Систем управљања батеријама: функције, типови и како одабрати

Литијум{0}}јонска батерија је скуп, енергетски{1}}густ објекат. Добро га третирајте и трајаће деценију. Малтретирајте га неколико минута и можете трајно деградирати ћелије, или у најгорем случају запалити ватру. Компонента која спречава најгори случај је систем управљања батеријом, или БМС.

Без обзира да ли дизајнирате пакет, интегришете га у производ или процењујете спецификацију добављача, овај водич покрива шта БМС заправо ради, које архитектуре постоје, зашто се о правом не може преговарати-и како да изаберете праву за своју апликацију.
 

На овој страници

• Шта је систем управљања батеријом?
• Како БМС заправо функционише
• Основне функције БМС-а
• Главне БМС архитектуре
• БМС против заштитног одбора (ПЦМ)
• Зашто је БМС битан
• Одабир правог БМС-а према апликацији
• Контролна листа за избор у 7 корака
• Уобичајене грешке при куповини БМС-а
• ФАК

Шта је систем управљања батеријом?

A систем управљања батеријамаје електронски контролер који надгледа и штити пуњиве батерије, најчешће литијум-јонске или ЛиФеПО4 пакете направљене од више ћелија у серији и паралелно. Мери шта свака ћелија ради, израчунава како се чопор понаша као целина и интервенише када нешто изађе изван безбедних граница.

БМС није исто што и обична заштитна плоча (понекад се назива ПЦМ или модул заштитног кола). Заштитна плоча реагује на неколико кварова као што су прекомерно пуњење, преко{1}}пражњење и кратки спој. Прави БМС ради све то, а такође балансира ћелије, процењује стање напуњености и здравствено стање, управља температуром и обично комуницира са остатком система преко ЦАН-а, РС485, УАРТ-а или Блуетоотх-а. Разлика је важна јер тржиште слободно меша ова два појма, а многе јефтине „БМС“ плоче су маскиране заштитне плоче.

Унутар комплетног производа за складиштење енергије, БМС је један од неколико грађевинских блокова. Ако желите да видите како се налази поред ћелија, ПЦС-а, ЕМС-а и термалног хардвера, наш прегледосам основних компоненти система за складиштење енергије батеријаје добар пратилац за читање.

Како БМС заправо функционише

Сваки БМС покреће исту петљу од четири-корака, хиљаде пута у секунди.

Сенсе.Одводници напона на свакој ћелији, сензор струје (шант или Хол-ефекат) на главној струјној путањи и НТЦ термистори на стратешким тачкама уносе необрађене податке у БМС.

Израчунај.Микроконтролер претвара та мерења у изведене вредности: стање напуњености, здравствено стање, расположива снага, неравнотежа ћелије, просечна температура.

Одлучите се.Фирмвер све упоређује са сигурносним праговима и правилима рада.

Ацт.Када је потребно, БМС отвара МОСФЕТ-ове или контакторе да смањи струју. Такође може покренути коло за балансирање, затражити од пуњача да успори или испалити заставицу грешке на хост систему.

Та затворена повратна спрега је оно што одваја управљани систем батерија од батерије са заштитним чипом заглављеним на врху.
 

Основне функције система за управљање батеријом

Различити БМС дизајни наглашавају различите послове. Компетентан систем управљања батеријом решава већину или све следеће ствари.

Надгледање{0}}нивоа ћелије

БМС непрекидно очитава напон сваке ћелије у низу серије, струју која тече у и из пакета и температуре у једној или више тачака. Видљивост-на нивоу ћелије је оно што чини одлуке на-нивоу пакета поузданим. Усредњавање на нивоу пакета скрива управо ону врсту померања једне-ћелије која узрокује кварове.

Целл Баланцинг

У било ком пакету са више{0}} ћелија, ћелије старе мало другачије. Без балансирања, најслабија ћелија прво достиже своју горњу границу напона током пуњења, приморавајући БМС да престане да пуни цело паковање и оставља употребљиви капацитет насуканим.

Доминирају два приступа.Пасивно балансирањесагорева вишак енергије из виших ћелија кроз мале отпорнике. Једноставан је, јефтин и адекватан за већину потрошачких и лак-индустријских паковања.Активно балансирањепомера енергију од виших ћелија до нижих ћелија преко кондензатора, индуктора или ДЦ-ДЦ претварача. Ефикаснији је и враћа употребљивији капацитет, али повећава трошкове и сложеност. Активно балансирање има тенденцију да се исплати у великим пакетима (електронска вуча, -складиштење на мрежи) где је сваки киловат-сат битан.

Процена СОЦ, СОХ и СОФ

Три вредности стања изгледају слично, али значе различите ствари.

• Држава задужења (СОЦ): колико је паковање тренутно пуно, изражено у процентима. Покреће индикатор опсега или времена рада који корисник види.
• Здравствено стање (СОХ): колико је употребљивог капацитета преостало у поређењу са потпуно{0}}новим пакетом. Паковање са 80% СОХ изгубило је 20% свог првобитног капацитета.
• Стање функције (СОФ): да ли пакет може да испоручи потребну снагу тренутно, с обзиром на тренутни СОЦ, СОХ и температуру.

Јефтине јединице извештавају СПЦ. Боље јединице прате СОХ. Премијум јединице извештавају о СОФ-у, што је оно што заправо желите када су поуздане перформансе на линији. За увод у то како ћелије добијају и губе капацитет током свог живота,Батерија Универзитетски чланак БУ-808је добар извор-обичног језика.

Заштита

Озбиљан БМС штити од прекомерног пуњења, преко{0}}пражњења, прекомерне струје (у оба смера), кратког споја и високе или ниске температуре. Сваки праг треба да се конфигурише, а време одговора је важно колико и сам праг. Реакција кратког{3}}споја је обично у опсегу од 100–500 микросекунди; било шта у опсегу милисекунди је преспоро за апликације са високом{6}}тренутношћу.

Тхермал Манагемент

За пасивно хлађена паковања, БМС једноставно умањује или се искључује када се температуре склоне. За активно хлађена паковања он наређује вентилаторима, пумпама или грејачима да држе ћелије унутар радног прозора. Већина литијум{2}}јонских ћелија се безбедно пуни између 0–45 степени и празне се у ширем опсегу, али су најсрећније у опсегу од 15–35 степени; живот циклуса пада у оба екстрема. За одређена ограничења, наша референца натемпературни опсег литијумске батеријепокрива како пуњење, пражњење и складиштење заправо изгледају у пракси. На страни хардвера,бирајући између ваздушног и течног хлађењаобликује колико посла БМС мора да обави термички.

Комуникација

Већина модерних БМС-а разговара са спољним светом. ЦАН магистрала је стандардна за возила и индустријске системе, РС485 доминира у стационарном складиштењу енергије, УАРТ или И²Ц су уобичајени у малим потрошачким пакетима, а Блуетоотх је све чешћи у е-бициклима и преносивим напајањем. У стационарном систему БМС такође координише са вишим-нивоомсистем управљања енергијом (ЕМС), који обрађује одлуке о отпреми, тарифе и сигнале мреже. То двоје су често збуњени, али седе на различитим слојевима.

Евидентирање података и дијагностика

Више{0}}БМС бележи догађаје грешака, број циклуса и историјски екстреме. Тај дневник постаје непроцењив за дијагностиковање враћених паковања, валидацију захтева за гаранцију и побољшање следеће ревизије производа. У нашем сопственом РМА раду, БМС дневник је обично прва ствар коју читамо; чопор без употребљиве историје је чопор који не можете бранити.

Главни типови БМС архитектуре

Постоје три класичне архитектуре за систем управљања батеријама. Избор правог је углавном питање величине и сложености паковања.

Корисно радно правило које примењујемо када обрађујемо нове верзије: испод око 16 ћелија у серији, централизовано је у реду. Између 16 и 100, модуларни обично добијају на цени-инсталације-у односу на поузданост. Изнад 100 ћелија, дистрибуирано, плаћа за себе трошкове каблирања, интегритет сигнала и могућност сервисирања на терену. Ово су полазишта, а не закони; специфични пројекти могу повући на било који начин.
 

БМС против заштитног одбора (ПЦМ): у чему је разлика?

Ово је највећи једини извор забуне на БМС тржишту.

Ако продавац плочу од 5 долара за пакет од 10 ћелија назива „БМС“, питајте да ли ради балансирање ћелија, извештава СОЦ преко магистрале података и наводи прави број дела микроконтролера. Ако је одговор не, ради се о заштитној плочи.

Зашто је БМС битан: прави ризици одласка без њега

Реч "важно" се слабо користи. Ево шта заправо пође по злу у литијумском паковању без одговарајућег система за управљање батеријама или са оним који је премали за посао.

Сигурност.Литијум{0}}онске ћелије отказују кроз ланчану реакцију која се назива термичко бекство. Унутрашњи кратки спој или прекомерно пуњење повећава температуру једне ћелије, што убрзава квар, што додатно повећава температуру, све док ћелија не испусти запаљиви електролит. БМС који ухвати претходник (ненормалан напон, абнормална струја, абнормални тренд температуре) може прекинути ланац пре него што он постане пожар.

Животни век.Чак и упорна неравнотежа од десетина миливолти између ћелија приметно скраћује век паковања. Најјача ћелија прво завршава пуњење и прелази кроз уски појас; најслабија ћелија подиже тешке ствари и стари још брже. Без балансирања, употребљиви капацитет пакета се асиметрично смањује током месеци, а не годинама. У пакетима које смо отворили након враћања гаранције, коло баланса који се никада није укључио један је од најчешћих узрока прераног губитка капацитета.

Перформансе.Без тачних СОЦ и СОХ, систем или недовољно користи пакет (капацитет који је остао на столу) или га превише користи (тврдње о опсегу или времену извршавања које се не поклапају са стварношћу). За крајње кориснике, „моја батерија се гаси брже него што индикатор каже“ је скоро увек проблем са БМС-ом, а не проблемом са ћелијама.

Усклађеност.Производи од литијумских батерија данас су увучени у гомилу стандарда, а прави БМС је обично оно што их чини проходним. Прескакање једног ефективно затвара озбиљна тржишта. Најчешћи које треба знати:

• УН 38.3:{0}}серија тестова безбедности у транспорту коју морају да прођу литијумске ћелије и паковања да би се отпремили ваздухом, морем или путем. Дефинисано од странеУН приручник за тестове и критеријуме.
• УЛ 2271: покрива батерије за лака електрична возила као што су е-бицикли и е-скутери.
• УЛ 1973: покрива стационарне и моторне системе батерија, укључујући већину ЕСС производа. Захтева документовану логику заштите БМС-а.
• ИЕЦ 62619: међународни безбедносни стандард за индустријске литијумске секундарне ћелије и батерије.
• ИСО 26262: функционална безбедност за друмска возила. Обавезно тамо где је ОЕМ специфицирао за вучне батерије.

За дубљи поглед на то шта укључује УЛ сертификат на ЕСС страни, погледајте нашу белешку озашто БЕСС производи требају УЛ сертификат. Такође можете да прегледате саме стандардеУЛ Солутионс.

Одабир правог БМС-а према апликацији

Различите апликације наглашавају систем управљања батеријом на потпуно различите начине. Иста ознака "100А" значи веома различите ствари у електричном алату и у соларном сталку за складиштење.

Електрична возила и-мобилност

ЕВ и е{0}}бициклима је потребна велика континуирана струја, брз вршни одзив, тачан СОЦ за процену домета, ЦАН комуникација и (тамо где ОЕМ захтева) ИСО 26262 функционални-безбедносни дизајн. Модуларне или дистрибуиране архитектуре доминирају на вишем крају.

Системи за складиштење енергије (ЕСС)

Стационарно складиште даје приоритет дугом веку календара, великом броју циклуса, прецизном праћењу СОХ-а и чистој интеграцији са претварачима преко Модбус-а или ЦАН-а. Ћелије су обично ЛиФеПО4 ради сигурности. Широки напонски прозори (48В до 800В+) потискују дизајне ка модуларним или дистрибуираним БМС-овима. Већина нашихконтејнерски БЕССпројекти, на пример, користе модуларни главни{0}}славе БМС тако да било који рацк може да се сервисира без искључивања целог сајта ван мреже.

Електрични алати

Електрични алати пре свега брину о вршној струји и кратком{0}}одзиву. Мотор повлачи огромне пролазне струје при покретању и застоју. Овде се перформансе БМС своде на избор МОСФЕТ-а (низак Рдс(он)) и могућност да се превазиђу кратки пикови без непријатних искључења.

Преносна и потрошачка електроника

Компактна величина, ниска цена и чврста интеграција су најважнији. Обично је довољан мали централизовани БМС са пасивним балансирањем и основном заштитом.

Поморски и системи за покретање

Апликације у стилу покретања{0}} захтевају веома високе вршне струје пражњења за кратке рафале, плус заштиту од вибрација, влаге и соли. Потражите запечаћене дизајне, високе вршне-према-односе континуиране струје и робусну термичку заштиту.

Избор хемије такође покреће БМС конфигурацију. Наш преглед оразличите врсте батерија за складиштење енергијеописује како се понашају ЛФП, НМЦ и други, што заузврат мења прагове напона, стратегију балансирања и термичка ограничења која БМС мора да примени.

Како одабрати БМС

Користите ово по реду. Прескакање корака је начин на који већина куповина БМС-а пође по злу.

1. Потврдите број ћелија и хемију.Колико ћелија у низу ("С" број)? Литијум{0}} (3,7 В номинално), ЛиФеПО4 (3,2 В номинално) или нешто друго? БМС мора тачно да одговара.
2. Израчунајте континуирану и вршну струју.Користите најгоре{0}}оптерећење. Континуирана струја је важна за термичко димензионирање; вршна струја је важна за МОСФЕТ и избор трагова.
3. Изаберите континуирану струју са маргином.Циљајте да имате најмање 25–30% простора у односу на стварно непрекидно оптерећење (уобичајено -инжењерско правило, а не чврст број). БМС оцењен тачно на вашу радну струју ће се загрејати и брзо ће старити.
4. Проверите комплет заштите.Прекомерно пуњење, преко{0}}пражњење, прекомерна струја (пуњење и пражњење), кратки спој и температура би требало да буду присутни и подесиви.
5. Изаберите врсту балансирања.Пасивно је у реду за већину пакета испод 10 кВх. Изаберите активно балансирање само када опоравак капацитета и дуг животни век оправдавају додатне трошкове.
6. Ускладите комуникацијски интерфејс.ЦАН за аутомобиле, РС485 за ЕСС, БЛЕ за преносиви или ниједан за самостални пакет напајања.
7. Проверите МОСФЕТ-ове и квалитет израде.Затражите број дела МОСФЕТ-а и потражите његов технички лист. МОСФЕТ са именом-бренд са ниским Рдс(он) је један од најјачих показатеља озбиљног БМС-а.

Уобичајене грешке и црвене заставице при куповини БМС-а

• Веровање тренутној оцени наслова.Плоча са ознаком "100А" може да користи МОСФЕТ-ове који смањују напон до 60А у стварним термичким условима. Проверите лист са подацима.
• Збуњујући врх са континуираним.БМС који рукује 200А за једну секунду није БМС од 200А.
• Игнорисање протокола.Брендирани{0}} пакети електричних алата (Девалт, Милваукее, итд.) често користе власничка руковања; генерички БМС може једноставно одбити да напаја алат.
• Прескакање температурних сензора.Један НТЦ за цео пакет од 20С не може вам рећи да ли се један угао прегрева.
• Куповина само по цени.Најјефтинији „БМС“ за више-ћелијски пакет је скоро увек заштитна плоча са маркетингом на врху.

ФАК

Могу ли да користим литијумску батерију без БМС-а?
За једну ћелију са малом струјом, технички да. За било које више-ћелијско литијумско паковање, а посебно свуда где су људи у близини, не. Ризик од топлотног бекства, неравнотеже ћелија и брзе деградације чини БМС ефективно обавезним.

Која је разлика између БМС-а и пуњача батерија?
Пуњач гура енергију у паковање. БМС одлучује да ли је то безбедно и говори пуњачу када да се заустави. Многи системи имају оба, радећи заједно преко комуникационе магистрале.

Да ли БМС продужава век трајања батерије?
Да, смислено. Спречавањем прекомерног пуњења, прекомерног-пражњења и неравнотеже ћелије, компетентан БМС може значајно да продужи животни век литијумског паковања у поређењу са радом незаштићеног. Тачан однос зависи од хемије, дубине пражњења и температуре.

Шта заправо ради балансирање ћелија?
Одржава сваку ћелију у низу серије у скоро истом стању напуњености, тако да се пакет може у потпуности напунити и испразнити, а да једна ћелија не достигне своју границу пре времена.

СОЦ вс СОХ: у чему је разлика?
СОЦ вам говори колико је батерија тренутно пуна. СОХ вам говори колико је капацитета батерија изгубила током свог животног века. Паковање може бити на 100% СОЦ и само 70% СОХ ако је старо.

Да ли су БМС и ПЦМ иста ствар?
Не. ПЦМ (заштитна плоча) реагује само на услове квара. БМС додаје балансирање, процену стања, комуникацију и често термално управљање.

Колику струју треба да подржава мој БМС?
Циљајте на најмање 25–30% изнад ваше стварне-светске непрекидне струје, уз максимално управљање за догађаје покретања или застоја. Увек проверите стварне МОСФЕТ спецификације, а не само тржишну оцену.

Централизовано, модуларно или дистрибуирано: који ми је потребан?
Мала паковања (испод око 16С): централизована. Средња паковања и лака ЕВ: модуларни. Велика ЕВ или мрежа{3}}размера: дистрибуирано.

Да ли треба да накнадно уградим БМС на постојећу батерију?
За пакет који је првобитно био испоручен без њега, одговор зависи од тога шта је већ унутра. Ако постоји само основна заштитна плоча, замена у правом БМС-у може продужити век трајања и додати праћење, али накнадна опрема мора да одговара оригиналном броју ћелија, хемији и тренутној путањи. За пакете који су већ повезани за БМС који је покварио, замена је једноставна. За запечаћене ОЕМ пакете (посебно великих брендова), накнадна опрема често не успе због власничког руковања између пакета и опреме домаћина, и ми то генерално не препоручујемо.

Боттом Лине

Систем управљања батеријама је оно што чини литијум{0}}јонске батерије употребљивим у великим количинама. Осећа, израчунава и делује на основу онога што ћелије раде, балансира их, прати њихово здравље и разговара са остатком система. Ако прескочите прави БМС или се задовољите заштитном плочом обученом у једну, коштате сигурносне границе, животног века и на крају новца.

Пре куповине, закључајте четири ствари: број ћелија и хемију, сталну и вршну струју са маргином, тачан заштитни сет који вам је потребан и комуникациони интерфејс који говори ваш систем. Ускладите их са одговарајућом архитектуром за вашу величину паковања и избећи ћете најскупље грешке у дизајну литијумских батерија.

Ако димензионирате БМС за одређену примену (ЕВ вуча, складиштење енергије, електрични алати, бродско покретање или преносива снага), почните од тренутних захтева и захтева протокола апликације и радите уназад. То је разлика између пакета који траје пет година и оног који пропадне за пет месеци.