Industri applikation
Produkttype
Hvorfor lithium batteristyringssystemer er så vigtige
Med den stigende innovation inden for videnskab og teknologi skiller lithiumbatterier sig ud. Fra mobile enheder til strømudstyr til energilagringsudstyr har folk overset det centrale batteristyringssystem for lithium-batterier. BMS kan sikre batteriets ydeevne, sikkerhed og levetid. Et BMS af høj kvalitet kan ikke kun forbedres ydeevne, men også undgå potentielle risici. Dette er den uerstattelige værdi af BMS.
Følg mig derefter for at udforske lithium-ion-batterier og forstå rollen af batteristyringssystemer. Jeg vil afsløre hemmelighederne bag BMS for dig fra komponenterne i BMS, arkitekturen af BMS og de avancerede afledte funktioner i BMS. Samtidig vil jeg diskutere, hvordan du vælger et passende batteristyringssystem i henhold til brugernes behov og giver autoritativ vejledning til, at du kan spare penge. Jeg kan ikke vente.
Hvad er lithium-ion-batteri
Lithium-ion batteri er uadskilleligt fra vores liv. Som det hotteste genopladelige batteri i øjeblikket, fra mobiltelefoner, bærbare computere til elektriske køretøjer til bærbare powerbanks og solenergilagring, vil dette afsnit undersøge fordelene og egenskaberne ved lithium-batterier for fuldt ud at forstå denne nøgleteknologi.
Hovedtræk og fordele
1. Energitæthed: Sammenlignet med andre batterikomponenter har lithium-ion-batterier en højere batteritæthed, hvilket betyder, at mere energi kan lagres på et mindre lagerrum.
2. Levetid: Lithium-ion-batterier har en længere levetid, 10 gange så lang som bly-syre-batterier. BSL lithium-batterier kan stadig bevare 80 % af deres resterende kapacitet efter 3.500 op- og afladningscyklusser og har en stærkere langtidsværdi.
3. Ingen vedligeholdelse nødvendig: Der skal ikke tilsættes vand eller syre, og der kræves ingen regelmæssig vedligeholdelse, hvilket reducerer de samlede ejeromkostninger sammenlignet med bly-syre-batterier.
4. Hurtig opladning og afladning: Lithium-batterier understøtter hurtig opladning, opladning 5 gange hurtigere end bly-syre-batterier, mindre nedetid og høj afladning er meget velegnet til applikationer, der kræver eksplosiv kraft. For eksempel 72V sightseeingbiler eller golfvogne.
5. Lettere vægt: Lithium-batterier vejer kun ¼ af bly-syre-batterier, men har mere energi og større fleksibilitet.
6. Temperatur: Lithium-batterier kan også fungere normalt i ekstreme vejrmiljøer. BSL-batterier kan fungere normalt ved temperaturer fra -30 ℃ (-22 ℉) til 55 ℃ (131 ℉) uden forringelse af ydeevnen. Stærkere tempe høj fleksibilitet.
7. Udledningsdybde: Lithium-batterier har en dybere afladningsdybde med en sund afladningshastighed på 90%, mens bly-syre-batterier kun har 40-50%.
8. Miljømæssige fordele: Lithium-ion-batterier er nul-forurenende, og flere og flere virksomheder begynder at opgive bly-syre-batterier og skifte til lithium-batterier, hvilket yder enestående bidrag til globale bæredygtige grønne nul-kulstofemissioner.
Lithium batteri applikationer
1. Elektriske køretøjer: elbiler, gaffeltrucks, golfvogne , autocampere.
2. Bærbare elektroniske enheder: mobiltelefoner, bærbare computere, droner mv.
3. Medicinsk udstyr: pacemakere og andet medicinsk udstyr.
4. Opbevaring af vedvarende energi: solceller. Fotovoltaiske anlæg.
5. Nødstrømsbackup: UPS nødstrømsystem
6. Fjernbetjent moni toring system: Lithium-ion batterier har lave selvafladningshastigheder og lange levetider, hvilket gør dem mere velegnede til fjernovervågning og alarmsystemer.
7. Mobilitetshjælpemidler: el-cykler og el-kørestole.
Batteristyringssystemets (BMS) rolle
Som hjernen i batteripakken er BMS en stærk garanti for lithium-batteriers sikkerhed, ydeevne og levetid. Det sikrer, at batteriet fungerer inden for det optimale temperatur-, strøm- og spændingsområde, overvåger og beskytter batteriets integritet i realtid og giver pålidelig garanti for brugersikkerhed.
Kernefunktioner
1. Overvågning
BMS overvåger løbende status for hvert batteri i løbet af dagen: spænding, strøm og temperatur. Denne dataindsamling i realtid er afgørende for proaktiv styring af batteripakken, da den tillader justeringer til enhver tid for optimal ydeevne.
2. Beskyttelse
Batteristyringssystemet spiller en vigtig rolle i at beskytte battericeller mod beskadigelse og fejl. Håndter ekstreme temperaturforhold og detekter forbindelser og kortslutninger.
Giv seks vigtige beskyttelser:
• Opladningsbeskyttelse
• Afladningsbeskyttelse
• Overophedningsbeskyttelse
• Kortslutningsbeskyttelse
• Overstrømsbeskyttelse
• Balance beskyttelse
Takket være disse beskyttelser kan BMS forbedre batteriernes sikkerhed og den overordnede pålidelighed af strømforsyningsudstyr.
3. Tilstandsdetektion
Batteristyringssystemet kan registrere batteriets ladetilstand (SOC) og sundhedstilstand (SOH).
For eksempel kan SOC se den resterende batteristrøm og estimere den resterende kilometertal eller strømforsyningstid. SOH kan opdage batteriets helbredsstatus og opdage potentielle batteriproblemer så tidligt som muligt, hvilket hjælper med at implementere forebyggelse og vedligeholdelse, før der opstår fejl.
4. Termisk styring
BMS spiller en afgørende rolle i detektering af batteripakkens termiske tilstand. Ved at overvåge og implementere kølestrategier i realtid kan BMS effektivt undgå risikoen for overophedning. Overophedning kan reducere batteriets levetid betydeligt og i alvorlige tilfælde føre til termisk flugt. BMS kan bruges til at køle ned eller automatisk slukke brande for at forhindre termisk løb.
Thermal runaway er en katastrofal reaktion, hvor batteritemperaturen fortsætter med at stige og ikke kan kontrolleres. Det er normalt forårsaget af en batterikortslutning. Når der opstår en kortslutning, løber strømmen ubegrænset og genererer varme.
Varmen beskadiger det interne batteri, hvilket får strømmen til at stige og fortsætte med at generere varme. Denne feedback loop kan alvorligt beskadige batteriet og endda gå i brand eller eksplodere.
BMS kan beskytte batteriet omfattende ved at overvåge battericellernes temperatur og tage skridt baseret på det indbyggede brandslukningssystem for at forhindre sandsynligheden for termisk løb.
5. Ydeevneoptimering
BMS sikrer balancen mellem celler i batteripakken gennem elektrisk og termisk styring. Når denne balance er opnået, vil batterikapaciteten og ydeevnen være maksimeret.
6. Rapportering:
BMS giver vigtige oplysninger om driften af batteriet til eksterne enheder. Takket være denne rettidige information kan batteriet bruges og vedligeholdes effektivt.
Nøglekomponenter i en BMS
1.Sanseelement
• Spændingssensor
Spænding overvågningsenheder er en integreret del af overvågningen af spændingen i hver battericelle. Batterisikkerhed og effektivitet afhænger af opretholdelse af kompatible spændingsniveauer. Spændingsenheder måler spændingsforskellen for hver battericelle. Batteristyringssystemet (BMS) udfører cellebalanceringsprocedurer ved nøje at overvåge batterispændingerne og sikre, at alle celler i batteriet oplades og aflades jævnt. Derudover beregner den ladetilstanden (SOC) og beskytter batteriet mod overopladning eller dyb afladning, som kan beskadige batteriet.
• Strømsensor
Nuværende overvågning er vigtig af mange årsager. Først beregner den SOC ved at integrere strømmen over tid, en teknik kaldet coulomb-tælling. Derudover hjælper det med at identificere unormale forhold såsom overstrøm eller kortslutninger, så beskyttelsesforanstaltninger kan implementeres. Tilgængelige strømsensorer omfatter Hall-effektsensorer, shuntmodstande og strømtransformatorer. I BMS-indstillinger er Hall-effektsensorer meget brugt, fordi de har fleksibiliteten til at måle både AC- og DC-strømme og giver elektrisk isolation mellem sensoren og den strømførende leder.
• Temperaturføler
Termiske sensorer bruges til at overvåge batteritemperaturforhold. Batterier genererer varme, når de fungerer, og deres termiske miljø kan i høj grad påvirke deres effektivitet. Derudover kan overophedning føre til en farlig tilstand kaldet termisk løbsk, som kan forårsage batterifejl eller endda brand. Disse problemer kan løses ved strategisk at placere temperatursensorer, herunder termoelementer og termistorer, i batteripakken. I det væsentlige måler de temperaturen på individuelle celler og den omgivende temperatur omkring batteripakken. Ved at indsamle data fra disse sensorer er batteristyringssystemet (BMS) i stand til at træffe intelligente beslutninger. Disse beslutninger kan involvere aktivering af kølesystemer eller justering af ladnings- og afladningshastigheder for at opretholde sikre termiske forhold.
2. Battericontroller
Batterier er en nøglekomponent i BMS-rammen. Koordinerer flere batterioperationer som en central behandlingsenhed og beslutningscenter. Baseret på foruddefinerede kontrolalgoritmer behandler denne komponent de data, der er indsamlet fra forskellige sensorer, og tager skridt til at sikre, at batteriet bevarer optimal ydeevne og sikkerhed. Mikrocontrollere eller digitale signalprocessorer (DSP'er) bruges typisk i battericontrollerenheder sammen med batterimonitorer og -beskyttere.
• Batterimonitor og -beskytter
Batterimonitoren overvåger kontinuerligt batteriets spænding, strøm og temperatur. Ved hjælp af disse oplysninger kan du bestemme batteriets ladetilstand, helbredstilstand og generelle helbred. Når en uregelmæssighed registreres af batterimonitoren, reagerer batteribeskytteren. For at forhindre beskadigelse forhindrer beskytteren batteriet i at overoplade eller overaflade ved at træffe passende foranstaltninger, såsom at afbryde batteriet eller ændre opladnings-/afladningshastigheden.
• Kontrolalgoritme
En algoritme er et sæt regler og matematiske modeller, der hjælper batteristyringssystemet (BMS) med at træffe intelligente beslutninger. En batterikemi, tilsigtet brug og ønskede ydeevnekarakteristika skal alle tages i betragtning, når disse algoritmer designes. De kan være meget komplekse og er omhyggeligt designet til at tage alle faktorer i betragtning. For eksempel kan en kontrolalgoritme bestemme, hvordan ladestrømmen skal justeres dynamisk, når batteriet nærmer sig fuld opladning, for at forhindre overopladning. For at bestemme ladetilstanden (SOC) kan en anden algoritme bruge data fra spændings- og strømsensorer. For at batterier kan fungere effektivt og sikkert, skal disse algoritmer være effektive.
• Mikrocontroller eller digital signalprocessor (DSP)
Mikrocontrollere eller digitale signalprocessorer (DSP'er) er hjertet i en battericontroller. Kontrolalgoritmen udføres af denne komponent. Mikrocontrolleres alsidighed og lette integration gør dem til en ekstremt populær processor til generelle formål. Ud over at indhente data, kommunikere og udføre kontrolalgoritmer har de evnen til at håndtere mange andre opgaver. En DSP er på den anden side en specialiseret processor, der udmærker sig ved numerisk behandling. DSP'er kan foretrækkes til visse applikationer, især dem, der kræver højhastighedsdatabehandling. Mikrocontrollere og DSP'er vælges i sidste ende baseret på BMS'ens specifikke behov og dets anvendelse.
3. Kommunikationsgrænseflader
Kommunikationsgrænseflader er nøglekomponenter i et BMS, som gør det muligt at udveksle information med enheder eller andre systemer. Kommunikationsgrænseflader omfatter datalogning, rapportering og kommunikationsprotokoller.
Kommunikationsprotokoller
Formatet og udvekslingen af data mellem enheder i et BMS styres af kommunikationsprotokoller. Disse protokoller er nødvendige for at sikre, at enheder kan forstå hinanden og kommunikere med succes. Typiske BMS-praksis omfatter:
• Controller Area Network (CAN): Det bruges ofte i bilindustrien. Det understøtter realtidskommunikation og har god pålidelighed og holdbarhed.
• Inter-integreret kredsløb (I2C): I indlejrede systemer bruges I2C ofte til at forbinde lavhastighedsudstyr. Det bruges normalt til enkelte enheder, der kommunikerer over korte afstande.
• Serial Peripheral Interface (SPI): SPI er velegnet til indlejrede systemer og bruges til kortdistancekommunikation. Den er hurtigere end I2C-protokollen og bruges derfor i applikationer med højhastighedskrav.
• Modbus: Det bruges ofte i industrielle miljøer. Fordelen er, at den kan kommunikere mellem flere enheder tilsluttet det samme netværk.
• RS-485: RS-485 er en seriel kommunikationsprotokol, der begyndte at dukke op i midten af 1980'erne og blev oprindeligt udviklet til industrielle applikationer. Udgivet i fællesskab af Telecommunications Industry Association og Electronic Industries Alliance.
• Bluetooth: En trådløs kommunikationsteknologi, der overfører data til personlige enheder, såsom smartphones og mobile enheder.
Datalogning og rapportering
BMS registrerer data om spænding, strøm, temperatur og SOC over en bestemt tidsperiode. Dette letter præstationsanalyse og fejlfinding af potentielle risici.
Ved at sende disse data til andre systemer og enheder eksternaliseres rapporteringsprocessen. For eksempel kan SOC'en vises på instrumentbrættet på et elektrisk køretøj gennem en BMS, så føreren til enhver tid kan se effektniveauet og det anslåede kilometertal. I industrielle applikationer kan BMS levere data til et centraliseret kontrolsystem til overvågning og kontrol.
4.Beskyttelseskredsløb
For at sikre batterisystemets sikkerhed og pålidelighed er beskyttelseskredsløbet en afgørende del af BMS. For at forhindre potentielt skadelige eller farlige situationer overvåger den løbende batteriets tilstand og justerer eller griber ind i realtid.
Der er fire hovedsikkerhedsfunktioner i BMS:
• Overopladningsbeskyttelse
• Overafladningsbeskyttelse
• Kort kredsløbsbeskyttelse
• Termisk beskyttelse
5.Balanceringskredsløb
Balanceringskredsløbet er en grundlæggende komponent i BMS-rammeværket. I en batteripakke med flere celler er cellebalancering afgørende for at sikre, at alle celler i batteripakken har samme ladetilstand (SOC). Udover at sikre optimal ydeevne, forbedrer dette også batteripakkens holdbarhed og pålidelighed.
• Passiv balancering:
Passiv balancering involverer at sprede overskydende energi fra celler med højere SOC i form af varme til celler med lavere ladning ved højere SOC.
• Aktiv balancering:
I modsætning til passiv balancering omfordeler aktiv balancering ladningen mellem cellerne i stedet for at lade den gå. DC-DC-konvertere, induktorer og kondensatorer bruges alle til aktiv balancering. Energi overføres fra celler med højere SOC til celler med lavere SOC under aktiv balancering.
Typer af batteristyringssystemer
1.Centraliseret BMS Arkitektur
Der er kun én central BMS i batterisamlingen, og alle batteripakker er direkte forbundet til den centrale.
Fordele:
Kompakt og billig.
Ulemper:
Fordi batterierne alle er forbundet til BMS, er et stort antal portforbindelser påkrævet, så der er en masse ledningsnetkabler, hvilket er ubelejligt til senere vedligeholdelse.
2. Modulær BMS-topologi
I lighed med en centraliseret BMS er en modulær BMS opdelt i flere gentagne moduler, hver med sit eget bundt af ledninger til tilslutning til tilstødende batteripakker. Disse BMS-undermoduler kan overvåges af et master-BMS-modul, som er ansvarlig for at overvåge undermodulernes status og kommunikere med perifere enheder.
Fordele:
Modularitet er mere befordrende for fejlfinding og vedligeholdelse, og det er også praktisk at udvide batteripakken.
Ulemper:
Højere samlede omkostninger, og der kan være ubrugte duplikatfunktioner på grund af forskellige applikationer.
3.Master/Slave BMS
I lighed med den modulære topologi er slaveenheder begrænset til at videresende måleinformation, mens masterenheden er ansvarlig for beregning, kontrol og ekstern kommunikation. Selvom de ligner den modulære type, har slaveenheder en tendens til at have enklere funktionalitet, potentielt mindre overhead og færre ubrugte funktioner.
4.Distribueret BMS-arkitektur
I et distribueret BMS er al elektronisk hardware integreret på et styrekort på det anbragte batteri eller modul. Det forenkler det meste af ledningsføringen til nogle få sensorlinjer og kommunikationslinjer mellem tilstødende BMS-moduler.
Fordele:
Hvert BMS er uafhængigt og kan håndtere beregninger og kommunikation på egen hånd.
Ulemper:
Denne form for integration er dybt inde i den skærmede modulsamling, så fejlfinding og vedligeholdelse kan være vanskelig. Omkostningerne har også en tendens til at være højere på grund af tilstedeværelsen af flere BMS'er i den overordnede batteripakkestruktur.
Anvendelse af BSLBATT i Li-ion BMS-systemer.
Ny cloud platform-teknologi kan se grundlæggende information gennem BMS
Grundlæggende information
Indeholder køretøjets projektoplysninger, BMS-software og hardwareoplysninger, driftsstatistik osv.
Status i realtid
Du kan gennemse køretøjets driftsoplysninger i realtid, herunder battericellespænding, temperatur osv., om køretøjet kører.
Placeringsoplysninger
Du kan gennemse køretøjets placeringsinformation i realtid og understøtte visning af køretøjets bevægelsesbane efter tid
BMS konfiguration
Vis de aktuelle kalibreringsværdier for forskellige BMS-parametre, hvilket er befordrende for BMS-statussporing og fejlanalyse
Driftshistorie
Registrer hver opladnings- og afladningsbane for køretøjet
Fejlhistorik
Registrer hver fejldata for køretøjet, støtte sortering efter tid, fejltype/-niveau osv.
Opgraderingshistorik
Uanset om det er en air 0TA-opgradering eller en on-site CAN-opgradering, vil hver opdatering af BMS-softwaren blive registreret og understøtte online-forespørgsler, hvilket realiserer fuld livscyklus-softwaresporbarhed
Udskiftning af udstyr
For det distribuerede BMS-system vil hver slaveudskiftning blive detekteret og registreret i realtid
Dataeksport
BMS-terminalen sender driftsdata til skyplatformen med jævne mellemrum under drift
