Hệ thống quản lý pin là gì?

Sự định nghĩa

Hệ thống quản lý pin (BMS) là công nghệ dành riêng cho việc giám sát bộ pin, là tập hợp các tế bào pin, được tổ chức bằng điện theo cấu hình ma trận hàng x cột để cho phép phân phối phạm vi điện áp và dòng điện mục tiêu trong một khoảng thời gian chống lại kịch bản tải dự kiến.Việc giám sát mà BMS cung cấp thường bao gồm:

• Giám sát pin
• Cung cấp bảo vệ pin
• Đánh giá trạng thái hoạt động của pin
• Liên tục tối ưu hóa hiệu suất pin
• Báo cáo trạng thái hoạt động cho các thiết bị bên ngoài

Ở đây, thuật ngữ “pin” ám chỉ toàn bộ gói;tuy nhiên, các chức năng giám sát và điều khiển được áp dụng cụ thể cho từng ô riêng lẻ hoặc nhóm ô được gọi là mô-đun trong cụm pin tổng thể.Pin sạc lithium-ion có mật độ năng lượng cao nhất và là lựa chọn tiêu chuẩn làm bộ pin cho nhiều sản phẩm tiêu dùng, từ máy tính xách tay đến xe điện.Mặc dù chúng hoạt động tuyệt vời nhưng chúng có thể khá khó tha thứ nếu được vận hành bên ngoài khu vực vận hành an toàn (SOA) nói chung chặt chẽ, với các kết quả từ ảnh hưởng đến hiệu suất của pin đến những hậu quả nguy hiểm hoàn toàn.BMS chắc chắn có một bản mô tả công việc đầy thách thức, độ phức tạp tổng thể và khả năng giám sát của nó có thể trải rộng trên nhiều lĩnh vực như điện, kỹ thuật số, điều khiển, nhiệt và thủy lực.

Hệ thống quản lý pin hoạt động như thế nào?

Hệ thống quản lý pin không có bộ tiêu chí cố định hoặc duy nhất phải được áp dụng.Phạm vi thiết kế công nghệ và các tính năng được triển khai thường tương quan với:

• Chi phí, độ phức tạp và kích thước của bộ pin
• Ứng dụng của pin và mọi mối lo ngại về an toàn, tuổi thọ và bảo hành
• Yêu cầu chứng nhận từ các quy định khác nhau của chính phủ trong đó chi phí và hình phạt là tối quan trọng nếu áp dụng các biện pháp an toàn chức năng không đầy đủ

Có nhiều tính năng thiết kế BMS, trong đó quản lý bảo vệ bộ pin và quản lý dung lượng là hai tính năng thiết yếu.Chúng ta sẽ thảo luận về cách hoạt động của hai tính năng này ở đây.Quản lý bảo vệ bộ pin có hai lĩnh vực chính: bảo vệ điện, nghĩa là không cho phép pin bị hỏng do sử dụng bên ngoài SOA của nó và bảo vệ nhiệt, bao gồm kiểm soát nhiệt độ thụ động và/hoặc chủ động để duy trì hoặc đưa bộ pin vào SOA của nó.

Bảo vệ quản lý điện: Hiện tại

Giám sát dòng điện và điện áp của pin hoặc mô-đun là con đường dẫn đến bảo vệ điện.SOA điện của bất kỳ tế bào pin nào đều bị ràng buộc bởi dòng điện và điện áp.Hình 1 minh họa một SOA pin lithium-ion điển hình và một BMS được thiết kế tốt sẽ bảo vệ gói bằng cách ngăn chặn hoạt động bên ngoài xếp hạng pin của nhà sản xuất.Trong nhiều trường hợp, việc giảm mức định mức hơn nữa có thể được áp dụng để nằm trong vùng an toàn SOA nhằm nâng cao tuổi thọ của pin hơn nữa.

Pin lithium-ion có giới hạn dòng điện khác nhau để sạc so với khi xả và cả hai chế độ đều có thể xử lý dòng điện cực đại cao hơn, mặc dù trong khoảng thời gian ngắn.Các nhà sản xuất pin thường chỉ định giới hạn dòng sạc và xả liên tục tối đa, cùng với giới hạn dòng sạc và xả cao nhất.BMS cung cấp bảo vệ dòng điện chắc chắn sẽ áp dụng dòng điện liên tục tối đa.Tuy nhiên, điều này có thể xảy ra trước khi xảy ra sự thay đổi đột ngột của điều kiện tải;ví dụ, sự tăng tốc đột ngột của một chiếc xe điện.BMS có thể kết hợp giám sát dòng điện đỉnh bằng cách tích hợp dòng điện và sau thời gian delta, quyết định giảm dòng điện khả dụng hoặc ngắt hoàn toàn dòng điện trong gói.Điều này cho phép BMS có độ nhạy gần như tức thời đối với các dòng điện cực đại, chẳng hạn như tình trạng đoản mạch không thu hút sự chú ý của bất kỳ cầu chì dân cư nào, nhưng cũng có thể chấp nhận được các nhu cầu cao điểm, miễn là chúng không quá mức. dài.

Bảo vệ quản lý điện: Điện áp

Hình 2 cho thấy pin lithium-ion phải hoạt động trong một phạm vi điện áp nhất định.Các ranh giới SOA này cuối cùng sẽ được xác định bởi tính chất hóa học nội tại của pin lithium-ion đã chọn và nhiệt độ của pin tại bất kỳ thời điểm nào.Hơn nữa, vì bất kỳ bộ pin nào cũng phải trải qua một lượng dòng điện đáng kể luân chuyển, phóng điện do nhu cầu tải và sạc từ nhiều nguồn năng lượng khác nhau nên các giới hạn điện áp SOA này thường bị hạn chế hơn nữa để tối ưu hóa tuổi thọ của pin.BMS phải biết những giới hạn này là gì và sẽ đưa ra các quyết định dựa trên mức độ gần với các ngưỡng này.Ví dụ: khi đạt đến giới hạn điện áp cao, BMS có thể yêu cầu giảm dần dòng sạc hoặc có thể yêu cầu chấm dứt hoàn toàn dòng sạc nếu đạt đến giới hạn.Tuy nhiên, giới hạn này thường đi kèm với các cân nhắc bổ sung về độ trễ điện áp nội tại để ngăn cản sự tranh cãi của bộ điều khiển về ngưỡng tắt máy.Mặt khác, khi đạt đến giới hạn điện áp thấp, BMS sẽ yêu cầu các tải vi phạm chủ động chính giảm nhu cầu hiện tại của chúng.Trong trường hợp xe điện, điều này có thể được thực hiện bằng cách giảm mô-men xoắn cho phép đối với động cơ kéo.Tất nhiên, BMS phải đặt sự an toàn cho người lái lên hàng đầu, đồng thời bảo vệ bộ pin để tránh hư hỏng vĩnh viễn.

Bảo vệ quản lý nhiệt: Nhiệt độ

Nhìn bề ngoài, có vẻ như pin lithium-ion có phạm vi hoạt động ở nhiệt độ rộng, nhưng dung lượng pin tổng thể giảm ở nhiệt độ thấp do tốc độ phản ứng hóa học chậm lại đáng kể.Về khả năng hoạt động ở nhiệt độ thấp, chúng hoạt động tốt hơn nhiều so với pin axit chì hoặc NiMh;tuy nhiên, quản lý nhiệt độ là điều cần thiết một cách thận trọng vì sạc dưới 0 °C (32 °F) là vấn đề về mặt vật lý.Hiện tượng mạ lithium kim loại có thể xảy ra trên cực dương trong quá trình sạc dưới nhiệt độ đóng băng.Đây là tổn thương vĩnh viễn và không chỉ dẫn đến giảm công suất mà tế bào còn dễ bị hỏng hơn nếu bị rung hoặc các điều kiện căng thẳng khác.BMS có thể kiểm soát nhiệt độ của bộ pin thông qua hệ thống sưởi và làm mát.

Việc quản lý nhiệt được thực hiện hoàn toàn phụ thuộc vào kích thước và chi phí của bộ pin cũng như mục tiêu hiệu suất, tiêu chí thiết kế của BMS và đơn vị sản phẩm, có thể bao gồm việc xem xét khu vực địa lý mục tiêu (ví dụ: Alaska so với Hawaii).Bất kể loại máy sưởi nào, nhìn chung sẽ hiệu quả hơn khi lấy năng lượng từ nguồn điện xoay chiều bên ngoài hoặc pin thường trú thay thế nhằm mục đích vận hành máy sưởi khi cần.Tuy nhiên, nếu lò sưởi điện có dòng điện khiêm tốn, năng lượng từ bộ pin chính có thể được hút ra để tự làm nóng.Nếu hệ thống thủy lực nhiệt được triển khai thì bộ gia nhiệt điện sẽ được sử dụng để làm nóng chất làm mát được bơm và phân phối khắp cụm đóng gói.

Các kỹ sư thiết kế của BMS chắc chắn có những mánh khóe trong thiết kế của họ để truyền năng lượng nhiệt vào gói.Ví dụ: có thể bật nhiều thiết bị điện tử công suất khác nhau bên trong BMS dành riêng cho việc quản lý công suất.Mặc dù không hiệu quả như sưởi ấm trực tiếp nhưng nó vẫn có thể được tận dụng.Việc làm mát đặc biệt quan trọng để giảm thiểu tình trạng mất hiệu suất của bộ pin lithium-ion.Ví dụ, có lẽ một cục pin nhất định sẽ hoạt động tối ưu ở nhiệt độ 20°C;nếu nhiệt độ gói tăng lên 30°C, hiệu suất hoạt động của gói có thể giảm tới 20%.Nếu gói được sạc liên tục và sạc lại ở nhiệt độ 45°C (113°F), tổn thất hiệu suất có thể tăng lên tới 50%.Tuổi thọ của pin cũng có thể bị lão hóa và suy giảm sớm nếu liên tục tiếp xúc với nguồn nhiệt quá mức, đặc biệt là trong các chu kỳ sạc và xả nhanh.Làm mát thường đạt được bằng hai phương pháp, thụ động hoặc chủ động, và cả hai kỹ thuật đều có thể được sử dụng.Làm mát thụ động dựa vào chuyển động của luồng không khí để làm mát pin.Trong trường hợp xe điện, điều này ngụ ý rằng nó chỉ đơn giản là di chuyển trên đường.Tuy nhiên, nó có thể phức tạp hơn vẻ ngoài của nó, vì các cảm biến tốc độ không khí có thể được tích hợp để tự động điều chỉnh các đập gió lệch một cách có chiến lược nhằm tối đa hóa luồng không khí.Việc sử dụng quạt kiểm soát nhiệt độ chủ động có thể hữu ích ở tốc độ thấp hoặc khi xe đã dừng, nhưng tất cả những gì có thể làm chỉ là cân bằng gói hàng với nhiệt độ môi trường xung quanh.Trong trường hợp trời nóng như thiêu đốt, điều này có thể làm tăng nhiệt độ gói ban đầu.Làm mát chủ động bằng thủy lực bằng nhiệt có thể được thiết kế như một hệ thống bổ sung và thường sử dụng chất làm mát ethylene-glycol với tỷ lệ hỗn hợp xác định, được lưu thông qua máy bơm điều khiển bằng động cơ điện thông qua các đường ống/ống mềm, ống góp phân phối, bộ trao đổi nhiệt dòng chảy chéo (bộ tản nhiệt) và tấm làm mát đặt sát vào cụm pin.BMS giám sát nhiệt độ trên toàn bộ gói, đồng thời mở và đóng các van khác nhau để duy trì nhiệt độ của tổng thể pin trong phạm vi nhiệt độ hẹp nhằm đảm bảo hiệu suất pin tối ưu.

Năng lực quản lý

Tối đa hóa dung lượng bộ pin được cho là một trong những tính năng hiệu suất pin quan trọng nhất mà BMS cung cấp.Nếu việc bảo trì này không được thực hiện, bộ pin cuối cùng có thể trở nên vô dụng.Căn nguyên của vấn đề là “ngăn xếp” bộ pin (loạt ô) không hoàn toàn bằng nhau và về bản chất có tốc độ rò rỉ hoặc tự xả hơi khác nhau.Rò rỉ không phải là lỗi của nhà sản xuất mà là đặc tính hóa học của pin, mặc dù nó có thể bị ảnh hưởng về mặt thống kê do những thay đổi nhỏ trong quy trình sản xuất.Ban đầu, một bộ pin có thể có các ô giống hệt nhau, nhưng theo thời gian, sự giống nhau giữa các ô với nhau càng suy giảm, không chỉ do tự phóng điện mà còn bị ảnh hưởng do chu kỳ sạc/xả, nhiệt độ tăng cao và lão hóa lịch nói chung.Khi đã hiểu điều đó, hãy nhớ lại cuộc thảo luận trước đó rằng các tế bào lithium-ion hoạt động rất tốt, nhưng có thể khá khó tha thứ nếu được vận hành bên ngoài một SOA chặt chẽ.Trước đây chúng ta đã tìm hiểu về biện pháp bảo vệ điện cần thiết vì pin lithium-ion không xử lý tốt khi sạc quá mức.Sau khi được sạc đầy, chúng không thể nhận thêm bất kỳ dòng điện nào nữa và bất kỳ năng lượng bổ sung nào được đẩy vào sẽ bị chuyển hóa thành nhiệt, với điện áp có khả năng tăng nhanh, có thể đến mức nguy hiểm.Đó không phải là tình trạng lành mạnh cho tế bào và có thể gây ra tổn thương vĩnh viễn cũng như điều kiện hoạt động không an toàn nếu tiếp tục diễn ra.

Dãy ô của dãy pin là yếu tố quyết định điện áp tổng thể của gói và việc không khớp giữa các ô liền kề sẽ tạo ra tình thế khó xử khi cố gắng sạc bất kỳ ngăn xếp nào.Hình 3 cho thấy tại sao lại như vậy.Nếu một người có một bộ tế bào cân bằng hoàn hảo thì tất cả đều ổn vì mỗi tế bào sẽ sạc theo kiểu như nhau và dòng sạc có thể bị cắt khi đạt đến ngưỡng cắt điện áp 4.0 trên.Tuy nhiên, trong trường hợp không cân bằng, ô trên cùng sẽ sớm đạt đến giới hạn sạc và dòng sạc cần phải được ngắt ở chân trước khi các ô bên dưới khác được sạc hết công suất.

BMS là thứ bước vào và tiết kiệm thời gian hoặc bộ pin trong trường hợp này.Để chỉ ra cách thức hoạt động của nó, một định nghĩa chính cần được giải thích.Trạng thái sạc (SOC) của ô hoặc mô-đun tại một thời điểm nhất định tỷ lệ thuận với mức sạc sẵn có so với tổng mức sạc khi được sạc đầy.Do đó, pin nằm ở mức 50% SOC có nghĩa là nó đã được sạc 50%, tương tự như một con số đáng khen của thước đo nhiên liệu.Quản lý năng lực BMS hoàn toàn là việc cân bằng sự biến đổi của SOC trên mỗi ngăn xếp trong tập hợp gói.Vì SOC không phải là đại lượng có thể đo lường trực tiếp nên nó có thể được ước tính bằng nhiều kỹ thuật khác nhau và bản thân sơ đồ cân bằng thường rơi vào hai loại chính, thụ động và chủ động.Có nhiều biến thể của chủ đề và mỗi loại đều có ưu và nhược điểm.Kỹ sư thiết kế BMS có quyền quyết định loại nào tối ưu cho bộ pin nhất định và ứng dụng của nó.Cân bằng thụ động là cách dễ thực hiện nhất cũng như giải thích khái niệm cân bằng chung.Phương pháp thụ động cho phép mọi ô trong ngăn xếp có cùng công suất tích điện như ô yếu nhất.Sử dụng dòng điện tương đối thấp, nó truyền một lượng nhỏ năng lượng từ các tế bào SOC cao trong chu kỳ sạc để tất cả các tế bào đều sạc đến SOC tối đa của chúng.Hình 4 minh họa cách BMS thực hiện điều này.Nó giám sát từng tế bào và tận dụng một công tắc bóng bán dẫn và một điện trở phóng điện có kích thước phù hợp song song với mỗi tế bào.Khi BMS cảm nhận được một ô nhất định đang đạt đến giới hạn sạc, nó sẽ điều khiển dòng điện dư thừa xung quanh nó đến ô tiếp theo bên dưới theo kiểu từ trên xuống.

Các điểm cuối của quá trình cân bằng, trước và sau, được hiển thị trong Hình 5. Tóm lại, BMS cân bằng ngăn xếp pin bằng cách cho phép một ô hoặc mô-đun trong ngăn xếp nhìn thấy dòng sạc khác với dòng sạc theo một trong các cách sau:

• Loại bỏ điện tích khỏi các ô được tích điện nhiều nhất, giúp tạo khoảng trống cho dòng sạc bổ sung để tránh sạc quá mức và cho phép các ô được tích điện ít hơn nhận được nhiều dòng sạc hơn
• Chuyển hướng một số hoặc gần như toàn bộ dòng sạc xung quanh các ô được tích điện nhiều nhất, do đó cho phép các ô được tích điện ít hơn nhận được dòng sạc trong thời gian dài hơn

Các loại hệ thống quản lý pin

Các hệ thống quản lý pin có phạm vi từ đơn giản đến phức tạp và có thể sử dụng nhiều công nghệ khác nhau để đạt được chỉ thị chính là “chăm sóc pin”.Tuy nhiên, các hệ thống này có thể được phân loại dựa trên cấu trúc liên kết của chúng, liên quan đến cách chúng được lắp đặt và vận hành trên các tế bào hoặc mô-đun trên bộ pin.

Kiến trúc BMS tập trung

Có một BMS trung tâm trong cụm pin.Tất cả các gói pin được kết nối trực tiếp với BMS trung tâm.Cấu trúc của BMS tập trung được thể hiện trong Hình 6. BMS tập trung có một số ưu điểm.Nó nhỏ gọn hơn và có xu hướng tiết kiệm nhất vì chỉ có một BMS.Tuy nhiên, có những nhược điểm của BMS tập trung.Vì tất cả các pin được kết nối trực tiếp với BMS nên BMS cần rất nhiều cổng để kết nối với tất cả các gói pin.Điều này có nghĩa là có rất nhiều dây, cáp, đầu nối, v.v. trong các bộ pin lớn, điều này làm phức tạp cả việc khắc phục sự cố và bảo trì.

Cấu trúc liên kết BMS mô-đun

Tương tự như cách triển khai tập trung, BMS được chia thành nhiều mô-đun trùng lặp, mỗi mô-đun có một bó dây chuyên dụng và kết nối với phần được chỉ định liền kề của ngăn xếp pin.Xem Hình 7. Trong một số trường hợp, các mô-đun con BMS này có thể nằm dưới sự giám sát của mô-đun BMS chính có chức năng giám sát trạng thái của các mô-đun con và giao tiếp với thiết bị ngoại vi.Nhờ mô-đun trùng lặp, việc khắc phục sự cố và bảo trì trở nên dễ dàng hơn, đồng thời việc mở rộng sang các bộ pin lớn hơn cũng trở nên đơn giản.Nhược điểm là chi phí tổng thể cao hơn một chút và có thể có những chức năng không được sử dụng trùng lặp tùy thuộc vào ứng dụng.

BMS chính/phụ

Tuy nhiên, về mặt khái niệm tương tự như cấu trúc liên kết mô-đun, trong trường hợp này, các phần phụ bị hạn chế hơn trong việc chỉ chuyển tiếp thông tin đo lường và phần chính được dành riêng cho việc tính toán và điều khiển cũng như giao tiếp bên ngoài.Vì vậy, giống như các loại mô-đun, chi phí có thể thấp hơn do chức năng của các thiết bị phụ có xu hướng đơn giản hơn, có thể tốn ít chi phí hơn và ít tính năng không được sử dụng hơn.

Kiến trúc BMS phân tán

Khác biệt đáng kể so với các cấu trúc liên kết khác, trong đó phần cứng và phần mềm điện tử được gói gọn trong các mô-đun giao tiếp với các tế bào thông qua các bó dây đi kèm.BMS phân tán kết hợp tất cả phần cứng điện tử trên bảng điều khiển được đặt trực tiếp trên ô hoặc mô-đun đang được giám sát.Điều này giúp giảm bớt phần lớn hệ thống cáp dẫn đến một số dây cảm biến và dây liên lạc giữa các mô-đun BMS liền kề.Do đó, mỗi BMS sẽ khép kín hơn và xử lý các tính toán cũng như liên lạc theo yêu cầu.Tuy nhiên, bất chấp sự đơn giản rõ ràng này, hình thức tích hợp này thực sự khiến việc khắc phục sự cố và bảo trì có thể gặp vấn đề vì nó nằm sâu bên trong cụm mô-đun lá chắn.Chi phí cũng có xu hướng cao hơn vì có nhiều BMS hơn trong cấu trúc bộ pin tổng thể.

Tầm quan trọng của hệ thống quản lý pin

An toàn chức năng có tầm quan trọng cao nhất trong BMS.Điều quan trọng trong quá trình sạc và xả là ngăn chặn điện áp, dòng điện và nhiệt độ của bất kỳ tế bào hoặc mô-đun nào dưới sự kiểm soát giám sát vượt quá giới hạn SOA đã xác định.Nếu vượt quá giới hạn trong một thời gian dài, không chỉ bộ pin đắt tiền có thể bị ảnh hưởng mà tình trạng thoát nhiệt nguy hiểm có thể xảy ra sau đó.Hơn nữa, giới hạn ngưỡng điện áp thấp hơn cũng được giám sát chặt chẽ để bảo vệ pin lithium-ion và đảm bảo an toàn chức năng.Nếu pin Li-ion vẫn ở trạng thái điện áp thấp này, các sợi nhánh đồng cuối cùng có thể phát triển trên cực dương, điều này có thể dẫn đến tốc độ tự phóng điện tăng cao và có thể gây ra những lo ngại về an toàn.Mật độ năng lượng cao của các hệ thống chạy bằng lithium-ion có mức giá rất thấp cho lỗi quản lý pin.Nhờ BMS và những cải tiến về lithium-ion, đây là một trong những nhà máy sản xuất pin an toàn và thành công nhất hiện nay.

Hiệu suất của bộ pin là tính năng quan trọng cao nhất tiếp theo của BMS và điều này liên quan đến việc quản lý điện và nhiệt.Để tối ưu hóa về mặt điện năng cho tổng dung lượng pin, tất cả các ô trong gói phải được cân bằng, điều này có nghĩa là SOC của các ô lân cận trong toàn bộ tổ hợp là gần như tương đương.Điều này đặc biệt quan trọng vì không chỉ có thể đạt được dung lượng pin tối ưu mà còn giúp ngăn ngừa sự xuống cấp chung và giảm các điểm nóng tiềm ẩn do sạc quá mức các tế bào yếu.Pin lithium-ion nên tránh phóng điện dưới giới hạn điện áp thấp, vì điều này có thể dẫn đến ảnh hưởng đến bộ nhớ và mất dung lượng đáng kể.Các quá trình điện hóa rất dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và pin cũng không ngoại lệ.Khi nhiệt độ môi trường giảm xuống, dung lượng và năng lượng sẵn có của pin sẽ giảm đáng kể.Do đó, BMS có thể sử dụng bộ sưởi nội tuyến bên ngoài nằm trên hệ thống làm mát bằng chất lỏng của bộ pin xe điện hoặc các tấm sưởi cố định bật được lắp bên dưới các mô-đun của gói được tích hợp trong máy bay trực thăng hoặc thiết bị khác. phi cơ.Ngoài ra, vì việc sạc pin lithium-ion lạnh có hại cho hiệu suất của pin nên điều quan trọng trước tiên là phải tăng nhiệt độ pin đủ.Hầu hết các tế bào lithium-ion không thể sạc nhanh khi chúng ở nhiệt độ dưới 5°C và hoàn toàn không nên sạc khi chúng ở nhiệt độ dưới 0°C.Để có hiệu suất tối ưu trong quá trình sử dụng hoạt động thông thường, quản lý nhiệt BMS thường đảm bảo rằng pin hoạt động trong vùng hoạt động hẹp của Goldilocks (ví dụ: 30 – 35°C).Điều này bảo vệ hiệu suất, tăng tuổi thọ và duy trì bộ pin khỏe mạnh, đáng tin cậy.

Lợi ích của hệ thống quản lý pin

Toàn bộ hệ thống lưu trữ năng lượng pin, thường được gọi là BESS, có thể được tạo thành từ hàng chục, hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn tế bào lithium-ion được đóng gói một cách chiến lược cùng nhau, tùy thuộc vào ứng dụng.Các hệ thống này có thể có định mức điện áp dưới 100V nhưng có thể cao tới 800V, với dòng điện cung cấp của gói có phạm vi cao tới 300A trở lên.Bất kỳ sự quản lý sai lầm nào đối với gói điện áp cao đều có thể gây ra thảm họa thảm khốc, đe dọa tính mạng.Do đó, BMS cực kỳ quan trọng để đảm bảo hoạt động an toàn.Những lợi ích của BMS có thể được tóm tắt như sau.

• An toàn chức năng.Rõ ràng, đối với các bộ pin lithium-ion khổ lớn, điều này đặc biệt thận trọng và cần thiết.Nhưng ngay cả những định dạng nhỏ hơn được sử dụng trong máy tính xách tay cũng có thể bắt lửa và gây ra thiệt hại to lớn.Sự an toàn cá nhân của người dùng các sản phẩm kết hợp hệ thống chạy bằng lithium-ion ít có khả năng xảy ra lỗi quản lý pin.
• Tuổi thọ và độ tin cậy.Quản lý bảo vệ bộ pin, điện và nhiệt, đảm bảo rằng tất cả các tế bào đều được sử dụng theo yêu cầu SOA đã khai báo.Sự giám sát tinh tế này đảm bảo các tế bào được xử lý trước việc sử dụng quá mức cũng như chu kỳ sạc và xả nhanh, đồng thời chắc chắn sẽ tạo ra một hệ thống ổn định có khả năng cung cấp dịch vụ đáng tin cậy trong nhiều năm.
• Hiệu suất và phạm vi.Quản lý dung lượng gói pin BMS, trong đó việc cân bằng giữa các ô được sử dụng để cân bằng SOC của các ô lân cận trong cụm gói, cho phép đạt được dung lượng pin tối ưu.Nếu không có tính năng BMS này để giải quyết các biến thể trong quá trình tự xả, chu kỳ sạc/xả, hiệu ứng nhiệt độ và độ lão hóa nói chung, bộ pin cuối cùng có thể trở nên vô dụng.
• Chẩn đoán, Thu thập Dữ liệu và Truyền thông Bên ngoài.Nhiệm vụ giám sát bao gồm giám sát liên tục tất cả các tế bào pin, trong đó việc ghi dữ liệu có thể được sử dụng để chẩn đoán, nhưng thường được dùng cho nhiệm vụ tính toán để ước tính SOC của tất cả các tế bào trong tổ hợp.Thông tin này được tận dụng để cân bằng các thuật toán nhưng có thể được chuyển tiếp chung đến các thiết bị và màn hình bên ngoài để cho biết mức năng lượng sẵn có của người dân, ước tính phạm vi hoặc phạm vi/tuổi thọ dự kiến ​​dựa trên mức sử dụng hiện tại và cung cấp trạng thái hoạt động của bộ pin.
• Giảm chi phí và bảo hành.Việc đưa BMS vào BESS sẽ làm tăng thêm chi phí và bộ pin đắt tiền và có khả năng gây nguy hiểm.Hệ thống càng phức tạp thì yêu cầu an toàn càng cao, dẫn đến nhu cầu có nhiều sự hiện diện giám sát của BMS hơn.Tuy nhiên, việc bảo vệ và bảo trì phòng ngừa BMS liên quan đến an toàn chức năng, tuổi thọ và độ tin cậy, hiệu suất và phạm vi hoạt động, chẩn đoán, v.v. đảm bảo rằng nó sẽ giảm chi phí tổng thể, bao gồm cả những chi phí liên quan đến bảo hành.

Hệ thống quản lý pin và tóm tắt

Mô phỏng là một đồng minh có giá trị cho thiết kế BMS, đặc biệt khi được áp dụng để khám phá và giải quyết các thách thức thiết kế trong quá trình phát triển, tạo nguyên mẫu và thử nghiệm phần cứng.Với mô hình tế bào lithium-ion chính xác đang hoạt động, mô hình mô phỏng của kiến ​​trúc BMS là thông số kỹ thuật thực thi được công nhận là nguyên mẫu ảo.Ngoài ra, mô phỏng cho phép điều tra dễ dàng các biến thể của chức năng giám sát BMS đối với các tình huống vận hành môi trường và pin khác nhau.Các vấn đề triển khai có thể được phát hiện và điều tra từ rất sớm, cho phép xác minh các cải tiến về an toàn chức năng và hiệu suất trước khi triển khai trên nguyên mẫu phần cứng thực.Điều này giúp giảm thời gian phát triển và giúp đảm bảo rằng nguyên mẫu phần cứng đầu tiên sẽ hoạt động mạnh mẽ.Ngoài ra, nhiều thử nghiệm xác thực, bao gồm cả các tình huống xấu nhất, có thể được tiến hành đối với BMS và bộ pin khi thực hiện trong các ứng dụng hệ thống nhúng thực tế về mặt vật lý.

Tóm tắt SabreRDcung cấp các thư viện mô hình thủy lực điện, kỹ thuật số, điều khiển và nhiệt phong phú để trao quyền cho các kỹ sư quan tâm đến thiết kế và phát triển BMS cũng như bộ pin.Các công cụ có sẵn để nhanh chóng tạo ra các mô hình từ thông số kỹ thuật cơ bản của bảng dữ liệu và đường cong đo lường cho nhiều thiết bị điện tử và các loại hóa chất pin khác nhau.Phân tích thống kê, ứng suất và lỗi cho phép xác minh trên các phạm vi của vùng vận hành, bao gồm cả các vùng ranh giới, để đảm bảo độ tin cậy tổng thể của BMS.Hơn nữa, nhiều ví dụ thiết kế được cung cấp để cho phép người dùng bắt đầu dự án và nhanh chóng đạt được câu trả lời cần thiết từ mô phỏng.