Zastosowanie branżowe
Typ produktu
Dlaczego systemy zarządzania bateriami litowymi są tak ważne
Wraz ze wzrostem innowacyjności nauki i technologii, baterie litowe wyróżniają się. Od urządzeń mobilnych, przez sprzęt zasilający, aż po sprzęt do magazynowania energii, ludzie przeoczyli podstawowy system zarządzania akumulatorami litowymi. BMS może zapewnić wydajność, bezpieczeństwo i żywotność baterii. Wysokiej jakości BMS może nie tylko ulepszyć wydajności, ale także unikaj potencjalnych zagrożeń. To niezastąpiona wartość BMS.
Następnie podążaj za mną, aby poznać akumulatory litowo-jonowe i zrozumieć rolę systemów zarządzania akumulatorami. Zdradzę Ci tajniki BMS z komponentów BMS, architektury BMS i zaawansowanych funkcji pochodnych BMS. Jednocześnie omówię, jak wybrać odpowiedni system zarządzania baterią zgodnie z potrzebami użytkownika i przedstawię wiarygodne wskazówki, jak zaoszczędzić pieniądze. Nie mogę się doczekać.
Co to jest bateria litowo-jonowa
Bateria litowo-jonowa jest nierozerwalnie związana z naszym życiem. Ponieważ są to obecnie najgorętsze akumulatory do telefonów komórkowych, laptopów, pojazdów elektrycznych, przenośnych banków mocy i magazynów energii słonecznej, w tej sekcji omówimy zalety i cechy akumulatorów litowych, aby w pełni zrozumieć tę kluczową technologię.
Główne cechy i zalety
1. Gęstość energii: W porównaniu z innymi elementami akumulatorów, akumulatory litowo-jonowe charakteryzują się większą gęstością, co oznacza, że na mniejszej powierzchni można zmagazynować więcej energii.
2. Żywotność: Akumulatory litowo-jonowe mają dłuższą żywotność cykliczną, 10 razy większą niż akumulatory kwasowo-ołowiowe. Baterie litowe BSL mogą nadal utrzymywać 80% pozostałej pojemności po 3500 cyklach ładowania i rozładowywania, a także mają większą wartość długoterminową.
3. Nie wymaga konserwacji: Nie ma potrzeby dodawania wody ani kwasu ani regularnej konserwacji, co zmniejsza całkowity koszt posiadania w porównaniu z akumulatorami kwasowo-ołowiowymi.
4. Szybkie ładowanie i rozładowywanie: Baterie litowe umożliwiają szybkie ładowanie, ładowanie 5 razy szybciej niż akumulatory kwasowo-ołowiowe, krótsze przestoje i wysokie rozładowanie, co doskonale sprawdza się w zastosowaniach wymagających mocy wybuchowej. Na przykład samochody wycieczkowe 72 V lub wózki golfowe.
5. Mniejsza waga: Baterie litowe ważą tylko ¼ akumulatorów kwasowo-ołowiowych, ale mają więcej energii i większą elastyczność.
6. Temperatura: Baterie litowe mogą również normalnie działać w ekstremalnych warunkach pogodowych. Akumulatory BSL mogą normalnie pracować w temperaturach od -30 ℃ (-22 ℉) do 55 ℃ (131 ℉) bez pogorszenia wydajności. Silniejsza temperatura duża elastyczność.
7. Głębokość zrzutu: Baterie litowe charakteryzują się głębszą głębokością rozładowania, przy zdrowym wskaźniku rozładowania wynoszącym 90%, podczas gdy akumulatory kwasowo-ołowiowe mają tylko 40–50%.
8. Korzyści dla środowiska: Baterie litowo-jonowe nie powodują emisji zanieczyszczeń, a coraz więcej firm zaczyna porzucać akumulatory kwasowo-ołowiowe i przechodzić na baterie litowe, wnosząc w ten sposób wybitny wkład w globalną zrównoważoną ekologiczną emisję dwutlenku węgla.
Zastosowania baterii litowych
1. Pojazdy elektryczne: samochody elektryczne, wózki widłowe, wózki golfowe , pojazdy kempingowe.
2. Przenośne urządzenia elektroniczne: telefony komórkowe, laptopy, drony itp.
3. Sprzęt medyczny: rozruszniki serca i inny sprzęt medyczny.
4. Magazynowanie energii odnawialnej: ogniwa słoneczne. Systemy fotowoltaiczne.
5. Awaryjne zasilanie awaryjne: System zasilania awaryjnego UPS
6. Zdalny moni system torowania: Baterie litowo-jonowe mają niski współczynnik samorozładowania i długą żywotność, co czyni je bardziej odpowiednimi do monitorowania odległych obszarów i systemów alarmowych.
7. Urządzenia wspomagające mobilność: rowery elektryczne i elektryczne wózki inwalidzkie.
Rola systemu zarządzania baterią (BMS)
Jako mózg pakietu akumulatorów, BMS stanowi silną gwarancję bezpieczeństwa, wydajności i żywotności akumulatorów litowych. Zapewnia pracę akumulatora w optymalnym zakresie temperatury, prądu i napięcia, monitoruje i chroni integralność akumulatora w czasie rzeczywistym oraz zapewnia niezawodną gwarancję bezpieczeństwa użytkownika.
Podstawowe funkcje
1. Monitorowanie
BMS stale monitoruje stan każdego akumulatora przez cały dzień: napięcie, prąd i temperaturę. Gromadzenie danych w czasie rzeczywistym jest niezbędne do proaktywnego zarządzania akumulatorem, ponieważ pozwala na dokonanie regulacji w dowolnym momencie w celu uzyskania optymalnej wydajności.
2. Ochrona
System zarządzania baterią odgrywa ważną rolę w ochronie ogniw baterii przed uszkodzeniem i awarią. Zarządzaj ekstremalnymi temperaturami i wykrywaj połączenia i zwarcia.
Zapewnij sześć głównych zabezpieczeń:
• Ochrona ładowania
• Zabezpieczenie przed rozładowaniem
• Ochrona przed przegrzaniem
• Zabezpieczenie przed zwarciem
• Zabezpieczenie nadprądowe
• Ochrona równowagi
Dzięki tym zabezpieczeniom BMS może poprawić bezpieczeństwo akumulatorów i ogólną niezawodność urządzeń zasilających.
3. Wykrywanie stanu
System zarządzania akumulatorem może wykryć stan naładowania (SOC) i stan zdrowia (SOH) akumulatora
Na przykład SOC może sprawdzić pozostałą moc akumulatora i oszacować pozostały przebieg lub czas zasilania. SOH może wykryć stan baterii i wykryć potencjalne problemy z nią tak wcześnie, jak to możliwe, co pomaga wdrożyć środki zapobiegawcze i konserwację, zanim wystąpi jakakolwiek awaria.
4. Zarządzanie ciepłem
BMS odgrywa kluczową rolę w wykrywaniu stanu termicznego pakietu akumulatorów. Monitorując w czasie rzeczywistym i wdrażając strategie chłodzenia, BMS może skutecznie uniknąć ryzyka przegrzania. Przegrzanie może znacznie skrócić żywotność baterii, a w poważnych przypadkach doprowadzić do niestabilności termicznej. BMS można wykorzystać do schładzania lub automatycznego gaszenia pożarów, aby zapobiec ucieczce ciepła.
Ucieczka termiczna to katastrofalna reakcja, podczas której temperatura akumulatora stale rośnie i nie można jej kontrolować. Jest to zwykle spowodowane zwarciem akumulatora. W przypadku zwarcia prąd przepływa bez ograniczeń i wytwarza ciepło.
Ciepło uszkadza wewnętrzny akumulator, powodując wzrost prądu i dalsze wytwarzanie ciepła. Ta pętla sprzężenia zwrotnego może poważnie uszkodzić akumulator, a nawet zapalić się lub eksplodować.
BMS może kompleksowo chronić akumulator monitorując temperaturę ogniw akumulatora i podejmując działania w oparciu o wbudowany system gaśniczy, aby zapobiec prawdopodobieństwu ucieczki termicznej.
5. Optymalizacja wydajności
BMS zapewnia równowagę ogniw w zestawie akumulatorów poprzez zarządzanie elektryczne i termiczne. Kiedy ta równowaga zostanie osiągnięta, pojemność i wydajność baterii zostaną zmaksymalizowane.
6. Raportowanie:
BMS przekazuje ważne informacje o pracy akumulatora do urządzeń zewnętrznych. Dzięki tym aktualnym informacjom akumulator może być efektywnie używany i konserwowany.
Kluczowe elementy BMS
1.Element czujnikowy
• Czujnik napięcia
Woltaż urządzenia monitorujące są integralną częścią monitorowania napięcia każdego ogniwa akumulatora. Bezpieczeństwo i wydajność baterii zależą od utrzymania odpowiedniego poziomu napięcia. Urządzenia napięciowe mierzą różnicę napięcia każdego ogniwa akumulatora. System zarządzania akumulatorem (BMS) przeprowadza procedury równoważenia ogniw poprzez dokładne monitorowanie napięcia akumulatora, zapewniając równomierne ładowanie i rozładowywanie wszystkich ogniw akumulatora. Dodatkowo oblicza stan naładowania (SOC) i chroni akumulator przed przeładowaniem lub głębokim rozładowaniem, które może uszkodzić akumulator.
• Czujnik prądu
Bieżące monitorowanie jest ważne z wielu powodów. Po pierwsze, oblicza SOC poprzez całkowanie prądu w czasie, co jest techniką zwaną liczeniem kulombowskim. Ponadto pomaga zidentyfikować nietypowe stany, takie jak przetężenie lub zwarcie, dzięki czemu można wdrożyć środki zabezpieczające. Dostępne czujniki prądu obejmują czujniki efektu Halla, rezystory bocznikowe i przekładniki prądowe. W systemach BMS powszechnie stosowane są czujniki Halla, ponieważ umożliwiają one pomiar zarówno prądów przemiennych, jak i stałych oraz zapewniają izolację elektryczną pomiędzy czujnikiem a przewodnikiem przewodzącym prąd.
• Czujnik temperatury
Czujniki termiczne służą do monitorowania warunków temperaturowych akumulatora. Baterie wytwarzają ciepło podczas pracy, a otoczenie termiczne może znacząco wpłynąć na ich wydajność. Ponadto przegrzanie może prowadzić do niebezpiecznego stanu zwanego niekontrolowaną temperaturą, który może spowodować awarię akumulatora, a nawet pożar. Problemy te można rozwiązać poprzez strategiczne umieszczenie czujników temperatury, w tym termopar i termistorów, w akumulatorze. Zasadniczo mierzą temperaturę poszczególnych ogniw i temperaturę otoczenia wokół pakietu akumulatorów. Zbierając dane z tych czujników, system zarządzania baterią (BMS) jest w stanie podejmować inteligentne decyzje. Decyzje te mogą obejmować aktywację systemów chłodzenia lub dostosowanie szybkości ładowania i rozładowania w celu utrzymania bezpiecznych warunków termicznych.
2. Kontroler baterii
Baterie są kluczowym elementem struktury BMS. Koordynuje wiele operacji akumulatorowych jako jednostka centralna i centrum decyzyjne. W oparciu o predefiniowane algorytmy sterujące, komponent ten przetwarza dane zebrane z różnych czujników i podejmuje działania, aby akumulator zachował optymalną wydajność i bezpieczeństwo. Mikrokontrolery lub cyfrowe procesory sygnałowe (DSP) są zwykle używane w jednostkach kontrolerów akumulatorów wraz z monitorami i zabezpieczeniami akumulatorów.
• Monitor i zabezpieczenie akumulatora
Monitor akumulatora stale monitoruje napięcie, prąd i temperaturę akumulatora. Korzystając z tych informacji, można określić stan naładowania, stan i ogólny stan akumulatora. Gdy monitor akumulatora wykryje anomalię, zareaguje zabezpieczenie akumulatora. Aby zapobiec uszkodzeniom, ochraniacz zapobiega przeładowaniu lub nadmiernemu rozładowaniu akumulatora poprzez podjęcie odpowiednich działań, takich jak odłączenie akumulatora lub zmiana szybkości ładowania/rozładowania.
• Algorytm sterowania
Algorytm to zbiór reguł i modeli matematycznych, które pomagają systemowi zarządzania baterią (BMS) w podejmowaniu inteligentnych decyzji. Projektując te algorytmy, należy wziąć pod uwagę skład chemiczny baterii, jej przeznaczenie i pożądane właściwości użytkowe. Mogą być bardzo złożone i są starannie zaprojektowane, aby uwzględnić wszystkie czynniki. Na przykład algorytm sterowania może określić, w jaki sposób prąd ładowania musi być dynamicznie dostosowywany, gdy akumulator zbliża się do pełnego naładowania, aby zapobiec przeładowaniu. Aby określić stan naładowania (SOC), inny algorytm może wykorzystać dane z czujników napięcia i prądu. Aby akumulatory działały wydajnie i bezpiecznie, algorytmy te muszą być skuteczne.
• Mikrokontroler lub cyfrowy procesor sygnałowy (DSP)
Sercem kontrolera baterii są mikrokontrolery lub cyfrowe procesory sygnałowe (DSP). Algorytm sterowania jest realizowany przez ten element. Wszechstronność i łatwość integracji mikrokontrolerów czyni je niezwykle popularnymi procesorami ogólnego przeznaczenia. Oprócz gromadzenia danych, komunikowania się i wykonywania algorytmów sterujących, mają one możliwość obsługi wielu innych zadań. Z drugiej strony procesor DSP to wyspecjalizowany procesor, który wyróżnia się przetwarzaniem numerycznym. DSP mogą być preferowane w niektórych zastosowaniach, szczególnie tych wymagających szybkiego przetwarzania danych. Mikrokontrolery i procesory DSP są ostatecznie wybierane w oparciu o specyficzne potrzeby BMS i jego zastosowania.
3.Interfejsy komunikacyjne
Interfejsy komunikacyjne to kluczowe elementy systemu BMS, umożliwiające wymianę informacji z urządzeniami lub innymi systemami. Interfejsy komunikacyjne obejmują protokoły rejestrowania danych, raportowania i komunikacji.
Protokoły komunikacyjne
Formatem i wymianą danych pomiędzy urządzeniami w systemie BMS sterują protokoły komunikacyjne. Protokoły te są wymagane, aby zapewnić wzajemne zrozumienie urządzeń i pomyślną komunikację. Typowe praktyki BMS obejmują:
• Sieć obszarowa sterownika (CAN): Jest często używany w zastosowaniach motoryzacyjnych. Obsługuje komunikację w czasie rzeczywistym i ma dobrą niezawodność i trwałość.
• Układ zintegrowany (I2C): W systemach wbudowanych protokół I2C jest często używany do łączenia urządzeń peryferyjnych o niskiej prędkości. Stosowany jest zazwyczaj w przypadku pojedynczych urządzeń komunikujących się na niewielkie odległości.
• Szeregowy interfejs peryferyjny (SPI): SPI jest odpowiedni dla systemów wbudowanych i służy do komunikacji na małe odległości. Jest szybszy niż protokół I2C i dlatego jest stosowany w aplikacjach wymagających dużej prędkości.
• Modbus: Jest często stosowany w środowiskach przemysłowych. Zaletą jest to, że może komunikować się pomiędzy wieloma urządzeniami podłączonymi do tej samej sieci.
• RS-485: RS-485 to protokół komunikacji szeregowej, który zaczął pojawiać się w połowie lat 80. XX wieku i został pierwotnie opracowany do zastosowań przemysłowych. Opublikowane wspólnie przez Stowarzyszenie Przemysłu Telekomunikacyjnego i Stowarzyszenie Przemysłu Elektronicznego.
• Bluetooth: Technologia komunikacji bezprzewodowej, która przesyła dane do urządzeń osobistych, takich jak smartfony i urządzenia mobilne.
Rejestrowanie danych i raportowanie
BMS rejestruje dane dotyczące napięcia, prądu, temperatury i SOC w określonym przedziale czasu. Ułatwia to analizę wydajności i rozwiązywanie potencjalnych zagrożeń.
Wysyłając te dane do innych systemów i urządzeń, proces raportowania zostaje uzewnętrzniony. Na przykład SOC można wyświetlić na desce rozdzielczej pojazdu elektrycznego za pośrednictwem BMS, dzięki czemu kierowca może w każdej chwili sprawdzić poziom mocy i szacowany przebieg. W zastosowaniach przemysłowych BMS może dostarczać dane do scentralizowanego systemu sterowania w celu monitorowania i sterowania.
4.Obwody zabezpieczające
Aby zapewnić bezpieczeństwo i niezawodność systemu akumulatorów, obwód zabezpieczający jest kluczową częścią BMS. Aby zapobiec potencjalnie szkodliwym lub niebezpiecznym sytuacjom, stale monitoruje stan baterii i dostosowuje lub interweniuje w czasie rzeczywistym.
W systemie BMS istnieją cztery główne funkcje bezpieczeństwa:
• Ochrona przed przeładowaniem
• Zabezpieczenie przed nadmiernym rozładowaniem
• Krótki zabezpieczenie obwodu
• Ochrona termiczna
5.Obwody równoważące
Obwód równoważący jest podstawowym elementem struktury BMS. W zestawie akumulatorów składającym się z wielu ogniw istotne jest zrównoważenie ogniw, aby zapewnić, że wszystkie ogniwa w pakiecie akumulatorów mają ten sam stan naładowania (SOC). Oprócz zapewnienia optymalnej wydajności, zwiększa to również trwałość i niezawodność zestawu akumulatorów.
• Równoważenie pasywne:
Równoważenie pasywne polega na rozpraszaniu nadmiaru energii z ogniw o wyższym SOC w postaci ciepła do ogniw o niższym ładunku i wyższym SOC.
• Aktywne równoważenie:
W przeciwieństwie do równoważenia pasywnego, równoważenie aktywne redystrybuuje ładunek pomiędzy ogniwami, zamiast go wypuszczać. Przetwornice DC-DC, cewki indukcyjne i kondensatory są używane w aktywnym równoważeniu. Energia jest przekazywana z ogniw o wyższym SOC do ogniw o niższym SOC podczas aktywnego równoważenia.
Rodzaje systemów zarządzania baterią
1.Scentralizowany BMS Architektura
W zespole akumulatorów znajduje się tylko jeden centralny BMS, a wszystkie pakiety akumulatorów są bezpośrednio podłączone do centralnego.
Zalety:
Kompaktowy i tani.
Wady:
Ponieważ wszystkie akumulatory są podłączone do systemu BMS, istnieje duża liczba połączeń portowych wymagane, więc tam są dużo kable w wiązce przewodów, co jest niewygodne przy późniejszej konserwacji.
2.Modułowa topologia BMS
Podobnie jak scentralizowany BMS, modułowy BMS jest podzielony na wiele powtarzalnych modułów, każdy z własną wiązką przewodów do podłączenia do sąsiednich zestawów akumulatorów. Podmoduły BMS mogą być monitorowane przez moduł główny BMS, którego zadaniem jest monitorowanie stanu submodułów oraz komunikacja z urządzeniami peryferyjnymi.
Zalety:
Modułowość bardziej sprzyja rozwiązywaniu problemów i konserwacji, a także wygodniej jest rozbudowywać pakiet akumulatorów.
Wady:
Wyższy koszt całkowity i mogą wystąpić niewykorzystane zduplikowane funkcje ze względu na różne zastosowania.
3.BMS nadrzędny/podrzędny
Podobnie jak w przypadku topologii modułowej, urządzenia podrzędne ograniczają się do przekazywania informacji pomiarowych, podczas gdy urządzenie nadrzędne jest odpowiedzialne za obliczenia, sterowanie i komunikację zewnętrzną. Chociaż urządzenia podrzędne są podobne do typu modułowego, mają zwykle prostszą funkcjonalność, potencjalnie mniej narzutów i mniej nieużywanych funkcji.
4.Rozproszona architektura BMS
W rozproszonym systemie BMS cały sprzęt elektroniczny jest zintegrowany na płycie sterującej umieszczonej na umieszczonym akumulatorze lub module. Upraszcza to większość okablowania kilku linii czujników i linii komunikacyjnych pomiędzy sąsiednimi modułami BMS.
Zalety:
Każdy BMS jest niezależny i samodzielnie radzi sobie z obliczeniami i komunikacją.
Wady:
Ta forma integracji jest głęboko osadzona w ekranowanym module, więc rozwiązywanie problemów i konserwacja mogą być trudne. Koszty są również zwykle wyższe ze względu na obecność większej liczby systemów BMS w ogólnej strukturze zestawu akumulatorów.
Zastosowanie BSLBATT w Li-ionowych Systemach BMS.
Nowa technologia platformy chmurowej umożliwia przeglądanie podstawowych informacji za pośrednictwem systemu BMS
Podstawowe informacje
Obejmuje informacje o projekcie pojazdu, informacje o oprogramowaniu i sprzęcie BMS, statystyki działania itp.
Stan w czasie rzeczywistym
Możesz przeglądać w czasie rzeczywistym informacje dotyczące działania pojazdu, w tym napięcie ogniwa akumulatora, temperaturę itp., niezależnie od tego, czy pojazd jest uruchomiony.
Informacje o lokalizacji
Możesz przeglądać informacje o lokalizacji pojazdu w czasie rzeczywistym i przeglądać trajektorię ruchu pojazdu według czasu
Konfiguracja BMS-a
Wyświetl aktualne wartości kalibracji różnych parametrów BMS, co sprzyja śledzeniu stanu BMS i analizie usterek
Historia operacji
Zapisz każdą trajektorię ładowania i rozładowania pojazdu
Historia usterek
Rejestruj dane dotyczące każdej usterki pojazdu, wspomagaj sortowanie według czasu, rodzaju/poziomu usterki itp.
Historia aktualizacji
Niezależnie od tego, czy jest to aktualizacja 0TA air, czy aktualizacja CAN na miejscu, każda aktualizacja oprogramowania BMS zostanie zarejestrowana i będzie obsługiwać zapytania online, zapewniając identyfikowalność oprogramowania w całym cyklu życia
Zmiana sprzętu
W przypadku systemu BMS o strukturze rozproszonej każda wymiana urządzenia slave będzie wykrywana i rejestrowana w czasie rzeczywistym
Eksport danych
Terminal BMS okresowo podczas pracy wysyła dane operacyjne do platformy chmurowej
