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Pourquoi les systèmes de gestion des batteries au lithium sont si importants
Avec l’innovation scientifique et technologique croissante, les batteries au lithium se démarquent. Des appareils mobiles aux équipements électriques en passant par les équipements de stockage d’énergie, les gens ont négligé le système de gestion de base des batteries au lithium. BMS peut garantir les performances, la sécurité et la durée de vie de la batterie. Un BMS de haute qualité peut non seulement améliorer performance, mais aussi éviter les risques potentiels. C'est la valeur irremplaçable du BMS.
Suivez-moi ensuite pour explorer les batteries lithium-ion et comprendre le rôle des systèmes de gestion de batterie. Je vais vous dévoiler les secrets du BMS à partir des composants du BMS, de l'architecture du BMS et des fonctions dérivées avancées du BMS. Dans le même temps, j'expliquerai comment choisir un système de gestion de batterie approprié en fonction des besoins des utilisateurs et je vous fournirai des conseils faisant autorité pour économiser de l'argent. Je ne peux pas attendre.
Qu'est-ce qu'une batterie lithium-ion
La batterie lithium-ion est indissociable de notre vie. En tant que batterie rechargeable la plus populaire à l'heure actuelle, des téléphones mobiles aux ordinateurs portables en passant par les véhicules électriques, les banques d'alimentation portables et le stockage d'énergie solaire, cette section explorera les avantages et les caractéristiques des batteries au lithium pour bien comprendre cette technologie clé.
Principales caractéristiques et avantages
1. Densité énergétique : Par rapport aux autres composants de batterie, les batteries lithium-ion ont une densité de batterie plus élevée, ce qui signifie qu'une plus grande quantité d'énergie peut être stockée dans un espace de stockage plus petit.
2. Durée de vie : Les batteries lithium-ion ont une durée de vie plus longue, 10 fois supérieure à celle des batteries au plomb. Les batteries au lithium BSL peuvent toujours conserver 80 % de leur capacité restante après 3 500 cycles de charge et de décharge, et ont une valeur à long terme plus élevée.
3. Aucun entretien requis : Aucune eau ni acide ne doit être ajouté, et aucun entretien régulier n'est requis, ce qui réduit le coût total de possession par rapport aux batteries au plomb.
4. Charge et décharge rapides : Les batteries au lithium prennent en charge une charge rapide, une charge 5 fois plus rapide que les batteries au plomb, moins de temps d'arrêt et une décharge élevée sont très adaptées aux applications nécessitant une puissance explosive. Par exemple, des voitures de tourisme 72 V ou des voiturettes de golf.
5. Poids plus léger : Les batteries au lithium pèsent seulement ¼ des batteries au plomb, mais ont plus d'énergie et une plus grande flexibilité.
6. Température : Les batteries au lithium peuvent également fonctionner normalement dans des environnements météorologiques extrêmes. Les batteries BSL peuvent fonctionner normalement à des températures de -30 ℃ (-22 ℉) à 55 ℃ (131 ℉) sans dégradation des performances. Tempérament plus fort flexibilité naturelle.
7. Profondeur de décharge : Les batteries au lithium ont une profondeur de décharge plus profonde, avec un taux de décharge sain de 90 %, tandis que les batteries au plomb n'en ont que 40 à 50 %.
8. Avantages environnementaux : Les batteries lithium-ion sont zéro pollution, et de plus en plus d'entreprises commencent à abandonner les batteries au plomb et à passer aux batteries au lithium, apportant ainsi une contribution exceptionnelle à l'économie mondiale durable, verte et sans émissions de carbone.
Applications des batteries au lithium
1. Véhicules électriques : voitures électriques, chariots élévateurs, voiturettes de golf , camping-cars.
2. Appareils électroniques portables : téléphones portables, ordinateurs portables, drones, etc.
3. Matériel médical : stimulateurs cardiaques et autres équipements médicaux.
4. Stockage d’énergie renouvelable : cellules solaires. Systèmes photovoltaïques.
5. Alimentation de secours : Système d'alimentation de secours UPS
6. Surveillance à distance système de toring : Batteries lithium-ion ont de faibles taux d'autodécharge et une longue durée de vie, ce qui les rend plus adaptés aux systèmes de surveillance et d'alarme dans les zones éloignées.
7. Appareils d’aide à la mobilité : vélos électriques et fauteuils roulants électriques.
Le rôle du système de gestion de batterie (BMS)
En tant que cerveau de la batterie, le BMS est une garantie solide pour la sécurité, les performances et la durée de vie des batteries au lithium. Il garantit que la batterie fonctionne dans la plage optimale de température, de courant et de tension, surveille et protège l'intégrité de la batterie en temps réel et fournit une garantie fiable pour la sécurité de l'utilisateur.
Fonctions de base
1. Surveillance
BMS surveille en permanence l'état de chaque batterie tout au long de la journée : tension, courant et température. Cette collecte de données en temps réel est essentielle pour gérer de manière proactive la batterie, car elle permet d'effectuer des ajustements à tout moment pour des performances optimales.
2. Protections
Le système de gestion de la batterie joue un rôle important dans la protection des cellules de la batterie contre les dommages et les pannes. Gérez les conditions de température extrêmes et détectez les connexions et les courts-circuits.
Fournir six protections majeures :
• Protection de charge
• Protection contre la décharge
• Protection contre la surchauffe
• Protection contre les courts-circuits
• Protection contre les surintensités
• Protection de l'équilibre
Grâce à ces protections, le BMS peut améliorer la sécurité des batteries et la fiabilité globale des équipements d'alimentation électrique.
3. Détection d'état
Le système de gestion de batterie peut détecter l'état de charge (SOC) et l'état de santé (SOH) de la batterie.
Par exemple, SOC peut afficher la puissance restante de la batterie et estimer le kilométrage restant ou la durée d'alimentation. SOH peut détecter l'état de santé de la batterie et détecter les problèmes potentiels de batterie le plus tôt possible, ce qui permet de mettre en œuvre la prévention et la maintenance avant qu'une panne ne se produise.
4. Gestion thermique
Le BMS joue un rôle essentiel dans la détection de l'état thermique de la batterie. En surveillant en temps réel et en mettant en œuvre des stratégies de refroidissement, le BMS peut éviter efficacement le risque de surchauffe. La surchauffe peut réduire considérablement la durée de vie de la batterie et, dans les cas graves, entraîner un emballement thermique. Le BMS peut être utilisé pour refroidir ou éteindre automatiquement les incendies afin d’éviter l’emballement thermique.
L'emballement thermique est une réaction catastrophique dans laquelle la température de la batterie continue d'augmenter et ne peut être contrôlée. Cela est généralement dû à un court-circuit de la batterie. Lorsqu'un court-circuit se produit, le courant circule sans restriction et génère de la chaleur.
La chaleur endommage la batterie interne, provoquant une augmentation du courant et continuant à générer de la chaleur. Cette boucle de rétroaction peut sérieusement endommager la batterie et même prendre feu ou exploser.
BMS peut protéger complètement la batterie en surveillant la température des cellules de la batterie et en prenant des mesures basées sur le système d'extinction d'incendie intégré pour éviter tout risque d'emballement thermique.
5. Optimisation des performances
BMS assure l’équilibre des cellules au sein de la batterie grâce à la gestion électrique et thermique. Lorsque cet équilibre est atteint, la capacité et les performances de la batterie seront maximisées.
6. Rapports :
BMS fournit des informations importantes sur le fonctionnement de la batterie aux appareils externes. Grâce à ces informations opportunes, la batterie peut être utilisée et entretenue efficacement.
Composants clés d'un BMS
1. Élément de détection
• Capteur de tension
Tension les dispositifs de surveillance font partie intégrante de la surveillance de la tension de chaque élément de batterie. La sécurité et l’efficacité de la batterie dépendent du maintien de niveaux de tension conformes. Les appareils de tension mesurent la différence de tension de chaque cellule de batterie. Le système de gestion de batterie (BMS) effectue des procédures d'équilibrage des cellules en surveillant de près les tensions de la batterie, garantissant ainsi que toutes les cellules de la batterie sont chargées et déchargées uniformément. De plus, il calcule l'état de charge (SOC) et protège la batterie contre les surcharges ou les décharges profondes, qui peuvent endommager la batterie.
• Capteur de courant
La surveillance actuelle est importante pour de nombreuses raisons. Tout d’abord, il calcule le SOC en intégrant le courant au fil du temps, une technique appelée comptage coulomb. De plus, il permet d'identifier des conditions anormales telles qu'une surintensité ou un court-circuit, afin que des mesures de protection puissent être mises en œuvre. Les capteurs de courant disponibles incluent des capteurs à effet Hall, des résistances shunt et des transformateurs de courant. Dans les environnements BMS, les capteurs à effet Hall sont largement utilisés car ils ont la flexibilité de mesurer à la fois les courants alternatifs et continus et de fournir une isolation électrique entre le capteur et le conducteur porteur de courant.
• Capteur de température
Des capteurs thermiques sont utilisés pour surveiller les conditions de température de la batterie. Les batteries génèrent de la chaleur lorsqu’elles fonctionnent et leur environnement thermique peut grandement affecter leur efficacité. De plus, une surchauffe peut entraîner une situation dangereuse appelée emballement thermique, susceptible de provoquer une panne de batterie, voire un incendie. Ces problèmes peuvent être résolus en plaçant stratégiquement des capteurs de température, notamment des thermocouples et des thermistances, dans la batterie. Essentiellement, ils mesurent la température des cellules individuelles et la température ambiante entourant la batterie. En collectant les données de ces capteurs, le système de gestion de batterie (BMS) est capable de prendre des décisions intelligentes. Ces décisions peuvent impliquer l'activation des systèmes de refroidissement ou l'ajustement des taux de charge et de décharge afin de maintenir des conditions thermiques sûres.
2. Contrôleur de batterie
Les batteries sont un élément clé du cadre BMS. Coordonne plusieurs opérations de batterie en tant qu’unité centrale de traitement et centre de prise de décision. Basé sur des algorithmes de contrôle prédéfinis, ce composant traite les données collectées par divers capteurs et prend des mesures pour garantir que la batterie conserve des performances et une sécurité optimales. Les microcontrôleurs ou processeurs de signaux numériques (DSP) sont généralement utilisés dans les unités de contrôleur de batterie avec les moniteurs et protecteurs de batterie.
• Moniteur et protecteur de batterie
Le moniteur de batterie surveille en permanence la tension, le courant et la température de la batterie. À l’aide de ces informations, vous pouvez déterminer l’état de charge, l’état de santé et l’état de santé général de la batterie. Lorsqu'une anomalie est détectée par le contrôleur de batterie, le protecteur de batterie répond. Pour éviter tout dommage, le protecteur empêche la surcharge ou la décharge excessive de la batterie en prenant des mesures appropriées, telles que la déconnexion de la batterie ou la modification du taux de charge/décharge.
• Algorithme de contrôle
Un algorithme est un ensemble de règles et de modèles mathématiques qui aident le système de gestion de batterie (BMS) à prendre des décisions intelligentes. La chimie de la batterie, son utilisation prévue et les caractéristiques de performance souhaitées doivent tous être pris en compte lors de la conception de ces algorithmes. Ils peuvent être très complexes et sont soigneusement conçus pour prendre en compte tous les facteurs. Par exemple, un algorithme de contrôle peut déterminer comment le courant de charge doit être ajusté dynamiquement lorsque la batterie est presque complètement chargée pour éviter une surcharge. Pour déterminer l'état de charge (SOC), un autre algorithme peut utiliser les données des capteurs de tension et de courant. Pour que les batteries fonctionnent efficacement et en toute sécurité, ces algorithmes doivent être efficaces.
• Microcontrôleur ou processeur de signal numérique (DSP)
Les microcontrôleurs ou processeurs de signaux numériques (DSP) sont le cœur d'un contrôleur de batterie. L'algorithme de contrôle est exécuté par ce composant. La polyvalence et la facilité d’intégration des microcontrôleurs en font un processeur polyvalent extrêmement populaire. En plus d'acquérir des données, de communiquer et d'exécuter des algorithmes de contrôle, ils ont la capacité de gérer de nombreuses autres tâches. Un DSP, quant à lui, est un processeur spécialisé qui excelle dans le traitement numérique. Les DSP peuvent être préférés pour certaines applications, notamment celles nécessitant un traitement de données à grande vitesse. Les microcontrôleurs et les DSP sont finalement choisis en fonction des besoins spécifiques du BMS et de son application.
3.Interfaces de communication
Les interfaces de communication sont des composants clés d'un BMS, permettant d'échanger des informations avec des appareils ou d'autres systèmes. Les interfaces de communication incluent l'enregistrement des données, les rapports et les protocoles de communication.
Protocoles de communication
Le format et l'échange de données entre les appareils d'un BMS sont contrôlés par des protocoles de communication. Ces protocoles sont nécessaires pour garantir que les appareils peuvent se comprendre et communiquer avec succès. Les pratiques typiques du BMS incluent :
• Réseau de zone de contrôleur (CAN) : Il est souvent utilisé dans les applications automobiles. Il prend en charge la communication en temps réel et présente une bonne fiabilité et durabilité.
• Circuit inter-intégré (I2C) : Dans les systèmes embarqués, I2C est souvent utilisé pour connecter des périphériques à faible vitesse. Il est généralement utilisé pour des appareils uniques communiquant sur de courtes distances.
• Interface périphérique série (SPI) : SPI convient aux systèmes embarqués et est utilisé pour les communications à courte distance. Il est plus rapide que le protocole I2C et est donc utilisé dans les applications nécessitant des vitesses élevées.
• Modbus : Il est souvent utilisé dans les environnements industriels. L’avantage est qu’il peut communiquer entre plusieurs appareils connectés au même réseau.
•RS-485 : RS-485 est un protocole de communication série apparu au milieu des années 1980 et initialement développé pour des applications industrielles. Publié conjointement par la Telecommunications Industry Association et l’Electronic Industries Alliance.
• Bluetooth : Technologie de communication sans fil qui transmet des données à des appareils personnels, tels que des smartphones et des appareils mobiles.
Enregistrement des données et rapports
BMS enregistre des données sur la tension, le courant, la température et le SOC sur une période de temps spécifique. Cela facilite l’analyse des performances et le dépannage des risques potentiels.
En envoyant ces données à d’autres systèmes et appareils, le processus de reporting est externalisé. Par exemple, le SOC peut être affiché sur le tableau de bord d'un véhicule électrique via un BMS afin que le conducteur puisse visualiser à tout moment le niveau de puissance et le kilométrage estimé. Dans les applications industrielles, le BMS peut fournir des données à un système de contrôle centralisé à des fins de surveillance et de contrôle.
4.Circuits de protection
Afin de garantir la sécurité et la fiabilité du système de batterie, le circuit de protection est un élément crucial du BMS. Pour éviter les situations potentiellement nocives ou dangereuses, il surveille en permanence l'état de la batterie et ajuste ou intervient en temps réel.
Il existe quatre principales caractéristiques de sécurité dans le BMS :
• Protection contre les surcharges
• Protection contre les décharges excessives
• Court protection des circuits
• Protection thermique
5.Circuits d’équilibrage
Le circuit d'équilibrage est un élément fondamental du cadre BMS. Dans une batterie comportant plusieurs cellules, l’équilibrage des cellules est essentiel pour garantir que toutes les cellules de la batterie ont le même état de charge (SOC). En plus de garantir des performances optimales, cela améliore également la durabilité et la fiabilité de la batterie.
• Équilibrage passif :
L'équilibrage passif consiste à disperser l'énergie excédentaire des cellules avec un SOC plus élevé sous forme de chaleur vers des cellules avec une charge plus faible et un SOC plus élevé.
• Équilibrage actif :
Contrairement à l’équilibrage passif, l’équilibrage actif redistribue la charge entre les cellules au lieu de la laisser partir. Les convertisseurs DC-DC, les inductances et les condensateurs sont tous utilisés dans l'équilibrage actif. L'énergie est transférée des cellules avec un SOC plus élevé vers des cellules avec un SOC plus faible pendant l'équilibrage actif.
Types de systèmes de gestion de batterie
1. GTC centralisé Architecture
Il n'y a qu'un seul BMS central dans l'ensemble batterie, et tous les blocs-batteries sont directement connectés au système central.
Avantages :
Compact et pas cher.
Inconvénients :
Étant donné que les batteries sont toutes connectées au BMS, un grand nombre de connexions de ports sont requis, donc il y a beaucoup de câbles de faisceaux de câbles, ce qui est peu pratique pour un entretien ultérieur.
2. Topologie BMS modulaire
Semblable à un BMS centralisé, un BMS modulaire est divisé en plusieurs modules répétitifs, chacun avec son propre faisceau de fils pour la connexion aux batteries adjacentes. Ces sous-modules BMS peuvent être surveillés par un module BMS maître, qui est chargé de surveiller l'état des sous-modules et de communiquer avec les périphériques.
Avantages :
La modularité est plus propice au dépannage et à la maintenance, et il est également pratique d'étendre la batterie.
Inconvénients :
Coût total plus élevé et il peut y avoir des fonctions en double inutilisées en raison de différentes applications.
3. BMS maître/esclave
Semblable à la topologie modulaire, les appareils esclaves se limitent à relayer les informations de mesure, tandis que l'appareil maître est responsable du calcul, du contrôle et des communications externes. Bien que similaires au type modulaire, les appareils esclaves ont tendance à avoir des fonctionnalités plus simples, potentiellement moins de frais généraux et moins de fonctionnalités inutilisées.
4.Architecture BMS distribuée
Dans un BMS distribué, tout le matériel électronique est intégré sur une carte de commande sur la batterie ou le module placé. Il simplifie la plupart du câblage de quelques lignes de capteurs et lignes de communication entre les modules BMS adjacents.
Avantages :
Chaque BMS est indépendant et peut gérer seul les calculs et les communications.
Inconvénients :
Cette forme d'intégration est profondément ancrée dans l'assemblage du module blindé, de sorte que le dépannage et la maintenance peuvent être difficiles. Les coûts ont également tendance à être plus élevés en raison de la présence d’un plus grand nombre de BMS dans la structure globale de la batterie.
Application de BSLBATT dans les systèmes BMS Li-ion.
La nouvelle technologie de plate-forme cloud permet d'afficher des informations de base via BMS
Informations de base
Comprend les informations de projet du véhicule, les informations sur le logiciel et le matériel BMS, les statistiques de fonctionnement, etc.
Statut en temps réel
Vous pouvez parcourir les informations de fonctionnement en temps réel du véhicule, y compris la tension des cellules de la batterie, la température, etc., si le véhicule est en marche.
Informations de localisation
Vous pouvez parcourir les informations de localisation en temps réel du véhicule et prendre en charge la visualisation de la trajectoire de mouvement du véhicule par heure
Configuration du GTB
Afficher les valeurs d'étalonnage actuelles de divers paramètres BMS, ce qui est propice au traçage de l'état du BMS et à l'analyse des défauts
Historique des opérations
Enregistrez chaque trajectoire de charge et de décharge du véhicule
Historique des défauts
Enregistrez chaque donnée de défaut du véhicule, prend en charge le tri par heure, type/niveau de défaut, etc.
Historique des mises à niveau
Qu'il s'agisse d'une mise à niveau aérienne 0TA ou d'une mise à niveau CAN sur site, chaque mise à jour du logiciel BMS sera enregistrée et prendra en charge les requêtes en ligne, réalisant ainsi une traçabilité complète du cycle de vie du logiciel.
Changement d'équipement
Pour le système BMS à structure distribuée, chaque remplacement d'esclave sera détecté et enregistré en temps réel
Exportation de données
Le terminal BMS envoie périodiquement des données d'exploitation à la plateforme cloud pendant le fonctionnement
