BMS (система управления батареей)

1. Обзор функций

Функция мониторинга данных

Система управления батареями (BMS) может в режиме реального времени отслеживать различные ключевые параметры аккумуляторного блока. Она может точно измерять напряжение каждой отдельной ячейки, например, в литий-ионном аккумуляторном блоке, и обнаруживать изменения напряжения каждой ячейки, при этом погрешность обычно составляет несколько милливольт. Одновременно контролируется и общий ток аккумуляторного блока, будь то ток зарядки или разрядки, для определения рабочего состояния батареи.

Контроль температуры батареи также является важной частью процесса. Система управления батареей (BMS) может в режиме реального времени измерять температуру различных частей батареи с помощью датчиков температуры, расположенных в батарейном блоке, а точность контроля температуры может достигать примерно ± 1 ℃. Это имеет решающее значение для предотвращения снижения производительности или аварий, связанных с перегревом или переохлаждением батареи.

Функция оценки состояния

На основе отслеживаемых данных система управления батареей (BMS) может точно оценить состояние батареи. Наиболее важным показателем является уровень заряда (SOC), который представляет собой оценку оставшейся емкости батареи. Она использует сложные алгоритмы в сочетании с такими параметрами, как напряжение, ток, температура и т. д. батареи, для расчета оставшейся мощности батареи в режиме реального времени с погрешностью, как правило, в пределах 5–10%, предоставляя пользователям точную информацию о состоянии батареи.

В то же время, система управления батареей (BMS) может оценивать состояние здоровья батареи (SOH), то есть ее работоспособность. Длительная регистрация таких параметров, как количество циклов зарядки и разрядки, снижение емкости и т.д., позволяет определить, есть ли у батареи признаки старения, ухудшения характеристик и другие проблемы, что служит ориентиром для технического обслуживания и замены батареи.

Функция балансировки батареи

В аккумуляторных батареях производительность отдельных элементов может варьироваться из-за таких факторов, как производственные процессы и условия эксплуатации. Функция балансировки в системе управления батареями (BMS) может эффективно решить эту проблему. Она включает два основных метода балансировки. Первый — пассивная балансировка, которая предполагает параллельное подключение резистора к каждой отдельной батарее в батарее. Когда напряжение батареи слишком высокое, избыточная энергия расходуется в виде тепловой энергии через резистор; второй — активная балансировка, которая передает энергию высоковольтных батарей низковольтным батареям для достижения баланса напряжения между различными батареями в батарее, тем самым продлевая общий срок службы батареи.

Функция защиты безопасности

Система управления батареей (BMS) является важным элементом обеспечения безопасности аккумуляторного блока. При перезарядке батареи, например, когда напряжение зарядки превышает установленный безопасный порог (обычно для литиевых батарей существуют строгие правила в отношении напряжения отключения зарядки), BMS немедленно отключает цепь зарядки, чтобы предотвратить повреждение батареи или даже возникновение аварийных ситуаций из-за перезарядки.

Аналогично, что касается чрезмерного разряда, как только напряжение батареи упадет ниже заданного минимального напряжения разряда, система управления батареей (BMS) также прекратит разряд, чтобы избежать необратимой потери емкости, вызванной чрезмерным разрядом батареи. Кроме того, при обнаружении нештатных ситуаций, таких как высокая температура батареи или короткое замыкание, BMS оперативно примет меры, такие как отключение цепи, выдача сигналов тревоги и т. д., для обеспечения безопасности аккумуляторного блока.

2. Аппаратные компоненты

Главный блок управления (MCU)

Это основной компонент системы управления батареей (BMS), своего рода «мозг». Микроконтроллер (MCU) — это, как правило, высокопроизводительный микропроцессор, отвечающий за прием и обработку данных от различных датчиков, выполнение сложных алгоритмов для реализации таких функций, как оценка состояния батареи и контроль баланса. Он может принимать соответствующие решения на основе предварительно заданной программной логики, например, выдавать инструкции управления для активации защитных механизмов при обнаружении нештатных ситуаций.

датчик

Датчики напряжения используются для измерения напряжения каждой отдельной ячейки и аккумуляторного блока. Эти датчики должны обладать высокой точностью и надежностью для обеспечения точного сбора данных о напряжении.

Датчики тока в основном отвечают за измерение токов заряда и разряда аккумуляторных батарей. Обычно используются датчики тока на основе эффекта Холла, которые позволяют точно измерять величину тока в условиях высоких токов и обладают хорошей линейностью.

Датчики температуры размещаются в различных ключевых частях аккумуляторного блока, например, между элементами батареи и на поверхности аккумуляторных модулей. К распространенным датчикам температуры относятся терморезисторные датчики, которые быстро реагируют на изменения температуры и предоставляют информацию о температуре в режиме реального времени для системы управления батареей (BMS).

Сбалансированная схема

Как уже упоминалось, схема балансировки является ключевым компонентом для обеспечения функции балансировки батареи. Пассивные схемы балансировки в основном состоят из ряда балансировочных резисторов и управляющих переключателей. Когда требуется балансировка, управляющий переключатель подключает соответствующий резистор параллельно высоковольтному элементу батареи в соответствии с инструкциями микроконтроллера, запуская процесс балансировки.

Активные балансировочные схемы относительно сложны и могут включать такие компоненты, как индукторы, конденсаторы и переключающие лампы. Создание схем передачи энергии позволяет передавать энергию от высоковольтных батарей к низковольтным, обеспечивая более эффективную балансировку батарей.

интерфейс связи

Система управления батареей (BMS) обычно оснащена несколькими коммуникационными интерфейсами, такими как интерфейс шины CAN, интерфейс RS-485 или интерфейс SPI. Эти коммуникационные интерфейсы используются для связи с внешними устройствами, например, для обмена данными с блоком управления электромобилем (VCU), системами мониторинга систем хранения энергии и т. д. Через эти интерфейсы внешние устройства могут получать данные о состоянии батареи, отслеживаемые BMS, а также отправлять управляющие команды в BMS для осуществления удаленного мониторинга и управления аккумуляторным блоком.