Número Browse:0 Autor:editor do site Publicar Time: 2024-03-09 Origem:alimentado
Muitas vezes referido como “babá de bateria” ou “governanta”, o Sistema de gerenciamento de bateria (BMS) é uma tecnologia projetada especificamente para monitorar o estado da bateria.É usado principalmente para gerenciamento e manutenção inteligentes de cada unidade de bateria, evitando carga e descarga, prolongando a vida útil da bateria e monitorando a condição da bateria.
Os principais componentes do Sistema de Gerenciamento de Bateria BMS incluem linhas de comunicação, atuadores, controladores e uma variedade de sensores.Para garantir que os novos automóveis energéticos possam cumprir todos os regulamentos e normas aplicáveis enquanto conduzem com segurança, o sistema de gestão de baterias BMS deve monitorizar a bateria e executar as seguintes funções.
O BMS é necessário não apenas para baterias de lítio mas também para o futuro baterias de estado sólido e baterias de íon de sódio.
Reconhecendo os parâmetros da bateria
Fique de olho nos dados de operação da bateria, incluindo status da célula, informações de equilíbrio de cada célula, corrente, tensão, temperatura e fluxo do líquido refrigerante (para baterias resfriadas por líquido).Estão incluídos tensão total, corrente total, detecção de temperatura (é melhor ter sensores de temperatura em cada sequência de bateria e nas principais juntas dos cabos para evitar sobrecarga, descarga excessiva e até mesmo fenômeno de pólo reverso), detecção de fumaça (que monitora vazamento de eletrólito, etc.) e detecção de isolamento.
Estimando o status da bateria
Calcule o status operacional da bateria, tensão máxima e mínima, número de ciclos, profundidade de descarga (DOD), estado de segurança (SOS), estado de saúde (SoH), corrente máxima de carga (CCL), limite de corrente de descarga (DCL), interno resistência da bateria, tempo total de funcionamento, custo de eletricidade [Ah], entrega ou armazenamento, detecção de temperatura e se a bateria está sendo resfriada por líquido ou ar.
Compreendendo localização de falhas, saída de informações de falhas, avaliação do tipo de falha e detecção de falhas.O alerta precoce e a metodologia de diagnóstico são chamados de detecção de falhas.A falha de uma bateria pode ser causada por um sensor, um atuador (como um contator, ventilador, bomba, aquecedor, etc.), um circuito de bateria de alta tensão, um subsistema de gerenciamento térmico, uma rede, uma variedade de hardware do controlador e problemas de software, etc.
A sobretensão (sobrecarga), subtensão (sobrecarga), sobrecorrente, temperatura muito alta, falha de curto-circuito interno, junta solta, vazamento de eletrólito da bateria, redução de isolamento e outros problemas são considerados falhas da própria bateria. .
Controle de Segurança e Alarme para Baterias
Incluindo controle de segurança elétrica de alta tensão e gerenciamento de sistema térmico.Para evitar temperaturas altas ou baixas, sobrecarga, descarga excessiva, sobrecorrente, vazamento e outros danos à bateria e às pessoas, o Sistema de Gerenciamento de Bateria BMS diagnosticará o problema, notificará o controlador do veículo através da rede e exigirá que o controlador do veículo ser processado de forma eficaz.Após um determinado limite, o Sistema de Gestão de Bateria BMS tem a capacidade de cortar a alimentação do circuito principal.
O módulo de gerenciamento de carga do Sistema de Gerenciamento de Bateria (BMS) regula o carregador para carregar com segurança a bateria LiFePO4 com base no nível de energia, temperatura e propriedades da bateria do carregador.
A capacidade do bateria é menor que a capacidade do menor monômero do grupo devido à inconsistência.A equalização da bateria utiliza procedimentos de equilíbrio ativo ou passivo, dissipado ou não dissipativo, com base nas informações da bateria única, em um esforço para obter a capacidade da bateria o mais próximo possível da capacidade única mínima.
Mantenha melhorias constantes no desempenho da bateria e gerencie ativamente as variações de cada bateria.
A intensidade do aquecimento ativo e da dissipação de calor é definida com base nos dados de distribuição de temperatura na bateria, bem como nos requisitos de carga e descarga.Isso permite que a bateria opere na temperatura ideal e maximize seu desempenho.
O Sistema de Gerenciamento de Bateria BMS requer comunicação com nós da rede, como o controlador do veículo, para relatar o status operacional a outros dispositivos por meio do protocolo de comunicação CAN;entretanto, o BMS é difícil de desmontar no veículo e inclui calibração online, monitoramento, geração automática de código e downloads de programas online (atualizados sem remover o produto).
Para salvar informações importantes no armazenamento, incluindo códigos de falha, consistência, carga cumulativa e número Ah de descarga, SOC, SOH, SOF e SOE.O BMS real de um carro só poderia ter uma parte do hardware e software mencionados acima.Devem ser instalados no mínimo um sensor de temperatura e um sensor de tensão da bateria em cada célula da bateria.Um controlador BMS pode ser usado para sistemas de bateria com várias dezenas de baterias, ou a funcionalidade BMS pode ser integrada ao controlador primário do veículo.Um módulo de bateria pode ser gerenciado por um controlador mestre e muitos controladores subordinados em sistemas de bateria com centenas de células de bateria.Pode haver alguns contatores de circuito e módulos de balanceamento para cada módulo de bateria com várias dezenas de células de bateria.Esses módulos são utilizados para gerenciar o módulo de bateria do controlador, que atua como medidor de tensão e corrente, operar os contatores, equilibrar a célula da bateria e fazer interface com o controlador principal.O controlador mestre estimará a condição da bateria, diagnosticará falhas, regulará a temperatura e outras funções com base nos dados fornecidos.
Os carros elétricos têm um ambiente operacional difícil, portanto o BMS deve ter fortes capacidades anti-interferência eletromagnética, além de baixa radiação externa.
Como centro de monitoramento de baterias para veículos de energia nova, o sistema de gerenciamento BMS deve monitorar a temperatura da bateria, tensão, corrente de carga e descarga e outros parâmetros relevantes para monitoramento dinâmico em tempo real.Quando necessário, ele também pode tomar medidas de emergência para proteger a bateria de monômero e evitar que problemas de segurança com a bateria sejam sobrecarregados, excessivamente quentes ou sofram um curto-circuito.
Sistemas para veículos elétricos podem recuperar energia para carregar a bateria.
Tanto a bateria geral como cada célula individual dentro da bateria são cobertas pelas capacidades de monitoramento e controle do BMS.No momento, as baterias de íon-lítio são o tipo de bateria com maior densidade energética e a opção preferida para uma ampla gama de aplicações, incluindo enormes sistemas de armazenamento de energia, carros elétricos e pequenos dispositivos eletrônicos.Apesar do desempenho excepcional das baterias de lítio, existem diretrizes rígidas para seu uso e elas possuem uma área operacional segura (SOA) designada.
A bateria é vulnerável a resultados graves e danos permanentes na ausência de monitorização e gestão do BMS.Como resultado, o design do BMS também é bastante complexo.O recurso de monitoramento garante que os parâmetros elétricos, de controle, de temperatura e outros parâmetros da bateria de lítio sejam seguros.Para evitar que a tensão, a corrente e a temperatura de qualquer bateria ou módulo que o BMS esteja monitorando ultrapassem a área de operação segura (SOA), opere dentro da faixa de dados.
As soluções de gerenciamento de bateria não possuem um padrão definido.As seguintes variáveis estão frequentemente associadas à execução de funções técnicas e de design:
Durações dos ciclos, preocupações de segurança com aplicações de bateria e requisitos de garantia
regras que regem penalidades por não conformidade com padrões de segurança e requisitos de certificação do governo nacional
As características mais fundamentais do projeto do BMS são o gerenciamento da capacidade e o gerenciamento da proteção da bateria.Entre eles está o gerenciamento de segurança da bateria, que permite que a bateria opere dentro da faixa segura de tensão e corrente predeterminada.Ele também regula ativamente a temperatura e inclui um recurso de prevenção de superaquecimento para manter a bateria em condições operacionais saudáveis.
Como a corrente e a tensão têm impacto na segurança da bateria, o monitoramento da corrente e da tensão da bateria é uma parte fundamental da proteção da bateria.Para preservar a bateria, os fabricantes geralmente ajustam o BMS para a faixa de trabalho padrão de tensão e corrente.Isso prolonga a vida útil da bateria e evita que ela funcione acima do valor nominal.
As baterias de íons de lítio geralmente têm restrições de corrente instantânea, faixa de pico de corrente, tempos de uso de carga e descarga e outros mecanismos de proteção para seus limites de corrente de carga e descarga.Por exemplo, é possível prever a corrente contínua máxima instantânea em usinas de armazenamento de energia e carros elétricos.O sistema BMS causará uma diminuição na corrente ou uma parada completa da corrente se estiver além da faixa de proteção prevista.
A tensão da bateria de lítio também deve funcionar dentro de uma faixa de tensão.A composição química única e as condições operacionais das baterias de lítio definem sua faixa de tensão segura.As baterias de lítio de baixa tensão têm o potencial de desenvolver dendritos de cobre no ânodo, o que aumentaria a taxa de autodescarga da bateria e comprometeria a segurança.O uso de baixa tensão pode resultar em efeito memória, onde a bateria de lítio perde capacidade.
Para maximizar a vida útil da bateria, a tensão é frequentemente regulada durante o carregamento ou operação de cargas de corrente significativas.Qualquer circunstância que restrinja a tensão da bateria deve ser do conhecimento do BMS.Quando a tensão atinge um limite alto, ela pode reduzir ou interromper totalmente o carregamento;quando a tensão se aproxima de baixa, a carga diminui.Por exemplo, o BMS de um carro elétrico diminuirá o torque de tração de saída do motor para proteger a bateria quando a tensão da bateria cair enquanto o veículo estiver em operação.
A temperatura da bateria pode ser controlada pelo BMS aquecendo-a ou resfriando-a.Ao configurar um sistema de refrigeração líquida e um aquecedor para regular a temperatura da bateria, digamos de 30 a 35 graus Celsius, a temperatura da bateria pode ser evitada de subir ou descer muito.
A capacidade das baterias de lítio que funcionam a baixas temperaturas diminuirá drasticamente, apesar do facto de as baterias de iões de lítio terem uma ampla gama de temperaturas de funcionamento.Isto se deve principalmente à menor atividade química em baixas temperaturas.Abaixo de 5 graus Celsius, a maioria das baterias de lítio não pode ser carregada rapidamente.Não é permitido carregar abaixo de 0 graus Celsius.O controle da temperatura é crucial, embora as baterias de lítio tenham melhor desempenho em baixas temperaturas do que as baterias de chumbo-ácido.Isso ocorre porque o revestimento metálico de lítio pode ocorrer a partir de baterias anódicas de carregamento de baixa temperatura, e a vibração e a pressão podem danificar permanentemente a estrutura interna da bateria.
Aumentar a capacidade da bateria é um componente crucial do BMS.As baterias ficarão rapidamente desatualizadas se a manutenção do gerenciamento de capacidade não for realizada.O fato de o estado de cada bateria variar irregularmente é a principal causa do problema.Uma bateria é composta de baterias ligadas em paralelo e em série.As baterias podem ter consistências drasticamente variadas.Exemplos de fatores que podem levar a variações nas células da bateria incluem autodescarga e atenuação da bateria.
O BMS tem a capacidade de regular e equilibrar a capacidade quando surge uma inconsistência da bateria.Para evitar sobrecarga, a bateria única de carregamento rápido, por exemplo, interromperá o carregamento antes de atingir a capacidade total e, em vez disso, continuará a carregar a bateria de carregamento lento durante todo o processo de carregamento.Em seguida, o BMS preserva a carga e a descarga irregulares, evita que algumas baterias sejam sobrecarregadas ou descarregadas, equilibra o estado geral de carga da bateria e maximiza sua capacidade.
Existe apenas um BMS no total e está ligado a todas as baterias.Baterias grandes precisam de muitos cabos de conexão, o que geralmente dificulta a manutenção e a solução de problemas.
Arquitetura BMS que é modular
A bateria é projetada com vários BMS, um dos quais serve como módulo primário e é responsável por supervisionar outros módulos BMS.Embora esse design seja bastante caro, é fácil de manter e depurar e possui forte escalabilidade.
A arquitetura mestre/escravo do BMS
Este arranjo é semelhante à estrutura modular, pois o BMS mestre cuida de todas as tarefas de computação, controle e comunicação, enquanto a única responsabilidade do BMS escravo é transmitir dados de medição.Este arranjo simplifica adequadamente as funções e ao mesmo tempo economiza dinheiro.
Arquitetura para um BMS distribuído
Cada bateria está integrada ao módulo da placa de controle BMS.Cada BMS gerencia os cálculos e a comunicação por conta própria.Parece que a estrutura é simples.Por outro lado, a manutenção e a resolução de problemas tornam-se mais difíceis e dispendiosas quando é necessário um BMS para cada bateria.
Como as baterias de lítio têm alta densidade de energia, a taxa de tolerância a falhas do BMS é bastante baixa.As baterias de íons de lítio quimicamente ativas estão agora entre as mais seguras graças ao avanço do BMS e da tecnologia de íons de lítio.
