Vistas:0 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2024-03-09 Origen:Sitio
A menudo denominado 'niñera de baterías' o 'ama de llaves', el sistema de gestión de baterías (BMS) es una tecnología diseñada específicamente para controlar el estado del paquete de baterías.Se utiliza principalmente para la gestión y el mantenimiento inteligentes de cada unidad de batería, evitando la carga y descarga, extendiendo la vida útil de la batería y monitoreando el estado de la batería.
Los componentes principales del sistema de gestión de baterías BMS incluyen líneas de comunicación, actuadores, controladores y una variedad de sensores.Para garantizar que los automóviles de nueva energía puedan cumplir con todas las regulaciones y estándares aplicables mientras conducen de manera segura, el sistema de administración de baterías BMS debe monitorear el paquete de baterías y realizar las siguientes tareas.
BMS es necesario no sólo para baterías de litio sino también para el futuro baterías de estado sólido y baterías de iones de sodio.
Reconocer los parámetros de la batería
Esté atento a los datos de funcionamiento de la batería, incluido el estado de las celdas, la información del equilibrio de cada celda, la corriente, el voltaje, la temperatura y el flujo de refrigerante (para baterías enfriadas por líquido).Se incluyen voltaje total, corriente total, detección de temperatura (es mejor tener sensores de temperatura en cada cadena de baterías y en uniones de cables clave para evitar sobrecargas, sobredescargas e incluso fenómenos de polo inverso), detección de humo (que vigila las fugas de electrolitos, etc.) y detección de aislamiento.
Estimación del estado de la batería
Calcule el estado operativo de la batería, voltaje máximo y mínimo, número de ciclos, profundidad de descarga (DOD), estado de seguridad (SOS), estado de salud (SoH), corriente de carga máxima (CCL), límite de corriente de descarga (DCL), interno. resistencia de la batería, tiempo total de funcionamiento, costo de electricidad [Ah], entrega o almacenamiento, detección de temperatura y si la batería se enfría con líquido o aire.
Incluye ubicación de fallas, salida de información de fallas, evaluación del tipo de falla y detección de fallas.La alerta temprana y la metodología de diagnóstico se denominan detección de fallas.La falla de un paquete de baterías puede ser causada por un sensor, un actuador (como un contactor, ventilador, bomba, calentador, etc.), un circuito de batería de alto voltaje, un subsistema de gestión térmica, una red, una variedad de hardware del controlador. y problemas de software, etc.
El sobrevoltaje (sobrecarga), el bajo voltaje (sobredescarga), la sobrecorriente, la temperatura muy alta, la falla de cortocircuito interno, las juntas flojas, la fuga de electrolito de la batería, la reducción del aislamiento y otros problemas se consideran fallas del propio paquete de baterías. .
Control de Seguridad y Alarma para Baterías
Incluyendo control de seguridad eléctrica de alto voltaje y gestión del sistema térmico.Para evitar temperaturas altas o bajas, sobrecarga, sobredescarga, sobrecorriente, fugas y otros daños a la batería y a las personas, el sistema de administración de batería BMS diagnosticará el problema, notificará al controlador del vehículo a través de la red y requerirá que el controlador del vehículo ser procesados de manera efectiva.Después de cierto umbral, el sistema de gestión de baterías BMS tiene la capacidad de cortar la alimentación del circuito principal.
El módulo de gestión de carga del Sistema de gestión de batería (BMS) regula el cargador para cargar de forma segura la batería LiFePO4 en función del nivel de potencia, la temperatura y las propiedades de la batería del cargador.
La capacidad del paquete de baterías es menor que la capacidad del monómero más pequeño del grupo debido a la inconsistencia.La ecualización de la batería utiliza procedimientos de equilibrio activos o pasivos, disipados o no disipativos basados en la información de una sola batería en un esfuerzo por acercar la capacidad del paquete de baterías lo más posible a la capacidad única mínima.
Mantenga mejoras constantes en el rendimiento de la batería y gestione activamente las variaciones de cada batería.
La intensidad del calentamiento activo y la disipación de calor se establece en función de los datos de distribución de temperatura en el paquete de baterías, así como de los requisitos de carga y descarga.Esto permite que la batería funcione a su temperatura óptima y maximice su rendimiento.
El sistema de gestión de batería BMS requiere comunicación con nodos de red, como el controlador del vehículo, para informar el estado operativo a otros dispositivos a través del protocolo de comunicación CAN;Mientras tanto, el BMS es difícil de desmontar en el vehículo e incluye calibración en línea, monitoreo, generación automática de códigos y descargas de programas en línea (actualizados sin quitar el producto).
Para guardar información importante en el almacenamiento, incluidos códigos de falla, consistencia, carga acumulada y número Ah de descarga, SOC, SOH, SOF y SOE.El BMS real de un automóvil sólo podría tener una parte del hardware y software antes mencionados.Se debe instalar un mínimo de un sensor de temperatura y un sensor de voltaje de la batería en cada celda de la batería.Se puede usar un controlador BMS para sistemas de baterías con varias docenas de baterías, o la funcionalidad BMS puede integrarse en el controlador principal del vehículo.Un módulo de batería puede ser administrado por un controlador maestro y muchos controladores subordinados en sistemas de batería con cientos de celdas de batería.Podría haber algunos contactores de circuito y módulos de equilibrio para cada módulo de batería con varias docenas de celdas de batería.Estos módulos se utilizan para administrar el módulo de batería desde el controlador, que actúa como medidor de voltaje y corriente, opera los contactores, equilibra la celda de la batería y actúa como interfaz con el controlador principal.El controlador maestro estimará el estado de la batería, diagnosticará fallas, regulará la temperatura y otras funciones según los datos proporcionados.
Los coches eléctricos tienen un entorno operativo difícil, por lo que los BMS deben tener fuertes capacidades antiinterferencias electromagnéticas además de una baja radiación externa.
Como centro de monitoreo del paquete de baterías para vehículos de nueva energía, el sistema de gestión BMS debe monitorear la temperatura, el voltaje, la corriente de carga y descarga y otros parámetros relevantes de la batería para el monitoreo dinámico en tiempo real.Cuando sea necesario, también puede tomar medidas de emergencia para proteger la batería de monómero y evitar problemas de seguridad con la batería por sobrecarga, sobrecalentamiento o cortocircuito.
Los sistemas para vehículos eléctricos pueden recuperar energía para cargar la batería.
Tanto el paquete de baterías en general como cada celda individual dentro del paquete de baterías están cubiertos por las capacidades de monitoreo y control del BMS.En este momento, las baterías de iones de litio son el tipo de baterías con mayor densidad energética y son la opción preferida para una amplia gama de aplicaciones, incluidos enormes sistemas de almacenamiento de energía, automóviles eléctricos y pequeños dispositivos electrónicos.A pesar del rendimiento excepcional de las baterías de litio, existen pautas estrictas para su uso y tienen un área de operación segura (SOA) designada.
La batería es vulnerable a resultados graves y daños permanentes en ausencia de monitoreo y gestión de BMS.Como resultado, el diseño del BMS también es bastante complejo.La función de monitoreo garantiza que los parámetros eléctricos, de control, de temperatura y otros parámetros de la batería de litio sean seguros.Para evitar que el voltaje, la corriente y la temperatura de cualquier batería o módulo que el BMS esté monitoreando superen el área de operación segura (SOA), opere dentro del rango de datos.
Las soluciones de gestión de baterías no tienen un estándar establecido.Las siguientes variables suelen estar asociadas con la ejecución de funciones técnicas y el diseño:
Duraciones de los ciclos, preocupaciones de seguridad con aplicaciones de baterías y requisitos de garantía
reglas que rigen las sanciones por incumplimiento de las normas de seguridad y requisitos de certificación del gobierno nacional
Las características más fundamentales del diseño de BMS son la gestión de la capacidad y la gestión de la protección de la batería.Entre ellos se encuentra la gestión de seguridad de la batería, que permite que la batería funcione dentro del rango de voltaje y corriente seguro predeterminado.También regula activamente la temperatura e incluye una función de prevención de sobrecalentamiento para mantener la batería en buenas condiciones de funcionamiento.
Debido a que la corriente y el voltaje tienen un impacto en la seguridad de la batería, monitorear la corriente y el voltaje del paquete de baterías es una parte fundamental de la protección de la batería.Para preservar la batería, los fabricantes suelen configurar el BMS en el rango de trabajo estándar de voltaje y corriente.Esto prolonga la vida útil de la batería y evita que funcione por encima de su valor nominal.
Las baterías de iones de litio a menudo tienen restricciones de corriente instantánea, rango máximo de corriente, tiempos de uso de carga y descarga y otros mecanismos de protección para sus límites de corriente de carga y descarga.Por ejemplo, es posible predecir la corriente continua máxima instantánea en centrales eléctricas de almacenamiento de energía y automóviles eléctricos.El sistema BMS provocará una disminución de la corriente o una parada completa de la corriente si está más allá del rango de protección previsto.
El voltaje de la batería de litio también debe funcionar dentro de un rango de voltaje.La composición química única y las condiciones operativas de las baterías de litio definen su rango de voltaje seguro.Las baterías de litio de bajo voltaje tienen el potencial de desarrollar dendritas de cobre en el ánodo, lo que aumentaría la tasa de autodescarga de la batería y pondría en peligro la seguridad.El uso de bajo voltaje puede provocar un efecto memoria en el que la batería de litio pierde capacidad.
Para maximizar la vida útil de la batería, el voltaje a menudo se regula mientras se carga o se operan cargas de corriente significativas.Cualquier circunstancia que restrinja el voltaje de la batería debe ser conocida por el BMS.Cuando el voltaje alcanza un límite alto, puede reducirse o detener la carga por completo;cuando el voltaje se acerca al nivel bajo, reduce la carga.Por ejemplo, el BMS de un automóvil eléctrico reducirá el par de tracción de salida del motor para proteger la batería cuando el voltaje de la batería caiga mientras el vehículo está en funcionamiento.
La temperatura del paquete de baterías puede ser controlada por el BMS calentándolo o enfriándolo.Al configurar un sistema de refrigeración líquida y un calentador para regular la temperatura de la batería, digamos de 30 a 35 grados Celsius, se puede evitar que la temperatura de la batería suba o baje demasiado.
La capacidad de las baterías de litio que funcionan a bajas temperaturas esencialmente disminuirá drásticamente, a pesar de que las baterías de iones de litio tienen un amplio rango de temperaturas de funcionamiento.Esto se debe principalmente a la menor actividad química a bajas temperaturas.Por debajo de los 5 grados Celsius, la mayoría de las baterías de litio no se pueden cargar rápidamente.No está permitido cargar por debajo de 0 grados centígrados.El control de la temperatura es crucial, aunque las baterías de litio funcionan mejor a bajas temperaturas que las baterías de plomo-ácido.Esto se debe a que las baterías de ánodo de carga a baja temperatura pueden producir un revestimiento metálico de litio, y la vibración y la presión pueden dañar permanentemente la estructura interna de la batería.
Mejorar la capacidad de la batería es un componente crucial de BMS.Los paquetes de baterías quedarán obsoletos rápidamente si no se realiza el mantenimiento de gestión de capacidad.El hecho de que el estado de cada batería varíe de forma irregular es la principal causa del problema.Un paquete de baterías se compone de baterías conectadas en paralelo y en serie.Las baterías pueden tener una consistencia drásticamente variable.Ejemplos de factores que pueden provocar variaciones en las celdas de la batería incluyen la autodescarga y la atenuación de la batería.
BMS tiene la capacidad de regular y equilibrar la capacidad una vez que surge una inconsistencia de la batería.Para evitar la sobrecarga, la batería única de carga rápida, por ejemplo, dejará de cargarse antes de alcanzar su capacidad total y, en cambio, continuará cargando la batería de carga lenta durante todo el proceso de carga.A continuación, BMS preservará la carga y descarga desigual, evitará que algunas baterías se sobrecarguen o descarguen en exceso, igualará el estado general de carga del paquete de baterías y maximizará su capacidad.
Solo hay un BMS en total y está vinculado a todos los paquetes de baterías.Las baterías grandes necesitan muchos cables de conexión, lo que dificulta el mantenimiento y la resolución de problemas en general.
Arquitectura BMS que es modular
El paquete de baterías está diseñado con varios BMS, uno de los cuales sirve como módulo principal y está a cargo de supervisar otros módulos BMS.Aunque este diseño es bastante caro, es fácil de mantener y depurar y tiene una gran escalabilidad.
La arquitectura maestro/esclavo de BMS
Esta disposición es similar a la estructura modular en que el BMS maestro maneja todas las tareas de cálculo, control y comunicación, mientras que la única responsabilidad del BMS esclavo es transmitir datos de medición.Esta disposición simplifica adecuadamente las funciones y al mismo tiempo ahorra dinero.
Arquitectura para un BMS distribuido
Cada batería está integrada con el módulo de la placa de control BMS.Cada BMS gestiona los cálculos y la comunicación por sí solo.Parece que la estructura es sencilla.Por otro lado, el mantenimiento y la resolución de problemas se vuelven más difíciles y costosos cuando se requiere un BMS para cada batería.
Debido a que las baterías de litio tienen una alta densidad de energía, la tasa de tolerancia a fallas del BMS es bastante baja.Las baterías de iones de litio químicamente activas se encuentran ahora entre las más seguras gracias al avance de BMS y la tecnología de iones de litio.
