Систем за управување со батерии: функции, типови и како да изберете

Пакетот литиум-јонски батерии е скап, енергетски-густ објект. Однесувајте се кон него добро и трае една деценија. Неправилно третирајте го неколку минути и можете трајно да ги деградирате клетките, или во најлош случај да запалите. Компонентата што го спречува најлошиот случај е системот за управување со батерии, или BMS.

Без разлика дали дизајнирате пакет, интегрирате во производ или оценувате лист со спецификации на продавачот, овој водич опфаќа што всушност прави BMS, какви архитектури постојат, зошто вистинскиот не може- да се преговара и како да го изберете вистинскиот за вашата апликација.
 

На оваа страница

• Што е систем за управување со батерии?
• Како всушност функционира BMS
• Основни функции на BMS
• Главните архитектури на BMS
• BMS против Заштитна табла (PCM)
• Зошто е важен BMS
• Избор на вистинскиот BMS по апликација
• Список за избор од 7 чекори
• Вообичаени грешки при купување на BMS
• Најчесто поставувани прашања

Што е систем за управување со батерии?

A систем за управување со батериие електронски контролер што го следи и заштитува пакетот батерии што се полни, најчесто литиум-јонски или LiFePO4 пакет направен од повеќе ќелии во серија и паралелно. Мери што прави секоја клетка, пресметува како се однесува чопорот како целина и интервенира кога нешто ќе излезе надвор од безбедните граници.

BMS не е исто што и едноставна заштитна табла (понекогаш се нарекува PCM, или модул за заштита на колото). Заштитната табла реагира на неколку услови на дефект, како што се преполнување, преку-празнење и краток спој. Вистинскиот BMS го прави сето тоа, а исто така ги балансира ќелиите, ја проценува состојбата на полнење и здравствената состојба, управува со температурата и обично комуницира со остатокот од системот преку CAN, RS485, UART или Bluetooth. Разликата е важна затоа што пазарот слободно ги меша двата термина, а многу евтини „BMS“ табли се маскирани заштитни табли.

Внатре во комплетен производ за складирање енергија, BMS е еден од неколкуте градежни блокови. Ако сакате да видите како седи покрај ќелиите, персоналните компјутери, EMS и термичкиот хардвер, нашиот распад наосум основни компоненти на системот за складирање на енергија од батериие добар придружник за читање.

Како всушност функционира BMS

Секој BMS ја извршува истата четири-чекор циклус, илјадници пати во секунда.

Смисла.Допирања на напон на секоја ќелија, струен сензор (шант или Хол{0}}ефект) на главната струјна патека и NTC термистори на стратешки точки внесуваат необработени податоци во BMS.

Пресметај.Микроконтролерот ги претвора тие мерења во изведени вредности: состојба на полнење, здравствена состојба, достапна моќност, дисбаланс на ќелијата, просечна температура.

Одлучи.Фирмверот споредува сè со безбедносните прагови и правилата за работа.

Акт.Кога е потребно, BMS отвора MOSFET или контактори за да ја намали струјата. Исто така, може да активира коло за балансирање, да побара од полначот да забави или да пушти знак за дефект на системот домаќин.

Таа затворена јамка за повратни информации е она што го одвојува управуваниот батериски систем од батеријата со заштитен чип заглавен на врвот.
 

Основни функции на системот за управување со батерии

Различни дизајни на BMS нагласуваат различни работни места. Компетентниот систем за управување со батерии се справува со повеќето или со сите од следниве.

Ќелија-Следење на ниво

BMS континуирано го чита напонот на секоја ќелија од сериската низа, струјата што тече во и надвор од пакетот и температурите во една или повеќе точки. Видливоста на нивоата на ќелии е она што ги прави доверливи одлуките на ниво на пакет. Просекот на ниво на пакет го крие токму оној вид на единечна-подвижна ќелија што предизвикува дефекти.

Балансирање на клетките

Во секој повеќе-клетки, клетките стареат малку поинаку. Без балансирање, најслабата ќелија прво ја погодува својата горна граница на напон за време на полнењето, принудувајќи го BMS да престане да го полни целиот пакет и оставајќи го искористениот капацитет.

Доминираат два пристапа.Пасивно балансирањеја согорува вишокот енергија од повисоките ќелии преку мали отпорници. Тој е едноставен, евтин и адекватен за повеќето потрошувачки и лесни-индустриски пакувања.Активно балансирањеја движи енергијата од повисоките ќелии до пониските ќелии преку кондензатори, индуктори или DC-DC конвертори. Тој е поефикасен и обновува повеќе употребливи капацитети, но додава цена и сложеност. Активното балансирање има тенденција да се исплати во големи пакувања (ЕВ влечење, мрежа-складирање на скала) каде што секој киловат-час е важен.

SOC, SOH и SOF проценка

Три државни вредности изгледаат слично, но значат различни работи.

• Состојба на товар (SOC): колку е полн пакетот во моментов, изразен како процент. Го придвижува опсегот или индикаторот за време на траење што го гледа корисникот.
• Здравствена состојба (SOH): колку употреблив капацитет останува во споредба со бренд-нов пакет. Пакување со 80% SOH изгуби 20% од својот оригинален капацитет.
• Состојба на функција (SOF): дали пакетот може да ја испорача потребната моќност во моментов, со оглед на моменталните SOC, SOH и температурата.

Евтините единици известуваат СПЦ. Подобрите единици го следат SOH. Премиум единиците известуваат за SOF, што е она што всушност го сакате кога се достапни сигурни перформанси. За вовед во тоа како клетките добиваат и губат капацитет во текот на нивниот животен век, наСтатија на Универзитетот за батерии BU-808е добар ресурс за обичен-јазик.

Заштита

Сериозен BMS штити од преполнување, преку-празнење, прекумерна струја (во двете насоки), краток спој и висока или ниска температура. Секој праг треба да може да се конфигурира, а времето на одговор е важно колку и самиот праг. Одговорот на краток спој обично е во опсег од 100–500 микросекунди; сè во опсегот на милисекунди е премногу бавно за високи-тековни апликации.

Термички менаџмент

За пасивно ладените пакувања, BMS едноставно се намалува или се исклучува кога температурите се залутани. За активно ладените пакувања им наредува вентилатори, пумпи или грејачи да ги задржат ќелиите во нивниот работен прозорец. Повеќето литиум-јонски ќелии безбедно се полнат помеѓу приближно 0-45 степени и се испуштаат во поширок опсег, но тие се најсреќни во опсегот од 15-35 степени; циклусниот живот паѓа во двете крајности. За специфични ограничувања, нашата референца натемпературни опсези на литиумската батеријаопфаќа како всушност изгледаат полнењето, празнењето и складирањето во пракса. На хардверската страна,избор помеѓу воздушно и течно ладењеобликува колку работа треба да направи BMS термички.

Комуникација

Повеќето модерни BMS разговараат со надворешниот свет. Автобусот CAN е стандарден за возила и индустриски системи, RS485 доминира во стационарното складирање енергија, UART или I²C се вообичаени во малите пакувања за потрошувачи, а Bluetooth е сè почест кај е-велосипедите и преносливите напојувања. Во стационарен систем BMS исто така се координира со повисоко-нивосистем за управување со енергија (EMS), кој се справува со одлуките за испраќање, тарифите и мрежните сигнали. Двете често се мешаат, но седат на различни слоеви.

Евиденција на податоци и дијагностика

Настани за грешки, број на циклуси и историски екстреми за евиденција на-повисоки BMS. Тој дневник станува непроценлив за дијагностицирање на вратените пакувања, потврдување на барањата за гаранција и подобрување на следната ревизија на производот. Во нашата сопствена работа RMA, дневникот на BMS е обично првото нешто што го читаме; пакет без употреблива историја е пакет што не можете да го одбраните.

Главни типови на архитектури на BMS

Постојат три класични архитектури за систем за управување со батерии. Изборот на вистинскиот е главно прашање на големината и сложеноста на пакувањето.

Корисно работно правило што го применуваме при одредување на обемот на нови изданија: под околу 16 ќелии во серија, централизираното е во ред. Помеѓу 16 и 100, модулар обично победува по цена-на-инсталација наспроти доверливост. Над 100 ќелии, дистрибуирани плаќа за себе во трошоците за кабли, интегритетот на сигналот и услужливоста на теренот. Тоа се појдовни точки, а не закони; специфични проекти може да се повлечат во секој случај.
 

BMS vs Protection Board (PCM): Која е разликата?

Ова е единствениот најголем извор на конфузија на пазарот на BMS.

Ако продавачот повикува плоча од 5 долари за пакет од 10 ќелии „BMS“, прашајте дали прави балансирање на ќелиите, известува SOC преку магистрала за податоци и наведува вистински број на дел од микроконтролерот. Ако одговорот е не, тоа е заштитна табла.

Зошто е важен BMS: Вистинските ризици да се оди без еден

Зборот „важно“ се користи лабаво. Еве што всушност тргне наопаку во литиумско пакување без соодветен систем за управување со батерии или со оној што е недоволно за оваа работа.

Безбедност.Литиумските-јонски ќелии пропаѓаат преку верижна реакција наречена термално бегство. Внатрешниот краток спој или преполнување ја зголемува температурата на едната ќелија, што го забрзува дефектот, што дополнително ја зголемува температурата, сè додека ќелијата не испушти запалив електролит. BMS што го фаќа претходникот (ненормален напон, абнормална струја, ненормален температурен тренд) може да го прекине ланецот пред да стане пожар.

Животниот век.Дури и постојаната нерамнотежа од десетици миливолти помеѓу клетките значително го скратува животниот век на пакетот. Најсилната ќелија прва завршува со полнење и се движи низ тесен појас; најслабата клетка прави кревање тешки предмети и старее уште побрзо. Без балансирање, употребливиот капацитет на пакетот се намалува асиметрично со месеци наместо со години. Во пакувањата што ги отворивме по враќањето на гаранцијата, колото за рамнотежа што никогаш не се вклучи е една од најчестите основни причини за предвремено губење на капацитетот.

Изведба.Без точни SOC и SOH, системот или недоволно го користи пакетот (капацитет оставен на масата) или прекумерно го користи (побарувања за опсег или време на работа кои не се совпаѓаат со реалноста). За крајните корисници, „батеријата ми умира многу побрзо отколку што вели индикаторот“ е скоро секогаш проблем со BMS, а не проблем со ќелијата.

Усогласеност.Производите од литиумски батерии денес се вовлечени во куп стандарди, а вистинскиот BMS е обично она што ги прави проодни. Прескокнувањето на еден ефективно затвора сериозни пазари. Најчестите што треба да се знаат:

• ОН 38.3: транспортна-безбедна серија на тестови што мора да ја поминат литиумските ќелии и пакувања за да бидат испорачани по воздушен, море или пат. Дефинирано од страна наПрирачник на ОН за тестови и критериуми.
• UL 2271: покрива батерии за лесни електрични возила како што се е-велосипеди и е-скутери.
• УЛ 1973 г: покрива стационарни и мотивирани батериски системи, вклучувајќи ги и повеќето ESS производи. Потребна е документирана логика за заштита на BMS.
• IEC 62619: меѓународен безбедносен стандард за индустриски литиумски секундарни ќелии и батерии.
• ISO 26262: функционална безбедност за патни возила. Потребно е онаму каде што ОЕМ го специфицира за батерии за влечење.

За подлабок поглед на тоа што вклучува UL сертификацијата на страната ESS, видете ја нашата белешка зазошто на производите на BESS им е потребна UL сертификација. Можете исто така да ги прелистувате самите стандардиUL решенија.

Избор на вистинскиот BMS по апликација

Различни апликации го нагласуваат системот за управување со батеријата на сосема различни начини. Истата ознака „100A“ значи многу различни работи во електричниот алат и во багажникот за складирање на соларна енергија.

Електрични возила и Е{0}}Мобилност

На EV и на е{0}}велосипедите им е потребна висока континуирана струја, брз одзив на врвот, точна SOC за проценка на опсегот, CAN комуникација и (каде што тоа го бара OEM) ISO 26262 функционален-безбедносен дизајн. Модуларни или дистрибуирани архитектури доминираат на повисокиот крај.

Системи за складирање енергија (ESS)

Стационарното складирање има приоритет на долг календарски век, голем број циклуси, прецизно следење на SOH и чиста интеграција со инвертерите преку Modbus или CAN. Клетките обично се LiFePO4 заради безбедност. Прозорците со широк напон (48V до 800V+) ги туркаат дизајните кон модуларни или дистрибуирани BMS. Повеќето од нашитеконтејнеризиран BESSпроектите, на пример, користат модуларен главен-slave BMS за да може да се сервисира кој било држач без да се земе целата локација офлајн.

Електрични алатки

Електричните алатки пред сè се грижат за максималната струја и одговорот на куса-кола. Моторот влече огромни минливи струи при стартување и при застој. Овде, перформансите на BMS се сведуваат на изборот на MOSFET (ниски Rds(вклучени)) и способноста да се извозат кратки врвови без вознемирувачки исклучувања.

Пренослива и потрошувачка електроника

Најважни се компактната големина, ниската цена и тесната интеграција. Обично е доволно мал централизиран BMS со пасивно балансирање и основна заштита.

Морски и стартни електроенергетски системи

Апликациите во{0}}стил на вртење бараат многу високи струи на празнење за кратки рафали, плус заштита од вибрации, влажност и сол. Побарајте запечатени дизајни, висок врв-на-континуирана струја и силна термичка заштита.

Изборот на хемијата исто така ја поттикнува конфигурацијата на BMS. Нашиот преглед наразлични типови батерии за складирање енергијаго разгледува начинот на кој се однесуваат LFP, NMC и други, што пак ги менува праговите на напонот, стратегијата за балансирање и термичките ограничувања што треба да ги спроведе BMS.

Како да изберете BMS

Користете го ова по редослед. Прескокнување на чекор е начинот на кој повеќето купувања BMS тргнуваат наопаку.

1. Потврдете го бројот на клетките и хемијата.Колку ќелии во серија (бројот „S“)? Литиум-јон (номинален 3,7V), LiFePO4 (номинален 3,2V) или нешто друго? BMS мора точно да одговара.
2. Пресметајте ја континуираната и максималната струја.Користете го најлошото-оптоварување на случаи. Континуирана струја за термичко димензионирање; врвната струја е важна за MOSFET и селекција на траги.
3. Изберете континуирана струја со маргина.Стремете се кон најмалку 25–30% простор за глава над вашето вистинско континуирано оптоварување (заедничко-инженерско правило, а не тврд број). BMS оценет точно на вашата работна струја ќе се вжешти и брзо ќе старее.
4. Потврдете го комплетот за заштита.Преполнување, преку-празнење, прекумерна струја (полнење и празнење), краток спој и температура треба да бидат присутни и да се конфигурираат.
5. Изберете го типот на балансирање.Пасивноста е добра за повеќето пакувања под околу 10 kWh. Изберете активно балансирање само кога обновувањето на капацитетот и долгиот век го оправдуваат додадениот трошок.
6. Поврзете го интерфејсот за комуникација.CAN за автомобил, RS485 за ESS, BLE за пренослив или ниеден за самостоен пакет за напојување.
7. Проверете ги MOSFET-овите и квалитетот на изградбата.Побарајте го бројот на делот MOSFET и побарајте го неговиот лист со податоци. Името-бренд MOSFET со низок Rds(вклучено) е еден од најсилните индикатори за сериозен BMS.

Вообичаени грешки и црвени знамиња при купување BMS

• Доверба на тековниот рејтинг на насловот.Плочката означена со „100A“ може да користи МОСФЕТ кои се намалуваат до 60 А при реални термички услови. Проверете го листот со податоци.
• Збунувачки врв со континуиран.BMS што се справува со 200A за една секунда не е BMS од 200A.
• Игнорирање на протоколот.Брендираните моќни-пакети со алатки (Dewalt, Milwaukee, итн.) често користат сопствени ракувања; генеричкиот BMS може едноставно да одбие да ја напојува алатката.
• Прескокнување на сензори за температура.Еден NTC за целото пакување 20S не може да ви каже дали еден агол се прегрее.
• Купување само по цена.Најевтиниот „BMS“ за повеќе-пакет ќелии е скоро секогаш заштитна табла со маркетинг на врвот.

Најчесто поставувани прашања

Може ли да користам литиумска батерија без BMS?
За една ќелија со мала струја, технички да. За секое литиумско пакување со повеќе-клетки, а особено секаде каде што луѓето се во близина, не. Ризикот од термичко бегство, нерамнотежа на клетките и брза деградација го прави BMS ефективно задолжителен.

Која е разликата помеѓу BMS и полнач за батерии?
Полначот ја турка енергијата во пакувањето. BMS одлучува дали тоа е безбедно и му кажува на полначот кога да престане. Многу системи ги имаат и двете, кои работат заедно преку комуникациска магистрала.

Дали BMS го продолжува животниот век на батеријата?
Да, значајно. Со спречување на преполнување, преку-празнење и нерамнотежа на ќелиите, компетентен BMS може значително да го продолжи животниот век на литиумското пакување во споредба со неговото функционирање без заштита. Точниот сооднос зависи од хемијата, длабочината на празнење и температурата.

Што всушност прави балансирањето на клетките?
Ја одржува секоја ќелија од серискиот стринг во речиси иста состојба на полнење, така што пакетот може целосно да се наполни и испразни без една ќелија предвреме да ја достигне границата.

СПЦ против СОХ: која е разликата?
SOC ви кажува колку е полна батеријата во моментов. SOH ви кажува колку капацитет батеријата изгубила во текот на својот животен век. Пакетот може да биде на 100% SOC и само 70% SOH ако е старо.

Дали BMS и PCM се исто?
Не. PCM (заштитна табла) реагира само на дефектните услови. BMS додава балансирање, проценка на состојбата, комуникација и често термичко управување.

Колку струја треба да поддржува мојот BMS?
Стремете се кон најмалку 25–30% над вашата реална-светска континуирана струја, со максимално справување за настани за стартување или застој. Секогаш проверувајте ги вистинските спецификации на MOSFET, а не само оцената на пазарот.

Централизирано, модуларно или дистрибуирано: кој ми треба?
Мали пакувања (под околу 16 С): централизирано. Средни пакувања и лесни ЕВ: модуларни. Голем EV или решетка-скала: дистрибуирана.

Дали треба да надополнам BMS на постоечки батериски пакет?
За пакет што првично беше испорачан без еден, одговорот зависи од тоа што е веќе внатре. Ако има само основна заштитна табла, замената во вистински BMS може да го продолжи корисниот век и да додаде мониторинг, но доградбата треба да одговара на оригиналниот број на ќелии, хемијата и моменталната патека. За пакувањата кои се веќе поврзани за BMS што не успеа, замената е едноставна. За запечатените OEM пакувања (особено од големите брендови), реконструкцијата честопати не успева поради сопствените ракувања помеѓу пакетот и опремата домаќин, и генерално не го препорачуваме.

Крајна линија

Системот за управување со батерии е она што ги прави литиум{0}}јонските батерии употребливи во обем. Се чувствува, пресметува и делува на она што го прават клетките, ги балансира, го следи нивното здравје и разговара со остатокот од системот. Прескокнувањето на вистински BMS или задоволувањето на заштитната табла облечена како таква, ве чини безбедносна маржа, животен век и на крајот пари.

Пред да купите, заклучете четири работи: број на ќелии и хемија, континуирана и максимална струја со маргина, точниот комплет за заштита што ви треба и комуникацискиот интерфејс што го зборува вашиот систем. Усогласете ги со вистинската архитектура за големината на вашето пакување и ќе ги избегнете најскапите грешки во дизајнот на литиумските батерии.

Ако ја одредувате големината на BMS за одредена апликација (EV влечење, складирање енергија, електрични алати, морски стартување или преносно напојување), почнете од тековните барања и протоколот на апликацијата и работете наназад. Тоа е разликата помеѓу пакетот што трае пет години и оној што пропаѓа за пет месеци.