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Por que os sistemas de gerenciamento de baterias de lítio são tão importantes
Com a crescente inovação da ciência e da tecnologia, as baterias de lítio se destacam. De dispositivos móveis a equipamentos de energia e equipamentos de armazenamento de energia, as pessoas negligenciaram o sistema central de gerenciamento de baterias de lítio. A BMS pode garantir o desempenho, a segurança e a vida útil da bateria. Um BMS de alta qualidade pode não só melhorar desempenho, mas também evitar riscos potenciais. Este é o valor insubstituível do BMS.
A seguir, siga-me para explorar as baterias de íons de lítio e compreender a função dos sistemas de gerenciamento de baterias. Vou revelar os segredos do BMS para você desde os componentes do BMS, a arquitetura do BMS e as funções derivadas avançadas do BMS. Ao mesmo tempo, discutirei como escolher um sistema de gerenciamento de bateria adequado de acordo com as necessidades do usuário e fornecerei orientação confiável para você economizar dinheiro. Mal posso esperar.
O que é bateria de íon de lítio
A bateria de íon de lítio é inseparável da nossa vida. Sendo a bateria recarregável mais avançada do momento, desde telemóveis, computadores portáteis, veículos eléctricos, bancos de energia portáteis e armazenamento de energia solar, esta secção explorará as vantagens e características das baterias de lítio para compreender totalmente esta tecnologia chave.
Principais características e vantagens
1. Densidade de energia: Em comparação com outros componentes da bateria, as baterias de íons de lítio têm uma densidade de bateria mais alta, o que significa que mais energia pode ser armazenada em um espaço de armazenamento menor.
2. Vida útil: As baterias de íons de lítio têm um ciclo de vida mais longo, 10 vezes maior que as baterias de chumbo-ácido. As baterias de lítio BSL ainda podem manter 80% de sua capacidade restante após 3.500 ciclos de carga e descarga e têm maior valor a longo prazo.
3. Nenhuma manutenção necessária: Não é necessário adicionar água ou ácido e não é necessária manutenção regular, o que reduz o custo total de propriedade em comparação com as baterias de chumbo-ácido.
4. Carregamento e descarregamento rápidos: As baterias de lítio suportam carregamento rápido, carregando 5 vezes mais rápido que as baterias de chumbo-ácido, menos tempo de inatividade e alta descarga, muito adequadas para aplicações que requerem energia explosiva. Por exemplo, carros turísticos ou carrinhos de golfe de 72V.
5. Peso mais leve: As baterias de lítio pesam apenas ¼ das baterias de chumbo-ácido, mas têm mais energia e maior flexibilidade.
6. Temperatura: As baterias de lítio também podem operar normalmente em ambientes climáticos extremos. As baterias BSL podem operar normalmente em temperaturas de -30°C (-22°F) a 55°C (131°F) sem degradação do desempenho. Temperamento mais forte flexibilidade de natureza.
7. Profundidade de descarga: As baterias de lítio têm uma profundidade de descarga mais profunda, com uma taxa de descarga saudável de 90%, enquanto as baterias de chumbo-ácido têm apenas 40-50%.
8. Benefícios ambientais: As baterias de iões de lítio são de poluição zero e cada vez mais empresas estão a começar a abandonar as baterias de chumbo-ácido e a mudar para baterias de lítio, fazendo contribuições notáveis para emissões globais sustentáveis de carbono verde zero.
Aplicações de bateria de lítio
1. Veículos elétricos: carros elétricos, empilhadeiras, carrinhos de golfe , Autocaravanas.
2. Dispositivos eletrônicos portáteis: telefones celulares, laptops, drones, etc.
3. Equipamento médico: marca-passos cardíacos e outros equipamentos médicos.
4. Armazenamento de energia renovável: células solares. Sistemas fotovoltaicos.
5. Backup de energia de emergência: Sistema de energia de emergência UPS
6. Monitor remoto sistema de toring: Baterias de íon de lítio têm baixas taxas de autodescarga e longa vida útil, tornando-os mais adequados para monitoramento de áreas remotas e sistemas de alarme.
7. Dispositivos de assistência à mobilidade: bicicletas elétricas e cadeiras de rodas elétricas.
O papel do sistema de gerenciamento de bateria (BMS)
Como o cérebro da bateria, o BMS é uma forte garantia para a segurança, o desempenho e a vida útil das baterias de lítio. Ele garante que a bateria opere dentro da faixa ideal de temperatura, corrente e tensão, monitora e protege a integridade da bateria em tempo real e fornece garantia confiável para a segurança do usuário.
Funções principais
1. Monitoramento
O BMS monitoriza continuamente o estado de cada bateria ao longo do dia: tensão, corrente e temperatura. Esta coleta de dados em tempo real é essencial para o gerenciamento proativo da bateria, pois permite que ajustes sejam feitos a qualquer momento para um desempenho ideal.
2. Proteção
O sistema de gerenciamento de bateria desempenha um papel importante na proteção das células da bateria contra danos e falhas. Gerencie condições extremas de temperatura e detecte conexões e curtos-circuitos.
Fornece seis proteções principais:
• Proteção de carregamento
• Proteção de descarga
• Proteção contra superaquecimento
• Proteção contra curto-circuito
• Proteção contra sobrecorrente
• Proteção de equilíbrio
Graças a estas proteções, a BMS pode melhorar a segurança das baterias e a fiabilidade geral dos equipamentos de fornecimento de energia.
3. Detecção de estado
O sistema de gerenciamento de bateria pode detectar o estado de carga (SOC) e o estado de saúde (SOH) da bateria
Por exemplo, o SOC pode visualizar a carga restante da bateria e estimar a quilometragem restante ou o tempo de fornecimento de energia. O SOH pode detectar o estado de saúde da bateria e detectar potenciais problemas da bateria o mais cedo possível, o que ajuda a implementar a prevenção e a manutenção antes que ocorra qualquer falha.
4. Gestão térmica
O BMS desempenha um papel vital na detecção da condição térmica da bateria. Ao monitorar em tempo real e implementar estratégias de resfriamento, a BMS pode efetivamente evitar o risco de superaquecimento. O superaquecimento pode reduzir significativamente a vida útil da bateria e, em casos graves, causar fuga térmica. O BMS pode ser usado para resfriar ou extinguir incêndios automaticamente para evitar fuga térmica.
A fuga térmica é uma reação catastrófica na qual a temperatura da bateria continua a aumentar e não pode ser controlada. Geralmente é causado por um curto-circuito na bateria. Quando ocorre um curto-circuito, a corrente flui sem restrições e gera calor.
O calor danifica a bateria interna, fazendo com que a corrente aumente e continue a gerar calor. Este ciclo de feedback pode danificar seriamente a bateria e até pegar fogo ou explodir.
A BMS pode proteger a bateria de forma abrangente, monitorando a temperatura das células da bateria e tomando medidas com base no sistema de extinção de incêndio integrado para evitar a probabilidade de fuga térmica.
5. Otimização de desempenho
O BMS garante o equilíbrio das células dentro da bateria através do gerenciamento elétrico e térmico. Quando este equilíbrio for alcançado, a capacidade e o desempenho da bateria serão maximizados.
6. Relatórios:
O BMS fornece informações importantes sobre o funcionamento da bateria para dispositivos externos. Graças a esta informação oportuna, a bateria pode ser usada e mantida de forma eficaz.
Componentes principais de um BMS
1. Elemento de detecção
• Sensor de tensão
Tensão dispositivos de monitoramento são parte integrante do monitoramento da tensão de cada célula da bateria. A segurança e a eficiência da bateria dependem da manutenção de níveis de tensão compatíveis. Dispositivos de tensão medem a diferença de tensão de cada célula da bateria. O sistema de gerenciamento de bateria (BMS) realiza procedimentos de balanceamento de células monitorando de perto as tensões da bateria, garantindo que todas as células da bateria sejam carregadas e descarregadas uniformemente. Além disso, calcula o estado de carga (SOC) e protege a bateria contra sobrecarga ou descarga profunda, que pode danificar a bateria.
• Sensor atual
O monitoramento atual é importante por vários motivos. Primeiro, calcula o SOC integrando a corrente ao longo do tempo, uma técnica chamada contagem de Coulomb. Além disso, ajuda a identificar condições anormais como sobrecorrentes ou curtos-circuitos, para que possam ser implementadas medidas de proteção. Os sensores de corrente disponíveis incluem sensores de efeito Hall, resistores shunt e transformadores de corrente. Em configurações BMS, os sensores de efeito Hall são amplamente utilizados porque têm a flexibilidade de medir correntes CA e CC e fornecem isolamento elétrico entre o sensor e o condutor que transporta a corrente.
• Sensor de temperatura
Sensores térmicos são usados para monitorar as condições de temperatura da bateria. As baterias geram calor quando funcionam e o seu ambiente térmico pode afetar significativamente a sua eficiência. Além disso, o superaquecimento pode levar a uma condição perigosa chamada fuga térmica, que pode causar falha da bateria ou até mesmo incêndio. Esses problemas podem ser resolvidos colocando estrategicamente sensores de temperatura, incluindo termopares e termistores, dentro da bateria. Essencialmente, eles medem a temperatura de células individuais e a temperatura ambiente ao redor da bateria. Ao coletar dados desses sensores, o sistema de gerenciamento de bateria (BMS) é capaz de tomar decisões inteligentes. Estas decisões podem envolver a ativação de sistemas de refrigeração ou o ajuste das taxas de carga e descarga, a fim de manter condições térmicas seguras.
2. Controlador de bateria
As baterias são um componente chave da estrutura do BMS. Coordena múltiplas operações de bateria como unidade central de processamento e centro de tomada de decisão. Baseado em algoritmos de controle predefinidos, este componente processa os dados coletados de vários sensores e toma ações para garantir que a bateria mantenha desempenho e segurança ideais. Microcontroladores ou processadores de sinal digital (DSPs) são normalmente usados em unidades controladoras de bateria junto com monitores e protetores de bateria.
• Monitor e protetor de bateria
O monitor de bateria monitora continuamente a tensão, corrente e temperatura da bateria. Usando essas informações, você pode determinar o estado de carga, o estado de saúde e a saúde geral da bateria. Quando uma anomalia é detectada pelo monitor de bateria, o protetor de bateria responde. Para evitar danos, o protetor evita a sobrecarga ou descarga excessiva da bateria, tomando medidas adequadas, como desconectar a bateria ou alterar a taxa de carga/descarga.
• Algoritmo de Controle
Um algoritmo é um conjunto de regras e modelos matemáticos que auxiliam o sistema de gerenciamento de bateria (BMS) na tomada de decisões inteligentes. A química da bateria, o uso pretendido e as características de desempenho desejadas devem ser levados em consideração ao projetar esses algoritmos. Eles podem ser muito complexos e são cuidadosamente projetados para levar em consideração todos os fatores. Por exemplo, um algoritmo de controle pode determinar como a corrente de carga precisa ser ajustada dinamicamente à medida que a bateria se aproxima da carga total para evitar sobrecarga. Para determinar o estado de carga (SOC), outro algoritmo pode usar dados de sensores de tensão e corrente. Para que as baterias funcionem de forma eficiente e segura, estes algoritmos devem ser eficazes.
• Microcontrolador ou Processador de Sinal Digital (DSP)
Microcontroladores ou processadores de sinal digital (DSPs) são o coração de um controlador de bateria. O algoritmo de controle é executado por este componente. A versatilidade e facilidade de integração dos microcontroladores fazem deles um processador de uso geral extremamente popular. Além de adquirir dados, comunicar-se e executar algoritmos de controle, eles têm a capacidade de realizar muitas outras tarefas. Um DSP, por outro lado, é um processador especializado que se destaca no processamento numérico. Os DSPs podem ser preferidos para certas aplicações, especialmente aquelas que exigem processamento de dados em alta velocidade. Em última análise, os microcontroladores e DSPs são escolhidos com base nas necessidades específicas do BMS e na sua aplicação.
3.Interfaces de comunicação
As interfaces de comunicação são componentes essenciais de um BMS, permitindo a troca de informações com dispositivos ou outros sistemas. As interfaces de comunicação incluem registro de dados, relatórios e protocolos de comunicação.
Protocolos de comunicação
O formato e a troca de dados entre dispositivos num BMS são controlados por protocolos de comunicação. Esses protocolos são necessários para garantir que os dispositivos possam se entender e se comunicar com êxito. As práticas típicas do BMS incluem:
• Rede de Área do Controlador (CAN): É frequentemente usado em aplicações automotivas. Suporta comunicação em tempo real e tem boa confiabilidade e durabilidade.
• Circuito Interintegrado (I2C): Em sistemas embarcados, o I2C é frequentemente usado para conectar periféricos de baixa velocidade. Geralmente é usado para dispositivos únicos que se comunicam em distâncias curtas.
• Interface Periférica Serial (SPI): SPI é adequado para sistemas embarcados e é usado para comunicação de curta distância. É mais rápido que o protocolo I2C e, portanto, é usado em aplicações com requisitos de alta velocidade.
•Modbus: É frequentemente usado em ambientes industriais. A vantagem é que ele pode comunicar-se entre vários dispositivos conectados à mesma rede.
• RS-485: RS-485 é um protocolo de comunicação serial que começou a aparecer em meados da década de 1980 e foi originalmente desenvolvido para aplicações industriais. Publicado conjuntamente pela Telecommunications Industry Association e pela Electronic Industries Alliance.
• Bluetooth: Uma tecnologia de comunicação sem fio que transmite dados para dispositivos pessoais, como smartphones e dispositivos móveis.
Registro e relatórios de dados
O BMS registra dados sobre tensão, corrente, temperatura e SOC durante um período específico de tempo. Isso facilita a análise de desempenho e a solução de problemas de riscos potenciais.
Ao enviar esses dados para outros sistemas e dispositivos, o processo de geração de relatórios é externalizado. Por exemplo, o SOC pode ser exibido no painel de um veículo elétrico através de um BMS para que o motorista possa visualizar o nível de potência e a quilometragem estimada a qualquer momento. Em aplicações industriais, o BMS pode fornecer dados a um sistema de controle centralizado para monitoramento e controle.
4.Circuitos de Proteção
Para garantir a segurança e confiabilidade do sistema de bateria, o circuito de proteção é uma parte crucial do BMS. Para evitar situações potencialmente prejudiciais ou perigosas, monitoriza continuamente o estado da bateria e ajusta ou intervém em tempo real.
Existem quatro recursos principais de segurança no BMS:
• Proteção contra sobrecarga
• Proteção contra descarga excessiva
• Curto proteção de circuito
• Proteção térmica
5. Circuitos de Balanceamento
O circuito de balanceamento é um componente fundamental da estrutura do BMS. Em uma bateria com múltiplas células, o balanceamento das células é essencial para garantir que todas as células da bateria tenham o mesmo estado de carga (SOC). Além de garantir um desempenho ideal, isso também aumenta a durabilidade e a confiabilidade da bateria.
• Balanceamento Passivo:
O equilíbrio passivo envolve a dispersão do excesso de energia das células com maior SOC na forma de calor para células com menor carga em maior SOC.
• Balanceamento Ativo:
Ao contrário do equilíbrio passivo, o equilíbrio ativo redistribui a carga entre as células em vez de liberá-la. Conversores DC-DC, indutores e capacitores são usados no balanceamento ativo. A energia é transferida de células com SOC mais alto para células com SOC mais baixo durante o balanceamento ativo.
Tipos de sistemas de gerenciamento de bateria
1.BMS centralizado Arquitetura
Há apenas um BMS central no conjunto de baterias e todas as baterias estão diretamente conectadas ao central.
Vantagens:
Compacto e barato.
Desvantagens:
Como todas as baterias estão conectadas ao BMS, um grande número de conexões de portas são necessário, então há um monte de cabos do chicote elétrico, o que é inconveniente para manutenção posterior.
2.Topologia Modular BMS
Semelhante a um BMS centralizado, um BMS modular é dividido em vários módulos repetidos, cada um com seu próprio feixe de fios para conexão a conjuntos de baterias adjacentes. Estes submódulos BMS podem ser monitorados por um módulo BMS mestre, que é responsável por monitorar o status dos submódulos e se comunicar com dispositivos periféricos.
Vantagens:
A modularidade é mais propícia à solução de problemas e manutenção, e também é conveniente para expandir a bateria.
Desvantagens:
Custo total mais elevado e pode haver funções duplicadas não utilizadas devido a diferentes aplicações.
3. Mestre/Escravo BMS
Semelhante à topologia modular, os dispositivos escravos estão limitados a retransmitir informações de medição, enquanto o dispositivo mestre é responsável pela computação, controle e comunicações externas. Embora semelhantes ao tipo modular, os dispositivos escravos tendem a ter funcionalidades mais simples, potencialmente menos sobrecarga e menos recursos não utilizados.
4.Arquitetura BMS Distribuída
Num BMS distribuído, todo o hardware eletrónico é integrado numa placa de controlo na bateria ou módulo colocado. Ele simplifica a maior parte da fiação para algumas linhas de sensores e linhas de comunicação entre módulos BMS adjacentes.
Vantagens:
Cada BMS é independente e pode realizar cálculos e comunicações por conta própria.
Desvantagens:
Essa forma de integração ocorre profundamente no conjunto do módulo blindado, portanto, a solução de problemas e a manutenção podem ser difíceis. Os custos também tendem a ser mais elevados devido à presença de mais BMSs na estrutura geral da bateria.
Aplicação de BSLBATT em sistemas BMS de íons de lítio.
Nova tecnologia de plataforma em nuvem pode visualizar informações básicas por meio de BMS
Informações básicas
Inclui as informações do projeto do veículo, informações de software e hardware BMS, estatísticas de operação, etc.
Status em tempo real
Você pode navegar pelas informações de operação do veículo em tempo real, incluindo tensão da célula da bateria, temperatura, etc., esteja o veículo em funcionamento.
Informações de localização
Você pode navegar pelas informações de localização do veículo em tempo real e suportar a visualização da trajetória do movimento do veículo por tempo
Configuração do BMS
Exibir os valores de calibração atuais de vários parâmetros do BMS, o que conduz ao rastreamento do status do BMS e à análise de falhas
Histórico de operação
Registre cada trajetória de carga e descarga do veículo
Histórico de falhas
Registre cada dado de falha do veículo, suporte para classificação por tempo, tipo/nível de falha, etc.
Histórico de atualizações
Seja uma atualização aérea 0TA ou uma atualização CAN no local, cada atualização do software BMS será registrada e suportará consultas on-line, realizando a rastreabilidade completa do ciclo de vida do software
Mudança de equipamento
Para o sistema BMS de estrutura distribuída, cada substituição de escravo será detectada e registrada em tempo real
Exportação de dados
O terminal BMS envia dados de operação para a plataforma em nuvem periodicamente durante a operação
