Ano ang Sistema ng Pamamahala ng Baterya?

Kahulugan

Ang Battery management system (BMS) ay teknolohiyang nakatuon sa pangangasiwa ng isang battery pack, na isang pagpupulong ng mga cell ng baterya, na elektrikal na nakaayos sa isang row x column matrix configuration upang paganahin ang paghahatid ng naka-target na hanay ng boltahe at kasalukuyang para sa isang tagal ng panahon laban inaasahang mga sitwasyon ng pagkarga.Ang pangangasiwa na ibinibigay ng isang BMS ay karaniwang kinabibilangan ng:

• Pagsubaybay sa baterya
• Nagbibigay ng proteksyon sa baterya
• Pagtantya sa estado ng pagpapatakbo ng baterya
• Patuloy na pag-optimize ng pagganap ng baterya
• Pag-uulat ng katayuan sa pagpapatakbo sa mga panlabas na device

Dito, ang terminong "baterya" ay nagpapahiwatig ng buong pack;gayunpaman, ang mga function ng pagsubaybay at kontrol ay partikular na inilalapat sa mga indibidwal na cell, o mga grupo ng mga cell na tinatawag na mga module sa pangkalahatang pagpupulong ng battery pack.Ang Lithium-ion rechargeable na mga cell ay may pinakamataas na density ng enerhiya at ang karaniwang pagpipilian para sa mga pack ng baterya para sa maraming mga produkto ng consumer, mula sa mga laptop hanggang sa mga de-kuryenteng sasakyan.Bagama't mahusay silang gumaganap, maaari silang maging hindi mapagpatawad kung pinapatakbo sa labas ng isang pangkalahatang masikip na ligtas na operating area (SOA), na may mga resulta mula sa pagkompromiso sa pagganap ng baterya hanggang sa tahasang mapanganib na mga kahihinatnan.Ang BMS ay tiyak na may mapaghamong paglalarawan ng trabaho, at ang pangkalahatang pagiging kumplikado at oversight outreach nito ay maaaring sumasaklaw sa maraming disiplina gaya ng electrical, digital, control, thermal, at hydraulic.

Paano Gumagana ang Mga Sistema ng Pamamahala ng Baterya?

Ang mga sistema ng pamamahala ng baterya ay walang nakapirming o natatanging hanay ng mga pamantayan na dapat gamitin.Ang saklaw ng disenyo ng teknolohiya at ipinatupad na mga tampok ay karaniwang nauugnay sa:

• Ang mga gastos, pagiging kumplikado, at laki ng pack ng baterya
• Application ng baterya at anumang mga alalahanin sa kaligtasan, habang-buhay, at warranty
• Mga kinakailangan sa sertipikasyon mula sa iba't ibang mga regulasyon ng pamahalaan kung saan ang mga gastos at parusa ay pinakamahalaga kung hindi sapat ang mga hakbang sa kaligtasan sa pagganap

Mayroong maraming mga tampok sa disenyo ng BMS, na ang pamamahala sa proteksyon ng pack ng baterya at pamamahala ng kapasidad ay dalawang mahahalagang tampok.Tatalakayin natin kung paano gumagana ang dalawang feature na ito dito.Ang pamamahala ng proteksyon sa pack ng baterya ay may dalawang pangunahing arena: proteksyong elektrikal, na nagpapahiwatig ng hindi pagpapahintulot sa baterya na masira sa pamamagitan ng paggamit sa labas ng SOA nito, at proteksyon sa thermal, na kinabibilangan ng passive at/o aktibong kontrol sa temperatura upang mapanatili o dalhin ang pack sa SOA nito.

Proteksyon sa Pamamahala ng Elektrisidad: Kasalukuyan

Ang pagsubaybay sa kasalukuyang pack ng baterya at mga boltahe ng cell o module ay ang daan patungo sa proteksyon sa kuryente.Ang elektrikal na SOA ng anumang cell ng baterya ay nakatali sa kasalukuyang at boltahe.Ang Figure 1 ay naglalarawan ng isang tipikal na lithium-ion cell SOA, at isang mahusay na disenyong BMS ang magpoprotekta sa pack sa pamamagitan ng pagpigil sa operasyon sa labas ng mga cell rating ng manufacturer.Sa maraming mga kaso, ang karagdagang pagbabawas ay maaaring ilapat upang manirahan sa loob ng SOA safe zone sa interes ng pagsulong ng karagdagang tagal ng buhay ng baterya.

Ang mga cell ng Lithium-ion ay may iba't ibang kasalukuyang limitasyon para sa pag-charge kaysa sa pag-discharge, at ang parehong mga mode ay maaaring humawak ng mas mataas na peak na alon, kahit na sa maikling panahon.Karaniwang tinutukoy ng mga tagagawa ng cell ng baterya ang pinakamataas na kasalukuyang limitasyon sa patuloy na pag-charge at pag-discharge, kasama ang pinakamataas na limitasyon sa kasalukuyang pag-charge at pagdiskarga.Ang isang BMS na nagbibigay ng kasalukuyang proteksyon ay tiyak na maglalapat ng maximum na tuloy-tuloy na kasalukuyang.Gayunpaman, ito ay maaaring mauna sa account para sa isang biglaang pagbabago ng mga kondisyon ng pagkarga;halimbawa, ang biglaang pagbilis ng de-kuryenteng sasakyan.Maaaring isama ng BMS ang peak current monitoring sa pamamagitan ng pagsasama ng kasalukuyang at pagkatapos ng delta time, pagpapasya na bawasan ang available na kasalukuyang o upang matakpan ang pack current nang buo.Nagbibigay-daan ito sa BMS na magkaroon ng halos agad-agad na sensitivity sa matinding kasalukuyang mga peak, tulad ng isang short-circuit na kondisyon na hindi nakakuha ng atensyon ng anumang resident fuse, ngunit mapagpatawad din sa mataas na mga pangangailangan sa peak, hangga't ang mga ito ay hindi masyadong sobra. mahaba.

Proteksyon sa Pamamahala ng Elektrisidad: Boltahe

Ipinapakita ng Figure 2 na ang isang lithium-ion cell ay dapat gumana sa loob ng isang tiyak na hanay ng boltahe.Ang mga hangganan ng SOA na ito sa huli ay matutukoy ng intrinsic chemistry ng napiling lithium-ion cell at ang temperatura ng mga cell sa anumang naibigay na oras.Higit pa rito, dahil nakakaranas ang anumang battery pack ng malaking halaga ng kasalukuyang pagbibisikleta, pagdiskarga dahil sa mga hinihingi ng pagkarga at pagsingil mula sa iba't ibang pinagmumulan ng enerhiya, ang mga limitasyon ng boltahe ng SOA na ito ay kadalasang higit na pinipigilan upang ma-optimize ang tagal ng buhay ng baterya.Dapat malaman ng BMS kung ano ang mga limitasyong ito at mag-uutos ng mga desisyon batay sa kalapitan sa mga limitasyong ito.Halimbawa, kapag lumalapit sa mataas na boltahe na limitasyon, ang isang BMS ay maaaring humiling ng unti-unting pagbabawas ng charging current, o maaaring humiling na ang charging current ay ganap na wakasan kung ang limitasyon ay naabot.Gayunpaman, ang limitasyong ito ay kadalasang sinasamahan ng karagdagang intrinsic voltage hysteresis na pagsasaalang-alang upang maiwasan ang control chatter tungkol sa shutdown threshold.Sa kabilang banda, kapag papalapit na sa mababang boltahe na limitasyon, hihilingin ng isang BMS na ang mga pangunahing aktibong nakakasakit na load ay bawasan ang kanilang mga kasalukuyang hinihingi.Sa kaso ng isang de-koryenteng sasakyan, ito ay maaaring isagawa sa pamamagitan ng pagbabawas ng pinapayagang metalikang kuwintas na magagamit sa traksyon na motor.Siyempre, dapat gawin ng BMS ang mga pagsasaalang-alang sa kaligtasan para sa driver bilang pinakamataas na priyoridad habang pinoprotektahan ang battery pack upang maiwasan ang permanenteng pinsala.

Thermal Management Protection: Temperatura

Sa halaga ng mukha, maaaring lumitaw na ang mga cell ng lithium-ion ay may malawak na saklaw ng pagpapatakbo ng temperatura, ngunit ang pangkalahatang kapasidad ng baterya ay lumiliit sa mababang temperatura dahil ang mga rate ng reaksyon ng kemikal ay kapansin-pansing bumagal.Sa paggalang sa kakayahan sa mababang temperatura, ang mga ito ay gumaganap ng mas mahusay kaysa sa lead-acid o NiMh na mga baterya;gayunpaman, ang pamamahala sa temperatura ay maingat na mahalaga dahil ang pagsingil sa ibaba 0 °C (32 °F) ay pisikal na may problema.Ang phenomenon ng plating ng metallic lithium ay maaaring mangyari sa anode sa panahon ng sub-freezing charging.Ito ay permanenteng pinsala at hindi lamang nagreresulta sa pagbawas ng kapasidad, ngunit ang mga cell ay mas madaling kapitan ng pagkabigo kung sasailalim sa vibration o iba pang nakababahalang kondisyon.Maaaring kontrolin ng BMS ang temperatura ng battery pack sa pamamagitan ng pagpainit at paglamig.

Ang naisasagawang thermal management ay ganap na nakadepende sa laki at halaga ng battery pack at mga layunin sa pagganap, pamantayan sa disenyo ng BMS, at unit ng produkto, na maaaring kabilang ang pagsasaalang-alang sa target na heyograpikong rehiyon (hal. Alaska laban sa Hawaii).Anuman ang uri ng pampainit, sa pangkalahatan ay mas epektibong kumuha ng enerhiya mula sa isang panlabas na pinagmumulan ng kuryente ng AC, o isang alternatibong baterya ng residente na nilayon na patakbuhin ang heater kapag kinakailangan.Gayunpaman, kung ang electric heater ay may katamtamang kasalukuyang draw, ang enerhiya mula sa pangunahing battery pack ay maaaring masipsip para magpainit mismo.Kung ang isang thermal hydraulic system ay ipinatupad, pagkatapos ay ang isang electric heater ay ginagamit upang init ang coolant na kung saan ay pumped at ipinamamahagi sa buong pack assembly.

Ang mga inhinyero ng disenyo ng BMS ay walang alinlangan na may mga trick ng kanilang kalakalan sa disenyo upang patakbuhin ang enerhiya ng init sa pack.Halimbawa, maaaring i-on ang iba't ibang power electronics sa loob ng BMS na nakatuon sa pamamahala ng kapasidad.Bagama't hindi kasing episyente ng direktang pag-init, maaari itong magamit nang walang kinalaman.Ang pagpapalamig ay partikular na mahalaga upang mabawasan ang pagkawala ng pagganap ng isang lithium-ion na baterya pack.Halimbawa, marahil ang isang partikular na baterya ay gumagana nang mahusay sa 20°C;kung ang temperatura ng pack ay tumaas sa 30°C, ang kahusayan sa pagganap nito ay maaaring mabawasan ng hanggang 20%.Kung ang pack ay patuloy na na-charge at nire-recharge sa 45°C (113°F), ang pagkawala ng performance ay maaaring tumaas sa isang mabigat na 50%.Ang buhay ng baterya ay maaari ding magdusa mula sa maagang pagtanda at pagkasira kung patuloy na nalantad sa labis na init, lalo na sa panahon ng mabilis na pag-charge at pag-discharge.Karaniwang nakakamit ang pagpapalamig sa pamamagitan ng dalawang pamamaraan, pasibo o aktibo, at maaaring gamitin ang parehong mga pamamaraan.Ang passive cooling ay umaasa sa paggalaw ng daloy ng hangin upang palamig ang baterya.Sa kaso ng isang de-kuryenteng sasakyan, ito ay nagpapahiwatig na ito ay gumagalaw lamang sa kalsada.Gayunpaman, maaaring ito ay mas sopistikado kaysa sa nakikita, dahil ang mga air speed sensor ay maaaring isama sa madiskarteng awtomatikong pagsasaayos ng mga deflective na air dam upang ma-maximize ang daloy ng hangin.Ang pagpapatupad ng aktibong bentilador na kinokontrol ng temperatura ay makakatulong sa mababang bilis o kapag huminto ang sasakyan, ngunit ang magagawa lang nito ay ipantay lang ang pack sa nakapaligid na temperatura.Sa kaganapan ng isang nakakapasong mainit na araw, maaari itong tumaas ang paunang temperatura ng pack.Ang thermal hydraulic active cooling ay maaaring idisenyo bilang isang complementary system, at karaniwang gumagamit ng ethylene-glycol coolant na may tinukoy na mixture ratio, na ipinapaikot sa pamamagitan ng electric motor-driven na pump sa pamamagitan ng mga pipe/hoses, distribution manifolds, cross-flow heat exchanger (radiator) , at cooling plate resident laban sa battery pack assembly.Sinusubaybayan ng BMS ang mga temperatura sa buong pack, at binubuksan at isinasara ang iba't ibang mga balbula upang mapanatili ang temperatura ng pangkalahatang baterya sa loob ng isang makitid na hanay ng temperatura upang matiyak ang pinakamainam na pagganap ng baterya.

Pamamahala ng kapasidad

Ang pag-maximize ng kapasidad ng pack ng baterya ay masasabing isa sa pinakamahalagang feature ng pagganap ng baterya na ibinibigay ng isang BMS.Kung ang pagpapanatiling ito ay hindi ginawa, ang isang baterya pack ay maaaring tuluyang maging walang silbi.Ang ugat ng isyu ay ang isang battery pack na "stack" (serye na hanay ng mga cell) ay hindi ganap na pantay at talagang may bahagyang naiibang mga rate ng pagtagas o paglabas sa sarili.Ang pagtagas ay hindi isang depekto ng tagagawa ngunit isang katangian ng kemikal ng baterya, bagama't maaari itong maapektuhan ng istatistika mula sa maliliit na pagkakaiba-iba ng proseso ng pagmamanupaktura.Sa una, ang isang battery pack ay maaaring may mahusay na katugmang mga cell, ngunit sa paglipas ng panahon, ang pagkakatulad ng cell-to-cell ay lalong bumababa, hindi lamang dahil sa self-discharge, ngunit naapektuhan din mula sa pag-charge/discharge na pagbibisikleta, mataas na temperatura, at pangkalahatang pagtanda ng kalendaryo.Sa pag-unawa na iyon, alalahanin nang mas maaga ang talakayan na ang mga cell ng lithium-ion ay mahusay na gumaganap, ngunit maaaring maging hindi nagpapatawad kung pinapatakbo sa labas ng isang mahigpit na SOA.Natutunan namin dati ang tungkol sa kinakailangang proteksyong elektrikal dahil ang mga cell ng lithium-ion ay hindi nakikitungo nang maayos sa sobrang pagsingil.Sa sandaling ganap na na-charge, hindi na sila makakatanggap ng higit pang kasalukuyang, at anumang karagdagang enerhiya na itinulak dito ay maililipat sa init, na may boltahe na posibleng mabilis na tumaas, posibleng sa mga mapanganib na antas.Ito ay hindi isang malusog na sitwasyon para sa cell at maaaring magdulot ng permanenteng pinsala at hindi ligtas na mga kondisyon sa pagpapatakbo kung ito ay magpapatuloy.

Ang serye ng cell array ng baterya pack ay ang tumutukoy sa kabuuang boltahe ng pack, at ang hindi pagkakatugma sa pagitan ng mga katabing cell ay lumilikha ng problema kapag sinusubukang i-charge ang anumang stack.Ipinapakita ng Figure 3 kung bakit ganito.Kung ang isa ay may perpektong balanseng hanay ng mga cell, lahat ay maayos dahil ang bawat isa ay sisingilin sa pantay na paraan, at ang charging current ay maaaring maputol kapag naabot na ang itaas na 4.0 voltage cut-off threshold.Gayunpaman, sa hindi balanseng sitwasyon, maagang maaabot ng nangungunang cell ang limitasyon sa pagsingil nito, at kailangang wakasan ang charging current para sa binti bago ma-charge sa buong kapasidad ang iba pang nasa ilalim na mga cell.

Ang BMS ay kung ano ang pumapasok at nakakatipid sa araw, o ang baterya pack sa kasong ito.Upang ipakita kung paano ito gumagana, kailangang ipaliwanag ang isang pangunahing kahulugan.Ang state-of-charge (SOC) ng isang cell o module sa isang partikular na oras ay proporsyonal sa magagamit na pagsingil na may kaugnayan sa kabuuang singil kapag ganap na na-charge.Kaya, ang isang baterya na naninirahan sa 50% SOC ay nagpapahiwatig na ito ay 50% na sisingilin, na katulad ng isang fuel gauge figure ng merito.Ang pamamahala ng kapasidad ng BMS ay tungkol sa pagbabalanse ng pagkakaiba-iba ng SOC sa bawat stack sa pack assembly.Dahil ang SOC ay hindi isang direktang nasusukat na dami, maaari itong matantya sa pamamagitan ng iba't ibang mga diskarte, at ang balancing scheme mismo ay karaniwang nahuhulog sa dalawang pangunahing kategorya, passive at aktibo.Mayroong maraming mga pagkakaiba-iba ng mga tema, at bawat uri ay may mga kalamangan at kahinaan.Nasa BMS design engineer na magpasya kung alin ang pinakamainam para sa ibinigay na battery pack at sa paggamit nito.Ang passive balancing ay ang pinakamadaling ipatupad, gayundin ang ipaliwanag ang pangkalahatang konsepto ng pagbabalanse.Ang passive method ay nagbibigay-daan sa bawat cell sa stack na magkaroon ng parehong charged capacity gaya ng pinakamahina na cell.Gamit ang medyo mababa ang kasalukuyang, nagpapadala ito ng maliit na halaga ng enerhiya mula sa matataas na SOC cell sa panahon ng cycle ng pag-charge upang ang lahat ng mga cell ay mag-charge sa kanilang pinakamataas na SOC.Ang Figure 4 ay naglalarawan kung paano ito naisasagawa ng BMS.Sinusubaybayan nito ang bawat cell at ginagamit ang isang transistor switch at isang naaangkop na laki ng discharge resistor na kahanay sa bawat cell.Kapag naramdaman ng BMS na ang isang partikular na cell ay papalapit na sa limitasyon ng pagsingil nito, ito ay magtutulak ng labis na kasalukuyang sa paligid nito sa susunod na cell sa ibaba sa isang top-down na paraan.

Ang mga endpoint ng proseso ng pagbabalanse, bago at pagkatapos, ay ipinapakita sa Figure 5. Sa kabuuan, binabalanse ng BMS ang isang stack ng baterya sa pamamagitan ng pagpayag sa isang cell o module sa isang stack na makakita ng ibang charging current kaysa sa pack current sa isa sa mga sumusunod na paraan:

• Pag-alis ng singil mula sa mga cell na may pinakamaraming charge, na nagbibigay ng headroom para sa karagdagang charging current upang maiwasan ang sobrang pagsingil, at nagbibigay-daan sa mga cell na hindi gaanong naka-charge na makatanggap ng mas maraming charging current
• Pag-redirect ng ilan o halos lahat ng kasalukuyang nagcha-charge sa paligid ng mga cell na may pinakamaraming charge, sa gayon ay nagbibigay-daan sa mga cell na hindi gaanong naka-charge na makatanggap ng charging current sa mas mahabang tagal ng panahon

Mga Uri ng Sistema ng Pamamahala ng Baterya

Ang mga sistema ng pamamahala ng baterya ay mula sa simple hanggang sa kumplikado at maaaring yakapin ang isang malawak na hanay ng iba't ibang mga teknolohiya upang makamit ang kanilang pangunahing direktiba na "pangalagaan ang baterya."Gayunpaman, ang mga system na ito ay maaaring ikategorya batay sa kanilang topology, na nauugnay sa kung paano sila naka-install at nagpapatakbo sa mga cell o module sa buong battery pack.

Sentralisadong Arkitektura ng BMS

May isang sentral na BMS sa assembly ng battery pack.Ang lahat ng mga pakete ng baterya ay direktang konektado sa gitnang BMS.Ang istraktura ng isang sentralisadong BMS ay ipinapakita sa Figure 6. Ang sentralisadong BMS ay may ilang mga pakinabang.Ito ay mas compact, at ito ay malamang na ang pinaka-ekonomiko dahil mayroon lamang isang BMS.Gayunpaman, may mga disadvantages ng isang sentralisadong BMS.Dahil ang lahat ng mga baterya ay direktang konektado sa BMS, ang BMS ay nangangailangan ng maraming port upang kumonekta sa lahat ng mga pakete ng baterya.Isinasalin ito sa maraming mga wire, paglalagay ng kable, mga konektor, atbp. sa malalaking pack ng baterya, na nagpapalubha sa parehong pag-troubleshoot at pagpapanatili.

Modular BMS Topology

Katulad ng isang sentralisadong pagpapatupad, ang BMS ay nahahati sa ilang mga dobleng module, bawat isa ay may nakalaang bundle ng mga wire at mga koneksyon sa isang katabing nakatalagang bahagi ng isang stack ng baterya.Tingnan ang Figure 7. Sa ilang mga kaso, ang mga BMS submodules na ito ay maaaring nasa ilalim ng pangunahing BMS module oversight na ang tungkulin ay subaybayan ang katayuan ng mga submodules at makipag-ugnayan sa peripheral na kagamitan.Salamat sa dobleng modularity, mas madali ang pag-troubleshoot at pagpapanatili, at ang extension sa mas malalaking battery pack ay diretso.Ang downside ay ang pangkalahatang mga gastos ay bahagyang mas mataas, at maaaring may dobleng hindi nagamit na pag-andar depende sa application.

Pangunahin/Subordinate na BMS

Conceptually katulad sa modular topology, gayunpaman, sa kasong ito, ang mga alipin ay mas limitado sa pag-relay lamang ng impormasyon sa pagsukat, at ang master ay nakatuon sa pagkalkula at kontrol, pati na rin sa panlabas na komunikasyon.Kaya, habang tulad ng mga modular na uri, ang mga gastos ay maaaring mas mababa dahil ang functionality ng mga alipin ay may posibilidad na maging mas simple, na may malamang na mas kaunting overhead at mas kaunting mga hindi nagamit na feature.

Ibinahagi na Arkitektura ng BMS

Malaki ang pagkakaiba sa iba pang mga topologies, kung saan ang electronic hardware at software ay naka-encapsulated sa mga module na nag-interface sa mga cell sa pamamagitan ng mga bundle ng mga naka-attach na mga kable.Isinasama ng isang distributed BMS ang lahat ng electronic hardware sa isang control board na direktang inilagay sa cell o module na sinusubaybayan.Ito ay nagpapagaan sa karamihan ng paglalagay ng kable sa ilang mga sensor wire at mga wire ng komunikasyon sa pagitan ng mga katabing BMS module.Dahil dito, ang bawat BMS ay mas self-contained, at pinangangasiwaan ang mga pagkalkula at komunikasyon kung kinakailangan.Gayunpaman, sa kabila ng maliwanag na pagiging simple na ito, ang pinagsama-samang form na ito ay ginagawang potensyal na problema ang pag-troubleshoot at pagpapanatili, dahil ito ay nasa loob ng isang shield module assembly.Mas mataas din ang mga gastos dahil mas marami ang BMS sa kabuuang istraktura ng battery pack.

Ang Kahalagahan ng Mga Sistema sa Pamamahala ng Baterya

Ang kaligtasan sa pagganap ay ang pinakamataas na kahalagahan sa isang BMS.Ito ay kritikal sa panahon ng pag-charge at pagdiskarga ng operasyon, upang maiwasan ang boltahe, kasalukuyang, at temperatura ng anumang cell o module sa ilalim ng supervisory control na lumampas sa tinukoy na mga limitasyon ng SOA.Kung lalampas ang mga limitasyon sa loob ng mahabang panahon, hindi lamang nakompromiso ang isang potensyal na mahal na battery pack, ngunit ang mapanganib na thermal runaway na kondisyon ay maaaring mangyari.Bukod dito, mahigpit ding sinusubaybayan ang mga limitasyon ng threshold ng mas mababang boltahe para sa proteksyon ng mga cell ng lithium-ion at kaligtasan sa paggana.Kung mananatili ang Li-ion na baterya sa ganitong mababang boltahe na estado, ang mga tansong dendrite ay maaaring lumaki sa anode, na maaaring magresulta sa mataas na mga rate ng self-discharge at magpataas ng mga posibleng alalahanin sa kaligtasan.Ang mataas na densidad ng enerhiya ng mga sistemang pinapagana ng lithium-ion ay may presyo na nag-iiwan ng maliit na puwang para sa error sa pamamahala ng baterya.Salamat sa mga BMS, at mga pagpapahusay ng lithium-ion, isa ito sa pinakamatagumpay at ligtas na mga kemikal ng baterya na magagamit ngayon.

Ang pagganap ng battery pack ay ang susunod na pinakamataas na mahalagang tampok ng isang BMS, at ito ay nagsasangkot ng elektrikal at thermal management.Upang elektrikal na ma-optimize ang kabuuang kapasidad ng baterya, ang lahat ng mga cell sa pack ay kinakailangang balanse, na nagpapahiwatig na ang SOC ng mga katabing cell sa buong assembly ay humigit-kumulang katumbas.Napakahalaga nito dahil hindi lamang maisasakatuparan ang pinakamainam na kapasidad ng baterya, ngunit nakakatulong itong maiwasan ang pangkalahatang pagkasira at binabawasan ang mga potensyal na hotspot mula sa sobrang pagkarga ng mga mahihinang cell.Dapat iwasan ng mga bateryang Lithium-ion ang pag-discharge sa ibaba ng mababang limitasyon ng boltahe, dahil maaari itong magresulta sa mga epekto ng memorya at makabuluhang pagkawala ng kapasidad.Ang mga proseso ng electrochemical ay lubhang madaling kapitan sa temperatura, at ang mga baterya ay walang pagbubukod.Kapag bumaba ang temperatura sa kapaligiran, ang kapasidad at ang magagamit na enerhiya ng baterya ay bumababa nang malaki.Dahil dito, ang isang BMS ay maaaring gumamit ng panlabas na in-line heater na naninirahan sa, halimbawa, ang liquid cooling system ng isang electric vehicle battery pack, o mga turn-on resident heater plate na naka-install sa ilalim ng mga module ng isang pack na kasama sa loob ng isang helicopter o iba pa. sasakyang panghimpapawid.Bukod pa rito, dahil ang pag-charge ng napakalamig na lithium-ion na mga cell ay nakakapinsala sa pagganap ng buhay ng baterya, mahalagang itaas muna nang sapat ang temperatura ng baterya.Karamihan sa mga cell ng lithium-ion ay hindi maaaring mabilis na ma-charge kapag ang mga ito ay mas mababa sa 5°C at hindi dapat ma-charge kapag sila ay mas mababa sa 0°C.Para sa pinakamabuting pagganap sa panahon ng karaniwang paggamit ng pagpapatakbo, madalas na tinitiyak ng BMS thermal management na gumagana ang isang baterya sa loob ng isang makitid na rehiyon ng operasyon ng Goldilocks (hal. 30 – 35°C).Pinoprotektahan nito ang pagganap, nagtataguyod ng mas mahabang buhay, at nagpapaunlad ng isang malusog, maaasahang battery pack.

Ang Mga Benepisyo ng Mga Sistema sa Pamamahala ng Baterya

Ang isang buong sistema ng pag-iimbak ng enerhiya ng baterya, madalas na tinutukoy bilang BESS, ay maaaring binubuo ng sampu, daan-daan, o kahit libu-libong mga cell ng lithium-ion na estratehikong pinagsama-sama, depende sa application.Ang mga system na ito ay maaaring may boltahe na rating na mas mababa sa 100V, ngunit maaaring kasing taas ng 800V, na may pack supply currents na umaabot sa 300A o higit pa.Ang anumang maling pamamahala ng isang high voltage pack ay maaaring mag-trigger ng isang nagbabanta sa buhay, sakuna na sakuna.Dahil dito, ang mga BMS ay talagang kritikal upang matiyak ang ligtas na operasyon.Ang mga benepisyo ng mga BMS ay maaaring ibuod bilang mga sumusunod.

• Functional na Kaligtasan.Hands down, para sa malalaking format na lithium-ion na mga pack ng baterya, ito ay partikular na maingat at mahalaga.Ngunit kahit na ang mas maliliit na format na ginagamit sa, sabihin nating, ang mga laptop, ay kilala na nasusunog at nagdudulot ng napakalaking pinsala.Ang personal na kaligtasan ng mga gumagamit ng mga produkto na may kasamang mga sistemang pinapagana ng lithium-ion ay nag-iiwan ng maliit na puwang para sa error sa pamamahala ng baterya.
• Span ng Buhay at Pagiging Maaasahan.Ang pamamahala ng proteksyon sa pack ng baterya, elektrikal at thermal, ay tumitiyak na ang lahat ng mga cell ay ginagamit lahat sa loob ng ipinahayag na mga kinakailangan sa SOA.Tinitiyak ng maselan na pangangasiwa na ito na ang mga cell ay pinangangalagaan laban sa agresibong paggamit at mabilis na pag-charge at pag-discharge ng pagbibisikleta, at hindi maiiwasang magreresulta sa isang matatag na sistema na posibleng magbigay ng maraming taon ng maaasahang serbisyo.
• Pagganap at Saklaw.Ang pamamahala ng kapasidad ng pack ng baterya ng BMS, kung saan ginagamit ang pagbabalanse ng cell-to-cell upang ipantay ang SOC ng mga katabing cell sa kabuuan ng pack assembly, ay nagbibigay-daan sa pinakamabuting kalagayan ng kapasidad ng baterya na maisakatuparan.Kung wala ang tampok na BMS na ito upang isaalang-alang ang mga pagkakaiba-iba sa self-discharge, pag-charge/discharge na pagbibisikleta, mga epekto sa temperatura, at pangkalahatang pagtanda, ang isang baterya pack ay maaaring maging walang silbi sa kalaunan.
• Diagnostics, Pangongolekta ng Data, at Panlabas na Komunikasyon.Kasama sa mga gawain sa pangangasiwa ang patuloy na pagsubaybay sa lahat ng cell ng baterya, kung saan ang pag-log ng data ay maaaring gamitin nang mag-isa para sa mga diagnostic, ngunit kadalasang nilalayon sa gawain para sa pagkalkula upang tantyahin ang SOC ng lahat ng mga cell sa assembly.Ang impormasyong ito ay ginagamit para sa pagbabalanse ng mga algorithm, ngunit sama-samang maaaring ihatid sa mga panlabas na device at mga display upang isaad ang resident energy na available, tantyahin ang inaasahang saklaw o saklaw/habambuhay batay sa kasalukuyang paggamit, at ibigay ang estado ng kalusugan ng battery pack.
• Pagbawas sa Gastos at Warranty.Ang pagpapakilala ng isang BMS sa isang BESS ay nagdaragdag ng mga gastos, at ang mga pack ng baterya ay mahal at potensyal na mapanganib.Kung mas kumplikado ang system, mas mataas ang mga kinakailangan sa kaligtasan, na nagreresulta sa pangangailangan para sa higit pang presensya sa pangangasiwa ng BMS.Ngunit ang proteksyon at preventive maintenance ng isang BMS patungkol sa functional na kaligtasan, habang-buhay at pagiging maaasahan, pagganap at saklaw, diagnostics, atbp. ay ginagarantiyahan na ito ay magpapababa sa kabuuang mga gastos, kabilang ang mga nauugnay sa warranty.

Mga Sistema sa Pamamahala ng Baterya at Synopsy

Ang simulation ay isang mahalagang kaalyado para sa disenyo ng BMS, lalo na kapag inilapat sa paggalugad at pagtugon sa mga hamon sa disenyo sa loob ng hardware development, prototyping, at pagsubok.Sa isang tumpak na modelo ng lithium-ion cell sa paglalaro, ang modelo ng simulation ng arkitektura ng BMS ay ang executable na detalye na kinikilala bilang virtual na prototype.Bilang karagdagan, pinahihintulutan ng simulation ang walang sakit na pagsisiyasat ng mga variant ng mga function ng pangangasiwa ng BMS laban sa iba't ibang sitwasyon ng operasyon ng baterya at kapaligiran.Ang mga isyu sa pagpapatupad ay maaaring matuklasan at maimbestigahan nang maaga, na nagbibigay-daan sa pagganap at mga pagpapahusay sa kaligtasan sa pagganap na ma-verify bago ang pagpapatupad sa tunay na prototype ng hardware.Binabawasan nito ang oras ng pag-develop at nakakatulong na matiyak na magiging matatag ang unang prototype ng hardware.Bilang karagdagan, maraming mga pagsubok sa pagpapatotoo, kabilang ang mga pinakamasamang sitwasyon, ang maaaring isagawa ng BMS at battery pack kapag ginamit sa pisikal na makatotohanang naka-embed na mga application ng system.

Synopsys SaberRDnag-aalok ng malawak na electrical, digital, control, at thermal hydraulic model library para bigyang kapangyarihan ang mga inhinyero na interesado sa BMS at disenyo at pag-develop ng battery pack.Available ang mga tool upang mabilis na makabuo ng mga modelo mula sa mga pangunahing detalye ng datasheet at mga curve ng pagsukat para sa maraming mga electronic device at iba't ibang uri ng chemistry ng baterya.Pinahihintulutan ng istatistika, stress, at pag-aaral ng fault ang pag-verify sa mga spectrum ng operating region, kabilang ang mga hangganan, upang matiyak ang pangkalahatang pagiging maaasahan ng BMS.Higit pa rito, maraming mga halimbawa ng disenyo ang inaalok upang bigyang-daan ang mga user na makapagsimula ng isang proyekto at mabilis na maabot ang mga sagot na kailangan mula sa simulation.