BMS (systém správy baterií)

1. Přehled funkcí

Funkce monitorování dat

Systém BMS dokáže v reálném čase monitorovat různá klíčová data o baterii. Dokáže přesně měřit napětí každého jednotlivého článku, například u lithiové baterie dokáže detekovat změny napětí každého článku a rozsah chyb lze obvykle regulovat v řádu několika milivoltů. Zároveň bude monitorován i celkový proud baterie, ať už se jedná o nabíjecí nebo vybíjecí proud, aby se určil provozní stav baterie.

Důležitou součástí je také sledování teploty baterie. Systém BMS dokáže snímat teplotu různých částí baterie v reálném čase pomocí teplotních senzorů rozmístěných v bateriovém bloku a přesnost sledování teploty může dosáhnout přibližně ± 1 ℃. To je zásadní pro prevenci snížení výkonu nebo bezpečnostních nehod způsobených přehřátím nebo podchlazením baterie.

Funkce odhadu stavu

Na základě monitorovaných dat dokáže systém BMS přesně odhadnout stav baterie. Nejdůležitějším je SOC (State of Charge), což je odhad zbývající kapacity baterie. Využívá složité algoritmy v kombinaci s parametry, jako je napětí baterie, proud, teplota atd., k výpočtu zbývající energie baterie v reálném čase s chybou, která se obvykle pohybuje v rozmezí 5 % - 10 %, a poskytuje tak uživatelům přesné informace o baterii.

Zároveň dokáže BMS vyhodnotit i stav baterie (State of Health, SOH). Dlouhodobým zaznamenáváním faktorů, jako je počet cyklů nabíjení a vybíjení, degradace kapacity atd. baterie, lze určit, zda baterie stárne, má degradaci výkonu a další problémy, což poskytuje podklad pro údržbu a výměnu baterie.

Funkce vyvažování baterie

V bateriových blocích se výkon jednotlivých článků může lišit v důsledku faktorů, jako jsou výrobní procesy a prostředí použití. Funkce vyvažování BMS může tento problém efektivně vyřešit. Má dvě hlavní metody vyvažování. První je pasivní vyvažování, které zahrnuje paralelní připojení rezistoru pro každou jednotlivou baterii v bateriovém bloku. Když je napětí baterie příliš vysoké, přebytečná energie se spotřebovává ve formě tepelné energie přes rezistor; Dalším přístupem je aktivní vyvažování, které přenáší energii z vysokonapěťových baterií na nízkonapěťové baterie, aby se dosáhlo vyrovnání napětí mezi různými bateriemi v bateriovém bloku, čímž se prodlužuje celková životnost bateriového bloku.

Funkce bezpečnostní ochrany

Systém BMS je důležitým strážcem bezpečnosti baterií. Pokud dojde k přebití baterie, například když nabíjecí napětí překročí nastavenou bezpečnostní prahovou hodnotu (obvykle u lithiových baterií existují přísné předpisy týkající se nabíjecího napětí), systém BMS okamžitě vypne nabíjecí obvod, aby zabránil poškození baterie nebo dokonce způsobení nehod v důsledku přebití.

Podobně, pokud jde o nadměrné vybíjení, jakmile napětí baterie klesne pod stanovenou minimální vybíjecí hodnotu, BMS také zastaví vybíjení, aby se zabránilo nevratné ztrátě kapacity způsobené nadměrným vybitím baterie. Kromě toho, pokud jsou zjištěny abnormální situace, jako je vysoká teplota baterie nebo zkrat, BMS rychle podnikne opatření, jako je odpojení obvodu, spuštění alarmu atd., aby byla zajištěna bezpečnost baterie.

2. Hardwarové komponenty

Hlavní řídicí jednotka (MCU)

Toto je klíčová součást systému BMS, ekvivalent mozku. MCU je obvykle vysoce výkonný mikroprocesor zodpovědný za příjem a zpracování dat z různých senzorů, přičemž spouští složité algoritmy k dosažení funkcí, jako je odhad stavu baterie a řízení vyvážení. Dokáže činit odpovídající rozhodnutí na základě přednastavené programové logiky, jako je vydávání řídicích instrukcí k aktivaci ochranných mechanismů při detekci abnormálních situací.

senzor

Napěťové senzory se používají k měření napětí každého jednotlivého článku a bateriového bloku. Tyto senzory musí mít vysokou přesnost a spolehlivost, aby byla zajištěna přesná sběrná data o napětí.

Proudové senzory jsou zodpovědné hlavně za měření nabíjecích a vybíjecích proudů bateriových bloků. Obvykle se používají proudové senzory s Hallovým jevem, které dokáží přesně měřit velikost proudu za podmínek vysokého proudu a mají dobrou linearitu.

Teplotní senzory jsou rozmístěny v různých klíčových částech bateriového bloku, například mezi bateriovými články a na povrchu bateriových modulů. Mezi běžné teplotní senzory patří termistorové senzory, které dokáží rychle reagovat na změny teploty a poskytovat informace o teplotě v reálném čase pro BMS.

Vyvážený obvod

Jak již bylo zmíněno, vyvažovací obvod je klíčovou součástí pro dosažení funkce vyvažování baterie. Pasivní vyvažovací obvody se skládají hlavně ze série vyvažovacích rezistorů a řídicích spínačů. Pokud je vyžadováno vyvažování, řídicí spínač zapojí odpovídající rezistor paralelně s vysokonapěťovým článkem baterie podle pokynů MCU a spustí tak proces vyvažování.

Aktivní vyvažovací obvody jsou relativně složité a mohou obsahovat součástky, jako jsou induktory, kondenzátory a spínací elektronky. Konstrukcí obvodů pro přenos energie se energie přenáší z vysokonapěťových baterií do nízkonapěťových baterií, čímž se dosahuje efektivnějšího vyvažování baterií.

komunikační rozhraní

Systémy BMS jsou obvykle vybaveny několika komunikačními rozhraními, jako je rozhraní CAN sběrnice, rozhraní RS-485 nebo rozhraní SPI. Tato komunikační rozhraní se používají pro komunikaci s externími zařízeními, jako je výměna dat s řídicí jednotkou vozidla (VCU) elektrických vozidel, monitorovacími systémy systémů skladování energie atd. Prostřednictvím těchto rozhraní mohou externí zařízení získávat data o stavu baterie monitorovaná systémem BMS a také odesílat řídicí pokyny do systému BMS pro vzdálené monitorování a správu bateriového bloku.