Промышленное применение
Тип продукта
Почему системы управления литиевыми батареями так важны
С ростом инноваций в науке и технике литиевые батареи выделяются среди других. От мобильных устройств до силового оборудования и оборудования для хранения энергии — люди упускают из виду основную систему управления батареями литиевых батарей. BMS может обеспечить производительность, безопасность и срок службы аккумулятора. Высококачественная BMS может не только улучшить производительность, но и избежать потенциальных рисков. В этом незаменимая ценность BMS.
Далее следуйте за мной, чтобы изучить литий-ионные батареи и понять роль систем управления батареями. Я раскрою вам секреты BMS из компонентов BMS, архитектуры BMS и расширенных производных функций BMS. В то же время я расскажу, как выбрать подходящую систему управления батареями в соответствии с потребностями пользователя, и предоставлю вам авторитетные рекомендации по экономии денег. Я не могу ждать.
Что такое литий-ионный аккумулятор
Литий-ионный аккумулятор неотделим от нашей жизни. В этом разделе будут рассмотрены преимущества и характеристики литиевых батарей, чтобы полностью понять эту ключевую технологию.
Основные особенности и преимущества
1. Плотность энергии: По сравнению с другими компонентами аккумуляторов, литий-ионные аккумуляторы имеют более высокую плотность батареи, а это означает, что больше энергии можно хранить в меньшем пространстве.
2. Продолжительность жизни: Литий-ионные аккумуляторы имеют более длительный срок службы, в 10 раз превышающий срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов. Литиевые батареи BSL по-прежнему могут сохранять 80% оставшейся емкости после 3500 циклов зарядки и разрядки и имеют более высокую долгосрочную ценность.
3. Никакого обслуживания не требуется: Не требуется добавлять воду или кислоту, а также не требуется регулярного технического обслуживания, что снижает общую стоимость владения по сравнению со свинцово-кислотными батареями.
4. Быстрая зарядка и разрядка: Литиевые аккумуляторы поддерживают быструю зарядку, заряжаются в 5 раз быстрее, чем свинцово-кислотные аккумуляторы, имеют меньшее время простоя и высокий уровень разряда, что очень подходит для применений, требующих взрывной мощности. Например, экскурсионные автомобили на 72 В или тележки для гольфа.
5. Легкий вес: Литиевые батареи весят всего четверть свинцово-кислотных, но обладают большей энергией и большей гибкостью.
6. Температура: Литиевые батареи также могут нормально работать в экстремальных погодных условиях. Батареи BSL могут нормально работать при температуре от -30 ℃ (-22 ℉) до 55 ℃ (131 ℉) без ухудшения производительности. Более сильный темп высокая гибкость.
7. Глубина разряда: Литиевые батареи имеют большую глубину разряда, при этом норма разряда составляет 90%, тогда как свинцово-кислотные батареи имеют только 40-50%.
8. Экологические преимущества: Литий-ионные батареи не загрязняют окружающую среду, и все больше и больше компаний начинают отказываться от свинцово-кислотных батарей и переходить на литиевые батареи, внося выдающийся вклад в глобальные устойчивые экологические выбросы с нулевым выбросом углерода.
Применение литиевых батарей
1. Электромобили: электромобили, вилочные погрузчики, гольф-кары , Дома на колесах.
2. Портативные электронные устройства: мобильные телефоны, ноутбуки, дроны и т. д.
3. Медицинское оборудование: кардиостимуляторы и другое медицинское оборудование.
4. Хранение возобновляемой энергии: солнечные элементы. Фотоэлектрические системы.
5. Аварийное резервное питание: Система аварийного электропитания ИБП
6. Удаленное управление Торинговая система: Литий-ионные аккумуляторы имеют низкую скорость саморазряда и длительный срок службы, что делает их более подходящими для мониторинга удаленных территорий и систем сигнализации.
7. Вспомогательные устройства для передвижения: электрические велосипеды и электрические инвалидные коляски.
Роль системы управления батареями (BMS)
Являясь «мозгом» аккумуляторной батареи, BMS является надежной гарантией безопасности, производительности и срока службы литиевых батарей. Он обеспечивает работу аккумулятора в оптимальном диапазоне температуры, тока и напряжения, контролирует и защищает целостность аккумулятора в режиме реального времени, а также обеспечивает надежную гарантию безопасности пользователя.
Основные функции
1. Мониторинг
BMS непрерывно контролирует состояние каждой батареи в течение дня: напряжение, ток и температуру. Этот сбор данных в режиме реального времени необходим для упреждающего управления аккумуляторной батареей, поскольку он позволяет вносить изменения в любое время для достижения оптимальной производительности.
2. Защита
Система управления аккумулятором играет важную роль в защите элементов аккумулятора от повреждений и отказов. Управляйте экстремальными температурными условиями и обнаруживайте соединения и короткие замыкания.
Обеспечьте шесть основных средств защиты:
• Защита зарядки
• Защита от разрядки
• Защита от перегрева
• Защита от короткого замыкания
• Защита от перегрузки по току
• Защита баланса
Благодаря этим средствам защиты BMS может повысить безопасность аккумуляторов и общую надежность оборудования электропитания.
3. Обнаружение состояния
Система управления аккумулятором может определять состояние заряда (SOC) и работоспособность (SOH) аккумулятора.
Например, SOC может просматривать оставшийся заряд батареи и оценивать оставшийся пробег или время подачи питания. SOH может определять состояние здоровья аккумулятора и выявлять потенциальные проблемы с аккумулятором как можно раньше, что помогает осуществлять профилактику и техническое обслуживание до того, как произойдет какой-либо сбой.
4. Управление температурным режимом
BMS играет жизненно важную роль в определении теплового состояния аккумуляторной батареи. Благодаря мониторингу в режиме реального времени и реализации стратегий охлаждения BMS может эффективно избежать риска перегрева. Перегрев может значительно сократить срок службы батареи и, в тяжелых случаях, привести к выходу из строя. BMS можно использовать для охлаждения или автоматического тушения пожара, чтобы предотвратить выход тепла.
Термический разгон — это катастрофическая реакция, при которой температура батареи продолжает расти и ее невозможно контролировать. Обычно это вызвано коротким замыканием аккумулятора. При возникновении короткого замыкания ток течет неограниченно и выделяет тепло.
Тепло повреждает внутреннюю батарею, в результате чего ток увеличивается и продолжает выделять тепло. Эта петля обратной связи может серьезно повредить батарею и даже загореться или взорваться.
BMS может комплексно защитить батарею, отслеживая температуру ячеек батареи и принимая меры на основе встроенной системы пожаротушения, чтобы предотвратить вероятность температурного выхода из-под контроля.
5. Оптимизация производительности
BMS обеспечивает баланс ячеек внутри аккумуляторной батареи посредством электрического и термического управления. Когда этот баланс будет достигнут, емкость и производительность аккумулятора будут максимальными.
6. Отчетность:
BMS предоставляет важную информацию о работе аккумулятора внешним устройствам. Благодаря этой своевременной информации аккумулятор можно эффективно использовать и обслуживать.
Ключевые компоненты BMS
1. Чувствительный элемент
• Датчик напряжения
Напряжение Устройства контроля являются неотъемлемой частью контроля напряжения каждого элемента аккумуляторной батареи. Безопасность и эффективность аккумуляторов зависят от поддержания соответствующего уровня напряжения. Устройства измерения напряжения измеряют разность напряжений каждого элемента батареи. Система управления батареями (BMS) выполняет процедуры балансировки ячеек, внимательно отслеживая напряжение батареи, гарантируя, что все ячейки батареи заряжаются и разряжаются равномерно. Кроме того, он рассчитывает состояние заряда (SOC) и защищает батарею от перезарядки или глубокой разрядки, которые могут повредить батарею.
• Датчик тока
Текущий мониторинг важен по многим причинам. Во-первых, он вычисляет SOC путем интегрирования тока во времени — метод, называемый подсчетом кулонов. Кроме того, это помогает выявить аномальные условия, такие как перегрузка по току или короткое замыкание, чтобы можно было принять защитные меры. Доступные датчики тока включают датчики Холла, шунтирующие резисторы и трансформаторы тока. В системах BMS широко используются датчики Холла, поскольку они способны измерять как переменный, так и постоянный ток, а также обеспечивают электрическую изоляцию между датчиком и токоведущим проводником.
• Датчик температуры
Термодатчики используются для контроля температурного режима аккумулятора. Батареи выделяют тепло во время работы, и их тепловая среда может существенно повлиять на их эффективность. Кроме того, перегрев может привести к опасному состоянию, называемому тепловым разгоном, которое может привести к выходу из строя батареи или даже возгоранию. Эти проблемы можно решить, стратегически разместив датчики температуры, в том числе термопары и термисторы, внутри аккумуляторного блока. По сути, они измеряют температуру отдельных ячеек и температуру окружающей среды вокруг аккумуляторной батареи. Собирая данные с этих датчиков, система управления батареями (BMS) может принимать разумные решения. Эти решения могут включать в себя активацию систем охлаждения или регулировку скорости зарядки и разрядки для поддержания безопасных тепловых условий.
2. Контроллер батареи
Аккумуляторы являются ключевым компонентом системы BMS. Координирует работу нескольких батарей в качестве центрального процессора и центра принятия решений. На основе предопределенных алгоритмов управления этот компонент обрабатывает данные, собранные с различных датчиков, и предпринимает действия, обеспечивающие оптимальную производительность и безопасность аккумулятора. Микроконтроллеры или цифровые сигнальные процессоры (DSP) обычно используются в блоках контроллера батареи вместе с мониторами и устройствами защиты батареи.
• Монитор и защита аккумулятора
Монитор батареи постоянно контролирует напряжение, ток и температуру батареи. Используя эту информацию, вы можете определить уровень заряда аккумулятора, его состояние и общее состояние здоровья. Когда монитор батареи обнаруживает аномалию, устройство защиты батареи реагирует. Чтобы предотвратить повреждение, устройство защиты предотвращает перезарядку или чрезмерную разрядку аккумулятора, принимая соответствующие меры, например, отсоединяя аккумулятор или изменяя скорость зарядки/разрядки.
• Алгоритм управления
Алгоритм — это набор правил и математических моделей, которые помогают системе управления батареями (BMS) принимать разумные решения. При разработке этих алгоритмов необходимо учитывать химический состав батареи, предполагаемое использование и желаемые эксплуатационные характеристики. Они могут быть очень сложными и тщательно разработаны с учетом всех факторов. Например, алгоритм управления может определять, как ток заряда должен динамически регулироваться по мере того, как батарея приближается к полной зарядке, чтобы предотвратить перезарядку. Чтобы определить состояние заряда (SOC), другой алгоритм может использовать данные датчиков напряжения и тока. Чтобы батареи работали эффективно и безопасно, эти алгоритмы должны быть эффективными.
• Микроконтроллер или процессор цифровых сигналов (DSP).
Микроконтроллеры или процессоры цифровых сигналов (DSP) являются сердцем контроллера батареи. Алгоритм управления выполняется этим компонентом. Универсальность и простота интеграции микроконтроллеров делают их чрезвычайно популярными процессорами общего назначения. Помимо сбора данных, обмена данными и выполнения алгоритмов управления, они способны решать множество других задач. С другой стороны, DSP — это специализированный процессор, который превосходно справляется с числовой обработкой. DSP могут быть предпочтительными для определенных приложений, особенно тех, которые требуют высокоскоростной обработки данных. Микроконтроллеры и DSP в конечном итоге выбираются на основе конкретных потребностей BMS и ее применения.
3. Коммуникационные интерфейсы
Коммуникационные интерфейсы являются ключевыми компонентами BMS, позволяющими обмениваться информацией с устройствами или другими системами. Коммуникационные интерфейсы включают регистрацию данных, отчетность и протоколы связи.
Протоколы связи
Формат и обмен данными между устройствами в BMS контролируются протоколами связи. Эти протоколы необходимы для того, чтобы устройства могли понимать друг друга и успешно взаимодействовать. Типичные практики BMS включают в себя:
• Сеть контроллеров (CAN): Его часто используют в автомобильной промышленности. Он поддерживает связь в реальном времени и обладает хорошей надежностью и долговечностью.
• Межинтегральная схема (I2C): Во встраиваемых системах I2C часто используется для подключения низкоскоростной периферии. Обычно он используется для одиночных устройств, обменивающихся данными на небольших расстояниях.
• Последовательный периферийный интерфейс (SPI): SPI подходит для встроенных систем и используется для связи на небольших расстояниях. Он быстрее протокола I2C и поэтому используется в приложениях, требующих высокой скорости.
• Модбус: Его часто используют в промышленных условиях. Преимущество заключается в том, что он может обмениваться данными между несколькими устройствами, подключенными к одной сети.
• RS-485: RS-485 — это протокол последовательной связи, который начал появляться в середине 1980-х годов и изначально был разработан для промышленного применения. Публикуется совместно Ассоциацией телекоммуникационной отрасли и Альянсом электронной промышленности.
• Bluetooth: Технология беспроводной связи, которая передает данные на персональные устройства, такие как смартфоны и мобильные устройства.
Регистрация данных и отчетность
BMS записывает данные о напряжении, токе, температуре и SOC за определенный период времени. Это облегчает анализ производительности и устранение потенциальных рисков.
Отправляя эти данные в другие системы и устройства, процесс отчетности выводится наружу. Например, SOC может отображаться на приборной панели электромобиля через BMS, чтобы водитель мог в любой момент просмотреть уровень мощности и расчетный пробег. В промышленных приложениях BMS может предоставлять данные в централизованную систему управления для мониторинга и контроля.
4. Защитные схемы
Чтобы обеспечить безопасность и надежность аккумуляторной системы, схема защиты является важной частью BMS. Чтобы предотвратить потенциально вредные или опасные ситуации, он постоянно контролирует состояние батареи и корректирует или вмешивается в режиме реального времени.
В BMS есть четыре основные функции безопасности:
• Защита от перезаряда
• Защита от переразряда
• Короткий защита цепи
• Тепловая защита
5. Балансировочные схемы
Схема балансировки является фундаментальным компонентом системы BMS. В аккумуляторном блоке с несколькими элементами балансировка ячеек необходима для обеспечения того, чтобы все элементы в аккумуляторном блоке имели одинаковое состояние заряда (SOC). Помимо обеспечения оптимальной производительности, это также повышает долговечность и надежность аккумуляторной батареи.
• Пассивная балансировка:
Пассивная балансировка предполагает рассеивание избыточной энергии от ячеек с более высоким SOC в виде тепла к ячейкам с более низким зарядом и более высоким SOC.
• Активная балансировка:
В отличие от пассивной балансировки, активная балансировка перераспределяет заряд между ячейками, а не отпускает его. Преобразователи постоянного тока, катушки индуктивности и конденсаторы используются в активной балансировке. Энергия передается от ячеек с более высоким SOC к ячейкам с более низким SOC во время активной балансировки.
Типы систем управления батареями
1. Централизованная СЭД Архитектура
В аккумуляторном блоке имеется только один центральный BMS, и все аккумуляторные блоки напрямую подключены к центральному.
Преимущества:
Компактный и дешевый.
Недостатки:
Поскольку все батареи подключены к BMS, требуется большое количество портов. требуется, поэтому есть много жгуты проводов, что неудобно для последующего обслуживания.
2. Модульная топология BMS.
Подобно централизованной BMS, модульная BMS разделена на несколько повторяющихся модулей, каждый из которых имеет собственный пучок проводов для подключения к соседним аккумуляторным блокам. Эти субмодули BMS могут контролироваться главным модулем BMS, который отвечает за мониторинг состояния субмодулей и связь с периферийными устройствами.
Преимущества:
Модульность более способствует устранению неполадок и обслуживанию, а также удобно расширять аккумуляторный блок.
Недостатки:
Более высокая общая стоимость, а также могут быть неиспользуемые дублирующиеся функции из-за различных приложений.
3. Главный/подчиненный BMS
Подобно модульной топологии, подчиненные устройства ограничены передачей измерительной информации, тогда как главное устройство отвечает за вычисления, управление и внешнюю связь. Несмотря на то, что подчиненные устройства аналогичны модульному типу, они, как правило, имеют более простую функциональность, потенциально меньшие накладные расходы и меньше неиспользуемых функций.
4. Распределенная архитектура BMS.
В распределенной BMS все электронное оборудование интегрировано на плате управления размещенной батареи или модуля. Это упрощает большую часть проводки до нескольких линий датчиков и линий связи между соседними модулями BMS.
Преимущества:
Каждая BMS независима и может самостоятельно выполнять вычисления и передачу данных.
Недостатки:
Эта форма интеграции находится глубоко внутри сборки экранированного модуля, поэтому поиск и устранение неисправностей и обслуживание могут быть затруднены. Затраты также имеют тенденцию быть выше из-за наличия большего количества BMS в общей структуре аккумуляторного блока.
Применение BSLBATT в литий-ионных системах BMS.
Новая технология облачной платформы позволяет просматривать базовую информацию через BMS.
Основная информация
Включает информацию о проекте автомобиля, информацию о программном и аппаратном обеспечении BMS, статистику работы и т. д.
Статус в реальном времени
Вы можете просматривать информацию о работе автомобиля в режиме реального времени, включая напряжение аккумуляторной батареи, температуру и т. д., независимо от того, работает ли автомобиль.
Информация о местоположении
Вы можете просматривать информацию о местоположении транспортного средства в режиме реального времени и поддерживать просмотр траектории движения транспортного средства по времени.
Конфигурация BMS
Отображение текущих значений калибровки различных параметров BMS, что способствует отслеживанию состояния BMS и анализу неисправностей.
История операций
Записывайте каждую траекторию зарядки и разрядки автомобиля.
История неисправностей
Записывайте данные о каждой неисправности автомобиля, поддерживайте сортировку по времени, типу/уровню неисправности и т. д.
История обновлений
Будь то обновление 0TA по воздуху или обновление CAN на месте, каждое обновление программного обеспечения BMS будет записываться и поддерживать онлайн-запрос, обеспечивая отслеживание полного жизненного цикла программного обеспечения.
Смена оборудования
В системе BMS с распределенной структурой каждая замена подчиненного устройства будет обнаруживаться и записываться в режиме реального времени.
Экспорт данных
Терминал BMS периодически отправляет данные о работе на облачную платформу во время работы.
