàn SOA nhằm tăng tuổi thọ của pin hơn nữa.

Sự định nghĩa

Các tế bào Lithium-ion có các giới hạn dòng điện khác nhau để sạc hơn là để phóng điện và cả hai chế độ đều có thể xử lý dòng điện đỉnh cao hơn, mặc dù trong khoảng thời gian ngắn.Các nhà sản xuất tế bào pin thường chỉ định các giới hạn dòng điện sạc và xả liên tục tối đa, cùng với các giới hạn dòng điện sạc và xả cao nhất.Một BMS cung cấp bảo vệ hiện tại chắc chắn sẽ áp dụng dòng điện liên tục tối đa.Tuy nhiên, điều này có thể được tính trước khi điều kiện tải thay đổi đột ngột;ví dụ, một chiếc xe điện tăng tốc đột ngột.Một BMS có thể kết hợp giám sát dòng điện đỉnh bằng cách tích hợp dòng điện hiện tại và sau thời gian delta, quyết định giảm dòng điện khả dụng hoặc ngắt dòng điện gói hoàn toàn.Điều này cho phép BMS sở hữu độ nhạy gần như tức thời đối với các đỉnh dòng cực đại, chẳng hạn như tình trạng ngắn mạch không gây chú ý cho bất kỳ cầu chì thường trú nào, nhưng cũng có thể tha thứ cho các nhu cầu đỉnh cao, miễn là chúng không quá mức cho phép Dài.

Bảo vệ quản lý điện: Điện áp

Hình 2 cho thấy một tế bào lithium-ion phải hoạt động trong một dải điện áp nhất định.Các ranh giới SOA này cuối cùng sẽ được xác định bởi hóa học nội tại của tế bào lithium-ion đã chọn và nhiệt độ của các tế bào tại bất kỳ thời điểm nào.Hơn nữa, vì bất kỳ bộ pin nào cũng trải qua một lượng dòng điện đáng kể, phóng điện do nhu cầu tải và sạc từ nhiều nguồn năng lượng khác nhau, các giới hạn điện áp SOA này thường bị hạn chế thêm để tối ưu hóa tuổi thọ của pin.BMS phải biết các giới hạn này là gì và sẽ đưa ra các quyết định dựa trên mức độ gần với các ngưỡng này.Ví dụ: khi đạt đến giới hạn điện áp cao, BMS có thể yêu cầu giảm dần dòng sạc hoặc có thể yêu cầu ngắt hoàn toàn dòng sạc nếu đạt đến giới hạn.Tuy nhiên, giới hạn này thường đi kèm với các cân nhắc về độ trễ điện áp nội tại bổ sung để ngăn chặn sự cố điều khiển về ngưỡng tắt máy.Mặt khác, khi đạt đến giới hạn điện áp thấp, BMS sẽ yêu cầu các tải vi phạm hoạt động chính giảm nhu cầu hiện tại của chúng.Trong trường hợp xe điện, điều này có thể được thực hiện bằng cách giảm mô-men xoắn cho phép có sẵn cho động cơ kéo.Tất nhiên, BMS phải đặt vấn đề an toàn cho người lái lên ưu tiên cao nhất đồng thời bảo vệ bộ pin để tránh hư hỏng vĩnh viễn.

Bảo vệ quản lý nhiệt: Nhiệt độ

Theo mệnh giá, có vẻ như các tế bào lithium-ion có phạm vi hoạt động ở nhiệt độ rộng, nhưng dung lượng tổng thể của pin giảm dần ở nhiệt độ thấp do tốc độ phản ứng hóa học chậm lại đáng kể.Về khả năng ở nhiệt độ thấp, chúng hoạt động tốt hơn nhiều so với pin chì-axit hoặc NiMh;tuy nhiên, quản lý nhiệt độ là điều cần thiết thận trọng vì sạc dưới 0 ° C (32 ° F) là vấn đề vật lý.Hiện tượng mạ liti kim loại có thể xảy ra trên cực dương trong quá trình sạc đóng băng phụ.Đây là tổn thương vĩnh viễn và không chỉ dẫn đến giảm công suất mà các tế bào còn dễ bị hỏng hơn nếu bị rung hoặc các điều kiện căng thẳng khác.BMS có thể kiểm soát nhiệt độ của bộ pin thông qua hệ thống sưởi và làm mát.

Định nghĩa2

Việc quản lý nhiệt được thực hiện hoàn toàn phụ thuộc vào kích thước và chi phí của gói pin và mục tiêu hiệu suất, tiêu chí thiết kế của BMS và đơn vị sản phẩm, có thể bao gồm việc xem xét vùng địa lý được nhắm mục tiêu (ví dụ: Alaska so với Hawaii).Bất kể loại máy sưởi nào, nhìn chung sẽ hiệu quả hơn nếu lấy năng lượng từ nguồn điện AC bên ngoài hoặc một pin dự phòng thay thế nhằm mục đích vận hành máy sưởi khi cần thiết.Tuy nhiên, nếu lò sưởi điện có mức hút dòng điện khiêm tốn, năng lượng từ bộ pin chính có thể bị hút để làm nóng chính nó.Nếu hệ thống thủy lực nhiệt được thực hiện, thì một bộ gia nhiệt điện được sử dụng để làm nóng chất làm mát được bơm và phân phối trong toàn bộ cụm đóng gói.

Không nghi ngờ gì nữa, các kỹ sư thiết kế của BMS đã có những mánh khóe buôn bán thiết kế của họ để truyền nhiệt năng vào bên trong.Ví dụ, có thể bật các thiết bị điện tử công suất khác nhau bên trong BMS dành riêng cho quản lý dung lượng.Mặc dù không hiệu quả bằng sưởi ấm trực tiếp, nhưng nó có thể được tận dụng bất kể.Việc làm mát đặc biệt quan trọng để giảm thiểu việc mất hiệu suất của bộ pin lithium-ion.Ví dụ, có lẽ một pin nhất định hoạt động tối ưu ở 20 ° C;nếu nhiệt độ gói tăng lên 30 ° C, hiệu suất hoạt động của nó có thể giảm tới 20%.Nếu gói được sạc liên tục và được sạc lại ở 45 ° C (113 ° F), sự suy giảm hiệu suất có thể tăng lên đến 50%.Tuổi thọ pin cũng có thể bị lão hóa sớm và xuống cấp nếu liên tục tiếp xúc với nhiệt độ quá cao, đặc biệt là trong chu kỳ sạc và xả nhanh.Làm mát thường đạt được bằng hai phương pháp, thụ động hoặc chủ động, và cả hai kỹ thuật có thể được sử dụng.Làm mát thụ động dựa vào chuyển động của luồng không khí để làm mát pin.Trong trường hợp của một chiếc xe điện, điều này ngụ ý rằng nó chỉ đơn giản là đang di chuyển trên đường.Tuy nhiên, nó có thể phức tạp hơn vẻ bề ngoài, vì các cảm biến tốc độ không khí có thể được tích hợp để tự động điều chỉnh các đập ngăn khí lệch hướng một cách chiến lược nhằm tối đa hóa luồng không khí.Việc thực hiện một quạt điều khiển nhiệt độ hoạt động có thể giúp ích ở tốc độ thấp hoặc khi xe dừng lại, nhưng tất cả những gì có thể làm chỉ là cân bằng gói với nhiệt độ môi trường xung quanh.Trong trường hợp có ngày nắng nóng gay gắt, điều này có thể làm tăng nhiệt độ gói ban đầu.Làm mát tích cực bằng nhiệt thủy lực có thể được thiết kế như một hệ thống bổ sung và thường sử dụng chất làm mát ethylene-glycol với tỷ lệ hỗn hợp xác định, được lưu thông qua một máy bơm điều khiển động cơ điện thông qua các đường ống / ống mềm, ống góp phân phối, bộ trao đổi nhiệt dòng chảy chéo (bộ tản nhiệt) và tấm làm mát nằm trên cụm pin.BMS giám sát nhiệt độ trên toàn bộ gói và mở và đóng các van khác nhau để duy trì nhiệt độ của pin tổng thể trong một phạm vi nhiệt độ hẹp để đảm bảo hiệu suất pin tối ưu.

Năng lực quản lý

Tối đa hóa dung lượng bộ pin được cho là một trong những tính năng hiệu suất pin quan trọng nhất mà BMS cung cấp.Nếu việc bảo trì này không được thực hiện, một bộ pin cuối cùng có thể trở nên vô dụng.Căn nguyên của vấn đề là một "ngăn xếp" pin (dãy tế bào) không hoàn toàn bằng nhau và về bản chất có tốc độ rò rỉ hoặc tự xả hơi khác nhau.Rò rỉ không phải là lỗi của nhà sản xuất mà là một đặc tính hóa học của pin, mặc dù nó có thể bị ảnh hưởng về mặt thống kê từ những thay đổi nhỏ trong quy trình sản xuất.Ban đầu, một bộ pin có thể có các tế bào phù hợp với nhau, nhưng theo thời gian, sự tương đồng giữa các tế bào này tiếp tục suy giảm, không chỉ do tự phóng điện mà còn bị ảnh hưởng từ chu kỳ sạc / xả, nhiệt độ tăng cao và lão hóa lịch nói chung.Với điều đó đã hiểu, hãy nhớ lại cuộc thảo luận trước đó rằng các tế bào lithium-ion hoạt động tuyệt vời, nhưng có thể khá tệ nếu hoạt động bên ngoài một SOA chặt chẽ.Chúng tôi đã tìm hiểu trước đây về bảo vệ điện bắt buộc vì các tế bào lithium-ion không xử lý tốt khi sạc quá mức.Sau khi được sạc đầy, chúng không thể tiếp nhận bất kỳ dòng điện nào nữa và bất kỳ năng lượng bổ sung nào được đẩy vào nó sẽ được chuyển hóa thành nhiệt, với điện áp có khả năng tăng nhanh, có thể đến mức nguy hiểm.Nó không phải là một tình huống lành mạnh cho tế bào và có thể gây ra thiệt hại vĩnh viễn và điều kiện hoạt động không an toàn nếu nó tiếp tục.

Mảng tế bào loạt bộ pin là yếu tố xác định điện áp tổng thể của bộ pin và sự không khớp giữa các ô liền kề sẽ tạo ra tình huống tiến thoái lưỡng nan khi cố gắng sạc bất kỳ ngăn xếp nào.Hình 3 cho thấy lý do tại sao điều này là như vậy.Nếu một bộ có một bộ ô cân bằng hoàn hảo, tất cả đều ổn vì mỗi ô sẽ sạc theo kiểu như nhau và dòng điện sạc có thể bị cắt khi đạt đến ngưỡng cắt điện áp 4.0 trên.Tuy nhiên, trong trường hợp không cân bằng, ô trên cùng sẽ đạt đến giới hạn sạc sớm và dòng sạc cần phải được kết thúc cho chân trước khi các ô bên dưới khác được sạc đầy công suất.

Định nghĩa3BMS là bước thực hiện và lưu trong ngày, hoặc bộ pin trong trường hợp này.Để chỉ ra cách thức hoạt động của điều này, một định nghĩa chính cần được giải thích.Trạng thái sạc (SOC) của ô hoặc mô-đun tại một thời điểm nhất định tỷ lệ với mức sạc khả dụng so với tổng mức sạc khi được sạc đầy.Do đó, pin ở 50% SOC có nghĩa là nó đã được sạc 50%, tương tự như một con số đáng giá của máy đo nhiên liệu.Quản lý dung lượng BMS là tất cả về việc cân bằng sự thay đổi của SOC trên mỗi ngăn xếp trong gói lắp ráp.Vì SOC không phải là đại lượng có thể đo lường trực tiếp, nó có thể được ước tính bằng nhiều kỹ thuật khác nhau và bản thân sơ đồ cân bằng thường chia thành hai loại chính, thụ động và chủ động.Có nhiều biến thể của chủ đề và mỗi loại đều có ưu và nhược điểm.Kỹ sư thiết kế BMS quyết định loại pin nào là tối ưu cho bộ pin nhất định và ứng dụng của nó.Cân bằng thụ động là cách dễ thực hiện nhất, cũng như để giải thích khái niệm cân bằng chung.Phương pháp thụ động cho phép mọi ô trong ngăn xếp có cùng khả năng tích điện với ô yếu nhất.Sử dụng dòng điện tương đối thấp, nó chuyển một lượng nhỏ năng lượng từ các tế bào SOC cao trong chu kỳ sạc để tất cả các tế bào sạc đến SOC tối đa của chúng.Hình 4 minh họa cách BMS thực hiện điều này.Nó giám sát từng ô và tận dụng một công tắc bóng bán dẫn và một điện trở phóng điện có kích thước thích hợp song song với mỗi ô.Khi BMS cảm nhận được một ô nhất định đang đạt đến giới hạn điện tích của nó, nó sẽ điều hướng dòng điện dư xung quanh nó đến ô tiếp theo bên dưới theo kiểu từ trên xuống.

Định nghĩa4

Các điểm cuối của quá trình cân bằng, trước và sau, được thể hiện trong Hình 5. Tóm lại, BMS cân bằng ngăn xếp pin bằng cách cho phép một ô hoặc mô-đun trong ngăn xếp thấy dòng sạc khác với dòng điện theo một trong các cách sau:

  • Loại bỏ điện tích khỏi các ô được tích điện nhiều nhất, giúp tạo khoảng trống cho dòng sạc bổ sung để tránh sạc quá mức và cho phép các ô được sạc ít hơn nhận được nhiều dòng sạc hơn
  • Chuyển hướng của một số hoặc gần như tất cả dòng điện sạc xung quanh các tế bào được tích điện nhiều nhất, do đó cho phép các tế bào được tích điện ít hơn nhận được dòng điện sạc trong một khoảng thời gian dài hơn

Định nghĩa5

Các loại hệ thống quản lý pin

Các hệ thống quản lý pin từ đơn giản đến phức tạp và có thể bao gồm một loạt các công nghệ khác nhau để đạt được chỉ thị chính của chúng là “chăm sóc pin”.Tuy nhiên, các hệ thống này có thể được phân loại dựa trên cấu trúc liên kết của chúng, liên quan đến cách chúng được cài đặt và hoạt động dựa trên các ô hoặc mô-đun trên bộ pin.

Kiến trúc BMS tập trung

Có một BMS trung tâm trong cụm pin.Tất cả các gói pin được kết nối trực tiếp với BMS trung tâm.Cấu trúc của một BMS tập trung được thể hiện trong Hình 6. BMS tập trung có một số ưu điểm.Nó nhỏ gọn hơn và có xu hướng tiết kiệm nhất vì chỉ có một BMS.Tuy nhiên, có những nhược điểm của BMS tập trung.Vì tất cả các pin được kết nối trực tiếp với BMS nên BMS cần rất nhiều cổng để kết nối với tất cả các gói pin.Điều này có nghĩa là rất nhiều dây điện, hệ thống cáp, đầu nối, v.v. trong các bộ pin lớn, điều này làm phức tạp cả việc khắc phục sự cố và bảo trì.

Định nghĩa6

Cấu trúc liên kết BMS mô-đun

Tương tự như triển khai tập trung, BMS được chia thành nhiều mô-đun nhân bản, mỗi mô-đun có một gói dây chuyên dụng và kết nối với một phần được chỉ định liền kề của ngăn xếp pin.Xem Hình 7. Trong một số trường hợp, các mô-đun con BMS này có thể nằm dưới sự giám sát của mô-đun BMS chính có chức năng giám sát trạng thái của các mô-đun con và giao tiếp với thiết bị ngoại vi.Nhờ mô-đun được nhân đôi, việc khắc phục sự cố và bảo trì dễ dàng hơn, đồng thời việc mở rộng sang các bộ pin lớn hơn rất dễ dàng.Nhược điểm là chi phí tổng thể cao hơn một chút và có thể có các chức năng không được sử dụng trùng lặp tùy thuộc vào ứng dụng.

Định nghĩa7

BMS chính / phụ

Về mặt khái niệm tương tự như cấu trúc liên kết mô-đun, tuy nhiên, trong trường hợp này, các nô lệ bị hạn chế hơn trong việc chỉ chuyển tiếp thông tin đo lường và chủ nhân dành riêng cho tính toán và điều khiển, cũng như giao tiếp bên ngoài.Vì vậy, trong khi giống như các loại mô-đun, chi phí có thể thấp hơn vì chức năng của các nô lệ có xu hướng đơn giản hơn, với ít chi phí hơn và ít tính năng không được sử dụng hơn.

Định nghĩa8

Kiến trúc BMS phân tán

Khác biệt đáng kể so với các cấu trúc liên kết khác, trong đó phần cứng và phần mềm điện tử được gói gọn trong các mô-đun giao tiếp với các ô thông qua các bó dây đi kèm.BMS phân tán kết hợp tất cả phần cứng điện tử trên một bảng điều khiển được đặt trực tiếp trên ô hoặc mô-đun đang được giám sát.Điều này làm giảm phần lớn hệ thống cáp với một số dây cảm biến và dây giao tiếp giữa các mô-đun BMS liền kề.Do đó, mỗi BMS khép kín hơn và xử lý các tính toán và thông tin liên lạc theo yêu cầu.Tuy nhiên, bất chấp sự đơn giản rõ ràng này, biểu mẫu tích hợp này làm cho việc khắc phục sự cố và bảo trì có thể gặp vấn đề, vì nó nằm sâu bên trong cụm mô-đun lá chắn.Chi phí cũng có xu hướng cao hơn do có nhiều BMS hơn trong cấu trúc bộ pin tổng thể.

Định nghĩa9

Tầm quan trọng của hệ thống quản lý pin

An toàn chức năng có tầm quan trọng cao nhất trong BMS.Điều quan trọng trong quá trình hoạt động sạc và xả là ngăn điện áp, dòng điện và nhiệt độ của bất kỳ tế bào hoặc mô-đun nào dưới sự kiểm soát giám sát vượt quá giới hạn SOA đã xác định.Nếu vượt quá giới hạn trong một khoảng thời gian, không chỉ bộ pin đắt tiền có thể bị tổn hại mà còn có thể xảy ra các tình trạng thoát nhiệt nguy hiểm.Hơn nữa, giới hạn ngưỡng điện áp thấp hơn cũng được giám sát nghiêm ngặt để bảo vệ các tế bào lithium-ion và an toàn chức năng.Nếu pin Li-ion vẫn ở trạng thái điện áp thấp này, các đuôi gai bằng đồng cuối cùng có thể phát triển trên cực dương, điều này có thể dẫn đến tốc độ tự phóng điện tăng cao và gây ra những lo ngại về an toàn có thể xảy ra.Mật độ năng lượng cao của các hệ thống chạy bằng lithium-ion đi kèm với cái giá phải trả là không có nhiều chỗ cho lỗi quản lý pin.Nhờ có BMS và cải tiến lithium-ion, đây là một trong những nhà sản xuất pin an toàn và thành công nhất hiện nay.

Hiệu suất của bộ pin là tính năng quan trọng cao nhất tiếp theo của BMS và điều này liên quan đến việc quản lý điện và nhiệt.Để tối ưu hóa điện dung lượng pin tổng thể, tất cả các ô trong gói bắt buộc phải được cân bằng, có nghĩa là SOC của các ô liền kề trong toàn bộ cụm là xấp xỉ tương đương.Điều này đặc biệt quan trọng vì không chỉ có thể đạt được dung lượng pin tối ưu mà còn giúp ngăn chặn sự xuống cấp chung và giảm các điểm phát nóng tiềm ẩn do sạc quá mức các tế bào yếu.Pin Lithium-ion nên tránh phóng điện dưới giới hạn điện áp thấp, vì điều này có thể dẫn đến hiệu ứng bộ nhớ và mất dung lượng đáng kể.Quá trình điện hóa rất dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, và pin cũng không ngoại lệ.Khi nhiệt độ môi trường giảm xuống, dung lượng và năng lượng pin có sẵn sẽ giảm đáng kể.Do đó, BMS có thể lắp đặt một bộ sưởi trong dòng bên ngoài, chẳng hạn như hệ thống làm mát bằng chất lỏng của bộ pin xe điện, hoặc các tấm sưởi thường bật được lắp đặt bên dưới các mô-đun của bộ được tích hợp trong máy bay trực thăng hoặc loại khác phi cơ.Ngoài ra, vì việc sạc các tế bào lithium-ion lạnh có hại cho hiệu suất tuổi thọ của pin, điều quan trọng trước tiên là phải tăng nhiệt độ pin vừa đủ.Hầu hết các tế bào lithium-ion không thể được sạc nhanh khi chúng ở dưới 5 ° C và hoàn toàn không nên sạc khi chúng ở dưới 0 ° C.Để có hiệu suất tối ưu trong quá trình sử dụng hoạt động điển hình, quản lý nhiệt BMS thường đảm bảo rằng pin hoạt động trong vùng hoạt động của Goldilocks hẹp (ví dụ: 30 - 35 ° C).Điều này bảo vệ hiệu suất, tăng tuổi thọ lâu hơn và nuôi dưỡng một bộ pin khỏe mạnh, đáng tin cậy.

Lợi ích của hệ thống quản lý pin

Toàn bộ hệ thống lưu trữ năng lượng pin, thường được gọi là BESS, có thể được tạo thành từ hàng chục, hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn tế bào lithium-ion được đóng gói với nhau một cách chiến lược, tùy thuộc vào ứng dụng.Các hệ thống này có thể có định mức điện áp nhỏ hơn 100V, nhưng có thể cao đến 800V, với dòng điện cung cấp gói cao như 300A hoặc hơn.Bất kỳ sự quản lý sai nào của một gói điện áp cao có thể gây ra một thảm họa nghiêm trọng, đe dọa đến tính mạng.Do đó, các BMS là cực kỳ quan trọng để đảm bảo hoạt động an toàn.Những lợi ích của BMS có thể được tóm tắt như sau.

  • Chức năng An toàn.Bình thường, đối với các gói pin lithium-ion khổ lớn, điều này đặc biệt thận trọng và cần thiết.Nhưng ngay cả các định dạng nhỏ hơn được sử dụng trong máy tính xách tay, đã được biết là bắt lửa và gây ra thiệt hại lớn.An toàn cá nhân của người sử dụng các sản phẩm tích hợp hệ thống chạy bằng lithium-ion không để lại lỗi quản lý pin.
  • Tuổi thọ và Độ tin cậy.Quản lý bảo vệ bộ pin, điện và nhiệt, đảm bảo rằng tất cả các tế bào đều được sử dụng theo các yêu cầu SOA đã công bố.Sự giám sát tinh tế này đảm bảo các tế bào được chăm sóc để chống lại việc sử dụng nhiều và chu kỳ sạc và xả nhanh, và chắc chắn dẫn đến một hệ thống ổn định có khả năng cung cấp dịch vụ đáng tin cậy trong nhiều năm.
  • Hiệu suất và Phạm vi.Quản lý dung lượng gói pin BMS, trong đó cân bằng cell-to-cell được sử dụng để cân bằng SOC của các tế bào liền kề trên toàn bộ cụm pin, cho phép đạt được dung lượng pin tối ưu.Nếu không có tính năng BMS này để giải thích các biến thể trong quá trình tự xả, chu kỳ sạc / xả, hiệu ứng nhiệt độ và sự lão hóa nói chung, một bộ pin cuối cùng có thể khiến bản thân trở nên vô dụng.
  • Chẩn đoán, Thu thập dữ liệu và Giao tiếp bên ngoài.Các nhiệm vụ giám sát bao gồm theo dõi liên tục tất cả các ô pin, trong đó việc ghi dữ liệu có thể được sử dụng cho chính nó để chẩn đoán, nhưng thường được sử dụng cho nhiệm vụ tính toán để ước tính SOC của tất cả các ô trong tổ hợp.Thông tin này được tận dụng cho các thuật toán cân bằng, nhưng có thể được chuyển tiếp đến các thiết bị và màn hình bên ngoài để cho biết năng lượng thường trú có sẵn, ước tính phạm vi dự kiến ​​hoặc phạm vi / tuổi thọ dựa trên mức sử dụng hiện tại và cung cấp trạng thái hoạt động của bộ pin.
  • Giảm Chi phí và Bảo hành.Việc đưa BMS vào BESS làm tăng thêm chi phí, và các bộ pin đắt tiền và có khả năng gây nguy hiểm.Hệ thống càng phức tạp, yêu cầu an toàn càng cao, dẫn đến nhu cầu về sự hiện diện giám sát của BMS nhiều hơn.Nhưng việc bảo vệ và bảo trì phòng ngừa BMS liên quan đến chức năng an toàn, tuổi thọ và độ tin cậy, hiệu suất và phạm vi, chẩn đoán, v.v. đảm bảo rằng nó sẽ giảm chi phí tổng thể, bao gồm cả những chi phí liên quan đến bảo hành.

Hệ thống quản lý pin và bảng đồng hồ

Mô phỏng là một đồng minh có giá trị cho thiết kế BMS, đặc biệt khi được áp dụng để khám phá và giải quyết các thách thức thiết kế trong quá trình phát triển, tạo mẫu và thử nghiệm phần cứng.Với một mô hình tế bào lithium-ion chính xác đang được triển khai, mô hình mô phỏng của kiến ​​trúc BMS là đặc điểm kỹ thuật thực thi được công nhận là nguyên mẫu ảo.Ngoài ra, mô phỏng cho phép điều tra dễ dàng các biến thể của chức năng giám sát BMS đối với các tình huống vận hành pin và môi trường khác nhau.Các vấn đề triển khai có thể được phát hiện và điều tra từ rất sớm, điều này cho phép các cải tiến về hiệu suất và an toàn chức năng được xác minh trước khi triển khai trên nguyên mẫu phần cứng thực.Điều này làm giảm thời gian phát triển và giúp đảm bảo rằng nguyên mẫu phần cứng đầu tiên sẽ mạnh mẽ.Ngoài ra, nhiều bài kiểm tra xác thực, bao gồm cả các tình huống xấu nhất, có thể được tiến hành đối với BMS và bộ pin khi được thực hiện trong các ứng dụng hệ thống nhúng thực tế về mặt vật lý.

Synopsys SaberRDcung cấp các thư viện mô hình thủy lực nhiệt, kỹ thuật số, điều khiển và nhiệt mở rộng để trao quyền cho các kỹ sư quan tâm đến BMS và thiết kế và phát triển bộ pin.Các công cụ có sẵn để nhanh chóng tạo ra các mô hình từ các thông số kỹ thuật cơ bản của biểu dữ liệu và đường cong đo lường cho nhiều thiết bị điện tử và các loại hóa pin khác nhau.Các phân tích thống kê, ứng suất và lỗi cho phép xác minh trên các phổ của khu vực hoạt động, bao gồm cả các khu vực ranh giới, để đảm bảo độ tin cậy tổng thể của BMS.Hơn nữa, nhiều ví dụ thiết kế được cung cấp để cho phép người dùng bắt đầu một dự án và nhanh chóng đạt được câu trả lời cần thiết từ mô phỏng.


Thời gian đăng bài: tháng 8-15-2022