Ποια είναι η λειτουργία BMS;

Ένα σύστημα διαχείρισης μπαταριών (BMS) είναι οποιοδήποτε ηλεκτρονικό σύστημα που διαχειρίζεται μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία (πακέτο κυττάρων ή μπαταριών), όπως με την προστασία της μπαταρίας από τη λειτουργία έξω από την ασφαλή λειτουργούσα περιοχή του, την παρακολούθηση του κράτους του, τον υπολογισμό των δευτεροβάθμιων στοιχείων, να αναφέρει ότι στοιχεία, τον έλεγχο του περιβάλλοντός του, την επικύρωση του ή/και την εξισορρόπηση του.

Ένα πακέτο μπαταριών που χτίζεται μαζί με ένα σύστημα διαχείρισης μπαταριών με ένα λεωφορείο στοιχείων εξωτερικής επικοινωνίας είναι ένα έξυπνο πακέτο μπαταριών. Ένα έξυπνο πακέτο μπαταριών πρέπει να φορτιστεί από έναν έξυπνο φορτιστή μπαταριών.

Προστασία

Ένα BMS μπορεί να προστατεύσει την μπαταρία του με την παρεμπόδιση του από τη λειτουργία έξω από την ασφαλή λειτουργούσα περιοχή του, όπως:

• Υπερφόρτωση
• Πέρα-απαλλαγή
• Over-current κατά τη διάρκεια της χρέωσης
• Over-current κατά τη διάρκεια της απαλλαγής
• Over-voltage κατά τη διάρκεια της χρέωσης, ιδιαίτερα σημαντικής για τα lead-acid, λι-ιονικά και κύτταρα LiFePO4
• Κάτω από-τάση κατά τη διάρκεια της απαλλαγής, ιδιαίτερα σημαντικής για τα κύτταρα λι-ιόντων και LiFePO4
• Πέρα-θερμοκρασία
• Χρέωση ενώ κάτω από τη χαμηλή θερμοκρασία
• Υπερπίεση (μπαταρίες NiMH)
• Επίγειο ελάττωμα ή τρέχουσα ανίχνευση διαρροής (σύστημα που ελέγχει ότι η μπαταρία υψηλής τάσης είναι ηλεκτρικά αποσυνδεμένη από οποιοδήποτε αγώγιμο αντικείμενο touchable για να χρησιμοποιήσει όπως το σώμα οχημάτων)

Το BMS μπορεί να αποτρέψει τη λειτουργία έξω από την ασφαλή λειτουργούσα περιοχή της μπαταρίας από:

• Συμπεριλαμβανομένου ενός εσωτερικού διακόπτη (όπως ένας ηλεκτρονόμος ή mosfet) που ανοίγουν εάν η μπαταρία χρησιμοποιείται έξω από την ασφαλή λειτουργούσα περιοχή της
• Ζητώντας τις συσκευές στις οποίες η μπαταρία συνδέεται για να μειώσει ή ακόμα και να σταματήσει ή την μπαταρία.
• Ενεργά ελέγχοντας το περιβάλλον, όπως μέσω των θερμαστρών, των ανεμιστήρων, του κλιματισμού ή της υγρής ψύξης

Εξισορρόπηση

Προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η ικανότητα της μπαταρίας, και για να αποτρέψει την εντοπισμένη κάτω από-χρέωση ή την υπερφόρτωση, το BMS μπορεί ενεργά να εξασφαλίσει ότι όλα τα κύτταρα που συνθέτουν την μπαταρία κρατιούνται στην ίδιο τάση ή το κράτος της δαπάνης, μέσω της εξισορρόπησης. Το BMS μπορεί να ισορροπήσει τα κύτταρα από:

• Σπαταλώντας την ενέργεια από τα χρεωμένα κύτταρα με τη σύνδεση τους με ένα φορτίο (όπως μέσω των παθητικών ρυθμιστών)
• Ενέργεια μετάθεσης από τα χρεωμένα κύτταρα στα λιγότερα χρεωμένα κύτταρα (balancers)
• Η μείωση του ρεύματος χρέωσης αρκετά σε έναν χαμηλού επιπέδου που δεν θα βλάψει πλήρως χρέωσε τα κύτταρα, ενώ τα λιγότερα χρεωμένα κύτταρα μπορούν να συνεχίσουν να χρεώνουν (δεν ισχύει για τα κύτταρα χημείας λίθιου)

Σύνδεση μπαταριών για να φορτώσει το κύκλωμα

Ένα BMS μπορεί επίσης να χαρακτηρίσει ένα precharge σύστημα που επιτρέπει έναν ασφαλή τρόπο να συνδεθεί η μπαταρία με τα διαφορετικά φορτία και που αποβάλλει τα υπερβολικά ρεύματα εισροής για να φορτώσει τους πυκνωτές.

Η σύνδεση στα φορτία ελέγχεται κανονικά μέσω των ηλεκτρομαγνητικών ηλεκτρονόμων αποκαλούμενων επαφείς. Το precharge κύκλωμα μπορεί να είναι καθένας αντιστάτες δύναμης που συνδέονται σωρηδόν με τα φορτία έως ότου χρεώνονται οι πυκνωτές. Εναλλακτικά, μια μεταστρεφόμενη παροχή ηλεκτρικού ρεύματος τρόπου που συνδέεται παράλληλα με τα φορτία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αναθέσει στην τάση του κυκλώματος φορτίων μέχρι ένα επίπεδο αρκετά κοντά στην τάση μπαταριών προκειμένου να επιτρέψει τους επαφείς μεταξύ της μπαταρίας και του κυκλώματος φορτίων. Ένα BMS μπορεί να έχει ένα κύκλωμα που μπορεί να ελέγξει εάν ένας ηλεκτρονόμος είναι ήδη κλειστός πρίν προφορτίζει (λόγω της συγκόλλησης παραδείγματος χάριν) για να αποτρέψει τα ρεύματα εισροής για να εμφανιστεί.

Επικοινωνία

Ο κεντρικός ελεγκτής ενός BMS επικοινωνεί εσωτερικά με το υλικό του που λειτουργεί σε επίπεδο κυττάρων, ή εξωτερικά με το υψηλού επιπέδου υλικό όπως τα lap-top ή ένα HMI.

Η υψηλού επιπέδου εξωτερική επικοινωνία είναι απλή και χρησιμοποιεί διάφορες μεθόδους

• Διαφορετικοί τύποι τμηματικών επικοινωνιών.
• ΜΠΟΡΕΣΤΕ να μεταφέρετε τις επικοινωνίες, που χρησιμοποιούνται συνήθως στα αυτοκίνητα περιβάλλοντα.
• Διαφορετικοί τύποι ασύρματων επικοινωνιών.

Η χαμηλή τάση συγκεντρωμένο BMSes συνήθως δεν έχει οποιεσδήποτε εσωτερικές επικοινωνίες.

Διανεμημένο ή μορφωματικό BMSes πρέπει να χρησιμοποιήσει κάποιο χαμηλού επιπέδου εσωτερικό κύτταρο-ελεγκτή (μορφωματική αρχιτεκτονική) ή την επικοινωνία ελεγκτής-ελεγκτών (διανεμημένη αρχιτεκτονική). Αυτοί οι τύποι επικοινωνιών είναι δύσκολοι, ειδικά για τα συστήματα υψηλής τάσης. Το πρόβλημα είναι μετατόπιση τάσης μεταξύ των κυττάρων. Το πρώτο επίγειο σήμα κυττάρων μπορεί να είναι εκατοντάδες των βολτ υψηλότερων από το άλλο επίγειο σήμα κυττάρων. Εκτός από τα πρωτόκολλα λογισμικού, υπάρχουν δύο γνωστοί τρόποι της επικοινωνίας υλικού για την τάση που μετατοπίζει τα συστήματα, τον οπτικός-μονωτή και την ασύρματη επικοινωνία. Ένας άλλος περιορισμός για τις εσωτερικές επικοινωνίες είναι ο μέγιστος αριθμός κυττάρων. Για τη μορφωματική αρχιτεκτονική το περισσότερο υλικό περιορίζεται σε μέγιστους 255 κόμβους. Για τα συστήματα υψηλής τάσης ο χρόνος επιδίωξης όλων των κυττάρων είναι ένας άλλος περιορισμός, που περιορίζει τις ελάχιστες ταχύτητες λεωφορείων και που χάνει μερικές επιλογές υλικού. Το κόστος των μορφωματικών συστημάτων είναι σημαντικό, επειδή μπορεί να είναι συγκρίσιμο με την τιμή κυττάρων. Ο συνδυασμός περιορισμών υλικού και λογισμικού οδηγεί σε μερικές επιλογές για την εσωτερική επικοινωνία:

• Απομονωμένες τμηματικές επικοινωνίες
• ασύρματες τμηματικές επικοινωνίες

Για να παρακάμψουν τους περιορισμούς ισχύος των υπαρχόντων καλωδίων USB λόγω της θερμότητας από το ηλεκτρικό ρεύμα, τα πρωτόκολλα επικοινωνίας που εφαρμόζονται στους κινητούς τηλεφωνικούς φορτιστές για τη διαπραγμάτευση μιας ανυψωμένης τάσης έχουν αναπτυχθεί, ευρύτατα χρησιμοποιημένη όποιες είναι γρήγορες δαπάνη Qualcomm και αντλία MediaTek σαφής. «VOOC» από Oppo (που μαρκάρεται επίσης ως «δαπάνη εξόρμησης» με «OnePlus») αυξάνει το ρεύμα αντί της τάσης με το στόχο να μειωθεί η θερμότητα που παράγεται στη συσκευή από εσωτερικά να μετατρέψει μια ανυψωμένη τάση κάτω στην τελική τάση φόρτισης της μπαταρίας, η οποία εντούτοις την καθιστά ασυμβίβαστη με τα υπάρχοντα καλώδια USB και στηρίζεται στα ειδικά υψηλής τάσης καλώδια USB με τα αναλόγως παχύτερα καλώδια χαλκού. Πιό πρόσφατα, τα πρότυπα παράδοσης δύναμης USB στοχεύουν για ένα καθολικό πρωτόκολλο διαπραγμάτευσης στις συσκευές μέχρι 240 Watt.

Υπολογισμός

Επιπλέον, ένα BMS μπορεί να υπολογίσει τις τιμές που υπολογίζονται με βάση τα κάτωθι στοιχεία, όπως: [παραπομπή που απαιτείται]

• Τάση: ελάχιστη και μέγιστη τάση κυττάρων
• Κράτος της δαπάνης (SOC) ή βάθος της απαλλαγής (DoD), για να δείξει το επίπεδο δαπανών της μπαταρίας
• Κράτος της υγείας (SoH), μια ποικιλοτρόπως-καθορισμένη μέτρηση της υπόλοιπης ικανότητας της μπαταρίας ως % της αρχικής ικανότητας
• Κράτος της δύναμης (SoP), το ποσό δύναμης διαθέσιμο για ένα καθορισμένο χρονικό διάστημα δεδομένης της τρέχουσας χρήσης δύναμης, θερμοκρασία και άλλοι όροι
• Κράτος της ασφάλειας (SOS)
• Μέγιστο ρεύμα δαπανών ως όριο ρευμάτων δαπανών (CCL)
• Μέγιστο ρεύμα απαλλαγής ως όριο ρευμάτων απαλλαγής (DCL)
• Ενέργεια [KWH] που παραδίδεται από την τελευταίο δαπάνη ή τον κύκλο δαπανών
• Εσωτερική σύνθετη αντίσταση ενός κυττάρου (για να καθορίσει την τάση ανοικτών κυκλωμάτων)
• Δαπάνη [Ah] παραδοθείσα ή που αποθηκεύεται (μερικές φορές αυτό το χαρακτηριστικό γνώρισμα καλείται μετρητή Coulomb)
• Συνολική ενέργεια που παραδίδεται από την πρώτη χρήση
• Συνολικός λειτουργών χρόνος από την πρώτη χρήση
• Συνολικός αριθμός των κύκλων
• Έλεγχος θερμοκρασίας
• Ροή ψυκτικού μέσου για τον αέρα ή δροσισμένες τις υγρό μπαταρίες

Όργανο ελέγχου

Ένα BMS μπορεί να ελέγξει την κατάσταση της μπαταρίας όπως αντιπροσωπεύεται από τα διάφορα στοιχεία, όπως:

• Τάση: συνολική τάση, τάσεις των μεμονωμένων κυττάρων, ή τάση των περιοδικών βρυσών
• Θερμοκρασία: μέση θερμοκρασία, θερμοκρασία εισαγωγής ψυκτικού μέσου, θερμοκρασία παραγωγής ψυκτικού μέσου, ή θερμοκρασίες των μεμονωμένων κυττάρων
• Ροή ψυκτικού μέσου: για δροσισμένες τις υγρό μπαταρίες
• Ρεύμα: ρεύμα σε ή από την μπαταρία
• Υγεία των μεμονωμένων κυττάρων
• Κράτος της ισορροπίας των κυττάρων