BMS (Batterijbeheersysteem)

1. Functieoverzicht

Gegevensbewakingsfunctie

Een BMS (Battery Management System) kan diverse belangrijke gegevens van het accupakket in realtime bewaken. Het kan bijvoorbeeld nauwkeurig de spanning van elke afzonderlijke cel meten; in een lithium-accupakket kan het de spanningsveranderingen van elke cel detecteren, waarbij de foutmarge doorgaans binnen enkele millivolt blijft. Tegelijkertijd wordt ook de totale stroom van het accupakket bewaakt, zowel de laadstroom als de ontlaadstroom, om de werkstatus van de accu te bepalen.

Het bewaken van de batterijtemperatuur is ook een belangrijk onderdeel. Het batterijbeheersysteem (BMS) kan de temperatuur van verschillende onderdelen van de batterij in realtime meten via temperatuursensoren die in het batterijpakket zijn verdeeld. De nauwkeurigheid van de temperatuurbewaking kan ongeveer ± 1 ℃ bedragen. Dit is cruciaal om prestatievermindering of veiligheidsincidenten als gevolg van oververhitting of onderkoeling van de batterij te voorkomen.

toestandschattingfunctie

Op basis van de gemonitorde gegevens kan het batterijbeheersysteem (BMS) de status van de batterij nauwkeurig inschatten. De belangrijkste indicator is de laadstatus (State of Charge, SOC), oftewel de schatting van de resterende batterijcapaciteit. Het systeem maakt gebruik van complexe algoritmen, in combinatie met parameters zoals batterijspanning, stroomsterkte, temperatuur, enz., om het resterende batterijvermogen in realtime te berekenen. De foutmarge ligt doorgaans tussen de 5% en 10%, waardoor gebruikers accurate batterij-informatie ontvangen.

Tegelijkertijd kan een batterijmanagementsysteem (BMS) ook de gezondheidstoestand (State of Health, SOH) van de batterij evalueren. Door factoren zoals het aantal laad- en ontlaadcycli en capaciteitsverlies gedurende langere tijd te registreren, kan worden vastgesteld of de batterij veroudering, prestatievermindering of andere problemen vertoont. Dit biedt een referentiepunt voor batterijonderhoud en -vervanging.

Batterijbalanceringsfunctie

In accupakketten kan de prestatie van individuele cellen variëren als gevolg van factoren zoals productieprocessen en gebruiksomstandigheden. De balanceringsfunctie van een batterijmanagementsysteem (BMS) kan dit probleem effectief oplossen. Er zijn hoofdzakelijk twee balanceringsmethoden. De eerste is passieve balancering, waarbij voor elke afzonderlijke batterij in het accupakket een weerstand parallel wordt geschakeld. Wanneer de spanning van een batterij te hoog is, wordt de overtollige energie via de weerstand als warmte afgevoerd. De tweede methode is actieve balancering, waarbij de energie van batterijen met een hoge spanning wordt overgedragen naar batterijen met een lage spanning om de spanning tussen de verschillende batterijen in het accupakket in evenwicht te brengen, waardoor de totale levensduur van het accupakket wordt verlengd.

Beveiligingsfunctie

Het BMS (Battery Management System) is een belangrijke bewaker van de veiligheid van het accupakket. Wanneer de accu overladen raakt, bijvoorbeeld wanneer de laadspanning de ingestelde veiligheidsdrempel overschrijdt (meestal geldt voor lithiumaccu's een strikte regelgeving voor de uitschakelspanning), zal het BMS onmiddellijk het laadcircuit uitschakelen om schade aan de accu te voorkomen of zelfs veiligheidsincidenten door overladen te vermijden.

Op dezelfde manier zal het batterijbeheersysteem (BMS) bij overontlading stoppen met ontladen zodra de batterijspanning onder de gespecificeerde minimale ontlaadspanning zakt. Dit voorkomt onomkeerbaar capaciteitsverlies als gevolg van overontlading. Bovendien zal het BMS bij detectie van abnormale situaties, zoals een hoge batterijtemperatuur of kortsluiting, snel maatregelen nemen, zoals het uitschakelen van het circuit en het afgeven van alarmen, om de veiligheid van het batterijpakket te waarborgen.

2. Hardwarecomponenten

Hoofdregeleenheid (MCU)

Dit is de kerncomponent van een batterijbeheersysteem (BMS), vergelijkbaar met het brein. De microcontroller (MCU) is doorgaans een krachtige microprocessor die verantwoordelijk is voor het ontvangen en verwerken van gegevens van diverse sensoren en het uitvoeren van complexe algoritmen om functies te realiseren zoals het schatten van de batterijstatus en het regelen van de balans. Op basis van vooraf ingestelde programmalogica kan de MCU beslissingen nemen, zoals het versturen van besturingsinstructies om beveiligingsmechanismen te activeren wanneer abnormale situaties worden gedetecteerd.

sensor

Spanningssensoren worden gebruikt om de spanning van elke afzonderlijke cel en het accupakket te meten. Deze sensoren moeten zeer nauwkeurig en betrouwbaar zijn om een ​​accurate spanningsmeting te garanderen.

Stroomsensoren zijn hoofdzakelijk verantwoordelijk voor het meten van de laad- en ontlaadstromen van accupakketten. Hall-effectstroomsensoren worden over het algemeen gebruikt, omdat deze de stroomsterkte nauwkeurig kunnen meten, zelfs bij hoge stroomsterktes, en een goede lineariteit hebben.

Temperatuursensoren zijn op verschillende belangrijke plaatsen in het accupakket aangebracht, zoals tussen de accucellen en op het oppervlak van de accumodules. Veelgebruikte temperatuursensoren zijn onder andere thermistorsensoren, die snel reageren op temperatuurveranderingen en realtime temperatuurinformatie aan het batterijbeheersysteem (BMS) leveren.

Gebalanceerd circuit

Zoals eerder vermeld, is het balanceercircuit een essentieel onderdeel voor het bereiken van de batterijbalanceringsfunctie. Passieve balanceercircuits bestaan ​​hoofdzakelijk uit een reeks balanceerweerstanden en stuurschakelaars. Wanneer balancering nodig is, verbindt de stuurschakelaar de corresponderende weerstand parallel met de hoogspanningsbatterijcel volgens de instructies van de microcontroller (MCU), waarmee het balanceringsproces start.

Actieve balanceringscircuits zijn relatief complex en kunnen componenten bevatten zoals inductoren, condensatoren en schakelbuizen. Door energieoverdrachtscircuits te construeren, wordt energie overgedragen van hoogspanningsbatterijen naar laagspanningsbatterijen, waardoor een efficiëntere batterijbalancering wordt bereikt.

communicatie-interface

Een BMS is doorgaans uitgerust met meerdere communicatie-interfaces, zoals een CAN-businterface, een RS-485-interface of een SPI-interface. Deze interfaces worden gebruikt voor communicatie met externe apparaten, bijvoorbeeld voor gegevensuitwisseling met de voertuigbesturingseenheid (VCU) van elektrische voertuigen, bewakingssystemen van energieopslagsystemen, enzovoort. Via deze interfaces kunnen externe apparaten de door het BMS bewaakte batterijstatusgegevens verkrijgen en ook besturingsinstructies naar het BMS sturen om de batterij op afstand te bewaken en te beheren.