Số Duyệt:0 CỦA:trang web biên tập đăng: 2024-03-09 Nguồn:Site
Thường được gọi là 'bảo mẫu pin' hoặc 'quản gia', Hệ thống quản lý pin (BMS) là công nghệ được thiết kế đặc biệt để theo dõi trạng thái của bộ pin.Nó chủ yếu được sử dụng để quản lý và bảo trì thông minh từng bộ pin, ngăn chặn việc sạc và xả, kéo dài tuổi thọ của pin và theo dõi tình trạng của pin.
Các thành phần chính của Hệ thống quản lý pin BMS bao gồm đường truyền thông, bộ truyền động, bộ điều khiển và nhiều loại cảm biến.Để đảm bảo ô tô sử dụng năng lượng mới có thể tuân thủ tất cả các quy định và tiêu chuẩn hiện hành trong khi lái xe an toàn, hệ thống quản lý pin BMS phải giám sát bộ pin và thực hiện các nhiệm vụ sau.
BMS được yêu cầu không chỉ cho Pin lithium mà còn cho tương lai pin trạng thái rắn Và pin ion natri.
Nhận biết thông số pin
Theo dõi dữ liệu hoạt động của pin, bao gồm trạng thái pin, thông tin cân bằng cho từng pin, dòng điện, điện áp, nhiệt độ và lưu lượng chất làm mát (đối với pin làm mát bằng chất lỏng).Bao gồm tổng điện áp, dòng điện tổng, phát hiện nhiệt độ (tốt nhất nên có cảm biến nhiệt độ trên mỗi dây pin và tại các khớp nối cáp chính để tránh sạc quá mức, xả quá mức và thậm chí hiện tượng cực ngược), phát hiện khói (để mắt đến rò rỉ chất điện phân, v.v.) và phát hiện cách điện.
Ước tính tình trạng pin
Tính toán trạng thái hoạt động của pin, điện áp tối đa và tối thiểu, số chu kỳ, độ sâu xả (DOD), trạng thái an toàn (SOS), trạng thái sức khỏe (SoH), dòng sạc tối đa (CCL), giới hạn dòng xả (DCL), bên trong điện trở của pin, tổng thời gian chạy, chi phí điện [Ah], phân phối hoặc bảo quản, phát hiện nhiệt độ và liệu pin đang được làm mát bằng chất lỏng hay không khí.
Bao gồm vị trí lỗi, đầu ra thông tin lỗi, đánh giá loại lỗi và phát hiện lỗi.Cảnh báo sớm và phương pháp chẩn đoán được gọi là phát hiện lỗi.Lỗi bộ pin có thể do cảm biến, bộ truyền động (như công tắc tơ, quạt, máy bơm, lò sưởi, v.v.), mạch pin điện áp cao, hệ thống con quản lý nhiệt, mạng, nhiều loại phần cứng bộ điều khiển và các vấn đề về phần mềm, v.v.
Quá điện áp (sạc quá mức), dưới điện áp (xả quá mức), quá dòng, nhiệt độ rất cao, lỗi ngắn mạch bên trong, lỏng khớp, rò rỉ điện phân pin, giảm cách điện và các vấn đề khác đều được coi là lỗi của chính bộ pin .
Kiểm soát và báo động an toàn cho pin
Bao gồm kiểm soát an toàn điện cao thế và quản lý hệ thống nhiệt.Để ngăn chặn nhiệt độ cao hoặc thấp, sạc quá mức, xả quá mức, quá dòng, rò rỉ và các hư hỏng khác đối với ắc quy và con người, Hệ thống quản lý ắc quy BMS sẽ chẩn đoán sự cố, thông báo cho người điều khiển phương tiện qua mạng và yêu cầu người điều khiển phương tiện thực hiện được xử lý một cách hiệu quả.Sau một ngưỡng nhất định, Hệ thống quản lý pin BMS có khả năng cắt nguồn điện mạch chính.
Mô-đun quản lý sạc của Hệ thống quản lý pin (BMS) điều chỉnh bộ sạc để sạc pin LiFePO4 một cách an toàn dựa trên mức năng lượng, nhiệt độ và đặc tính pin của bộ sạc.
Năng lực của bộ pin nhỏ hơn công suất của monome nhỏ nhất trong nhóm do tính không nhất quán.Cân bằng pin sử dụng các quy trình cân bằng chủ động hoặc thụ động, tiêu tán hoặc không tiêu tán dựa trên thông tin về pin đơn lẻ nhằm nỗ lực đạt được dung lượng bộ pin gần với dung lượng đơn tối thiểu nhất có thể.
Duy trì những cải tiến liên tục về hiệu suất của pin và chủ động quản lý sự khác biệt của từng loại pin.
Cường độ làm nóng và tản nhiệt chủ động được thiết lập dựa trên dữ liệu phân bố nhiệt độ trong bộ pin cũng như yêu cầu sạc và xả.Điều này cho phép pin hoạt động ở nhiệt độ tối ưu và tối đa hóa hiệu suất của nó.
Hệ thống quản lý pin BMS yêu cầu liên lạc với các nút mạng, chẳng hạn như bộ điều khiển phương tiện, để báo cáo trạng thái vận hành cho các thiết bị khác thông qua giao thức liên lạc CAN;trong khi đó, BMS rất khó tháo rời trên xe và bao gồm hiệu chuẩn, giám sát trực tuyến, tạo mã tự động và tải xuống chương trình trực tuyến (cập nhật mà không cần tháo sản phẩm).
Để lưu thông tin quan trọng trong bộ lưu trữ, bao gồm mã lỗi, tính nhất quán, số Ah sạc và xả tích lũy, SOC, SOH, SOF và SOE.BMS thực tế của ô tô chỉ có thể có một phần phần cứng và phần mềm nói trên.Phải lắp tối thiểu một cảm biến nhiệt độ và một cảm biến điện áp pin trong mỗi cell pin.Một bộ điều khiển BMS có thể được sử dụng cho hệ thống ắc quy có vài chục ắc quy hoặc chức năng BMS có thể được tích hợp vào bộ điều khiển chính của xe.Một mô-đun pin có thể được quản lý bởi bộ điều khiển chính và nhiều bộ điều khiển cấp dưới trong hệ thống pin có hàng trăm cell pin.Có thể có một số công tắc tơ và mô-đun cân bằng cho mỗi mô-đun pin với vài chục tế bào pin.Các mô-đun này được sử dụng để quản lý mô-đun pin từ bộ điều khiển, hoạt động như một đồng hồ đo điện áp và dòng điện, vận hành các công tắc tơ, cân bằng pin và giao tiếp với bộ điều khiển chính.Bộ điều khiển chính sẽ ước tính tình trạng pin, chẩn đoán lỗi, điều chỉnh nhiệt độ và các chức năng khác dựa trên dữ liệu được cung cấp.
Ô tô điện có môi trường hoạt động khó khăn nên BMS phải có khả năng chống nhiễu điện từ mạnh bên cạnh khả năng bức xạ ra bên ngoài thấp.
Là trung tâm giám sát bộ pin cho các phương tiện sử dụng năng lượng mới, hệ thống quản lý BMS phải giám sát nhiệt độ, điện áp, dòng sạc và dòng xả cũng như các thông số liên quan khác để giám sát động theo thời gian thực.Khi cần thiết, nó cũng có thể thực hiện hành động khẩn cấp để bảo vệ pin monome và ngăn chặn các vấn đề an toàn với bộ pin khỏi bị sạc quá mức, quá nóng hoặc bị đoản mạch.
Hệ thống dành cho xe điện có thể thu hồi năng lượng để sạc pin.
Cả bộ pin tổng thể và từng ô riêng lẻ bên trong bộ pin đều được bao phủ bởi khả năng giám sát và điều khiển của BMS.Hiện tại, pin lithium-ion là loại pin có mật độ năng lượng cao nhất và là lựa chọn ưu tiên cho nhiều ứng dụng, bao gồm hệ thống lưu trữ năng lượng khổng lồ, ô tô điện và các thiết bị điện tử nhỏ bé.Mặc dù pin lithium có hiệu suất vượt trội nhưng vẫn có những hướng dẫn chặt chẽ về cách sử dụng và chúng có khu vực vận hành an toàn (SOA) được chỉ định.
Pin dễ bị ảnh hưởng nghiêm trọng và hư hỏng vĩnh viễn nếu không có sự giám sát và quản lý BMS.Kết quả là, thiết kế BMS cũng khá phức tạp.Tính năng giám sát đảm bảo rằng các thông số điện, điều khiển, nhiệt độ và các thông số khác của pin lithium được an toàn.Để giữ cho điện áp, dòng điện và nhiệt độ của bất kỳ pin hoặc mô-đun nào mà BMS đang theo dõi không vượt quá vùng vận hành an toàn (SOA), hãy vận hành trong phạm vi dữ liệu.
Các giải pháp quản lý pin không có tiêu chuẩn cố định.Các biến sau đây thường liên quan đến việc thực hiện các chức năng kỹ thuật và thiết kế:
Thời lượng chu kỳ, mối lo ngại về an toàn với các ứng dụng pin và yêu cầu bảo hành
các quy tắc điều chỉnh các hình phạt đối với việc không tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn và các yêu cầu chứng nhận của chính phủ quốc gia
Các tính năng cơ bản nhất của thiết kế BMS là quản lý dung lượng và quản lý bảo vệ pin.Trong số đó có quản lý an toàn pin, cho phép pin hoạt động trong phạm vi điện áp và dòng điện an toàn được xác định trước.Nó cũng tích cực điều chỉnh nhiệt độ và bao gồm tính năng ngăn ngừa quá nhiệt để giữ cho pin luôn ở trạng thái hoạt động tốt.
Vì dòng điện và điện áp có ảnh hưởng đến sự an toàn của pin nên việc giám sát dòng điện và điện áp của bộ pin là một phần cơ bản trong việc bảo vệ pin.Để bảo quản pin, các nhà sản xuất thường đặt BMS ở dải điện áp và dòng điện làm việc tiêu chuẩn.Điều này sẽ kéo dài tuổi thọ của pin và giữ cho pin không hoạt động quá giá trị định mức.
Pin lithium-ion thường có các giới hạn dòng điện tức thời, phạm vi dòng điện cực đại, thời gian sử dụng sạc và xả cũng như các cơ chế bảo vệ khác đối với giới hạn dòng sạc và xả của chúng.Ví dụ, có thể dự đoán dòng điện liên tục cực đại tức thời trong các nhà máy điện tích trữ năng lượng và ô tô điện.Hệ thống BMS sẽ làm giảm dòng điện hoặc ngừng hoàn toàn dòng điện nếu nó vượt quá phạm vi bảo vệ dự đoán.
Điện áp pin lithium cũng phải hoạt động trong phạm vi điện áp.Thành phần hóa học độc đáo và điều kiện hoạt động của pin lithium xác định dải điện áp an toàn của chúng.Pin lithium điện áp thấp có khả năng phát triển các sợi nhánh đồng trên cực dương, điều này sẽ làm tăng tốc độ tự phóng điện của pin và gây nguy hiểm cho sự an toàn.Việc sử dụng điện áp thấp có thể dẫn đến hiệu ứng bộ nhớ khiến pin lithium mất dung lượng.
Để tối đa hóa tuổi thọ pin, điện áp thường được điều chỉnh trong khi sạc hoặc vận hành các tải dòng điện đáng kể.BMS phải biết bất kỳ trường hợp nào hạn chế điện áp pin.Khi điện áp đạt đến giới hạn cao, nó có thể giảm hoặc ngừng sạc hoàn toàn;khi điện áp xuống thấp, nó sẽ giảm tải.Ví dụ, BMS của ô tô điện sẽ giảm mô-men xoắn đầu ra của động cơ để bảo vệ pin khi điện áp pin giảm trong khi xe đang vận hành.
Nhiệt độ của bộ pin có thể được BMS kiểm soát bằng cách làm nóng hoặc làm mát nó.Bằng cách thiết lập hệ thống làm mát bằng chất lỏng và bộ sưởi để điều chỉnh nhiệt độ của pin, chẳng hạn từ 30 đến 35 độ C, nhiệt độ của pin có thể được giữ không tăng hoặc giảm quá nhiều.
Dung lượng của pin lithium chạy ở nhiệt độ thấp về cơ bản sẽ giảm đáng kể, mặc dù thực tế là pin lithium-ion có dải nhiệt độ hoạt động rộng.Điều này chủ yếu là do hoạt động hóa học thấp hơn ở nhiệt độ thấp.Dưới 5 độ C, hầu hết pin lithium không thể sạc nhanh.Không được phép sạc dưới 0 độ C.Kiểm soát nhiệt độ là rất quan trọng mặc dù pin lithium hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ thấp so với pin axit chì.Điều này là do quá trình mạ lithium kim loại có thể xảy ra khi pin cực dương sạc ở nhiệt độ thấp, đồng thời độ rung và áp suất có thể làm hỏng vĩnh viễn cấu trúc bên trong của pin.
Nâng cao dung lượng pin là một thành phần quan trọng của BMS.Bộ pin sẽ nhanh chóng trở nên lỗi thời nếu không thực hiện bảo trì quản lý dung lượng.Việc trạng thái của mỗi loại pin thay đổi không đều là nguyên nhân chính gây ra sự cố.Một bộ pin được tạo thành từ các pin được mắc song song và nối tiếp.Pin có thể có tính nhất quán rất khác nhau.Ví dụ về các yếu tố có thể dẫn đến sự thay đổi trong tế bào pin bao gồm hiện tượng tự phóng điện và độ suy giảm của pin.
BMS có khả năng điều tiết và cân bằng dung lượng khi phát sinh tình trạng không ổn định về pin.Ví dụ: để tránh sạc quá mức, pin đơn sạc nhanh sẽ ngừng sạc trước khi đạt công suất tối đa và thay vào đó sẽ tiếp tục sạc pin sạc chậm trong suốt quá trình sạc.Tiếp theo, BMS sẽ duy trì việc sạc và xả không đều, ngăn một số pin bị sạc quá mức hoặc xả quá mức, điều chỉnh trạng thái sạc chung của bộ pin và tối đa hóa dung lượng của pin.
Tổng cộng chỉ có một BMS và nó được liên kết với tất cả các bộ pin.Pin lớn cần nhiều cáp kết nối, điều này gây khó khăn cho việc bảo trì và xử lý sự cố nói chung.
Kiến trúc BMS theo mô-đun
Bộ pin được thiết kế với một số BMS, một trong số đó đóng vai trò là mô-đun chính và chịu trách nhiệm giám sát các mô-đun BMS khác.Mặc dù thiết kế này khá đắt tiền nhưng nó dễ bảo trì, gỡ lỗi và có khả năng mở rộng mạnh mẽ.
Kiến trúc chủ/tớ của BMS
Sự sắp xếp này tương tự như cấu trúc mô-đun trong đó BMS chính xử lý tất cả các nhiệm vụ tính toán, điều khiển và liên lạc, trong khi trách nhiệm duy nhất của BMS phụ là truyền dữ liệu đo lường.Sự sắp xếp này đơn giản hóa đầy đủ các chức năng đồng thời tiết kiệm tiền.
Kiến trúc cho BMS phân tán
Mỗi pin được tích hợp với mô-đun của bảng điều khiển BMS.Mỗi BMS tự quản lý việc tính toán và liên lạc.Có vẻ như cấu trúc rất đơn giản.Mặt khác, việc bảo trì và khắc phục sự cố trở nên khó khăn và tốn kém hơn khi cần có BMS cho mỗi pin.
Do pin lithium có mật độ năng lượng cao nên tỷ lệ chịu lỗi BMS khá thấp.Pin lithium-ion hoạt tính hóa học hiện là một trong những loại pin an toàn nhất nhờ sự tiến bộ của công nghệ BMS và lithium-ion.
