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電池管理系統(tǒng)(BMS)的來龍去脈

發(fā)布時(shí)間:2023-07-11 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】電池管理系統(tǒng)或 BMS 是專用于監(jiān)督電池組的硬件和軟件技術(shù)的集合,電池組本身是組合成模塊并電氣組織成行和列矩陣配置的電池組件。電池管理之所以如此具有挑戰(zhàn)性,是因?yàn)殡姵亟M可能包含成百上千個(gè)電池。這些電池需要根據(jù)預(yù)期的負(fù)載場景和環(huán)境條件在預(yù)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)提供特定范圍的電壓和電流。


什么是電池管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)或 BMS 是專用于監(jiān)督電池組的硬件和軟件技術(shù)的集合,電池組本身是組合成模塊并電氣組織成行和列矩陣配置的電池組件。電池管理之所以如此具有挑戰(zhàn)性,是因?yàn)殡姵亟M可能包含成百上千個(gè)電池。這些電池需要根據(jù)預(yù)期的負(fù)載場景和環(huán)境條件在預(yù)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)提供特定范圍的電壓和電流。


電池管理系統(tǒng)(BMS)的來龍去脈
圖 1相鄰電池之間的不匹配通常會(huì)在嘗試為電池組充電時(shí)產(chǎn)生問題。資料:新思科技


為了確保電池能夠在這些不同的場景下運(yùn)行,BMS 將監(jiān)控電池以檢測條件何時(shí)可能發(fā)生變化,在惡劣環(huán)境中為電池提供保護(hù),估計(jì)電池的運(yùn)行狀態(tài),優(yōu)化電池在變化條件下的性能,向其他相關(guān)設(shè)備電池的運(yùn)行狀態(tài),并與外界進(jìn)行通信。,它可以記錄事件數(shù)據(jù),以便在未來的迭代中改進(jìn)電池行為、性能和安全性。

例如,想想電動(dòng)汽車中的電池。在車輛上路之前,它被置于許多不同的環(huán)境中,需要能夠啟動(dòng)和運(yùn)行。車輛可能會(huì)被開進(jìn)山區(qū),在冰點(diǎn)以下的溫度下過夜?;蛘撸赡茉诩彝ス仿眯衅陂g,在酷熱的條件下在南加州的道路上行駛數(shù)小時(shí)。在任何一種情況下,電池都必須保持在適度溫度區(qū),以獲得性能和壽命。

BMS的重要性

BMS 的主要優(yōu)勢包括功能安全和性能。首先,讓我們討論一下安全性。在大型電池組運(yùn)行中,需要管理致命的電流和電壓水平,以確保在面對不利的運(yùn)行環(huán)境時(shí)保持電池組的完整性。在我們上面分享的 EV 示例中,如果車輛因與車輛斷開連接而發(fā)生碰撞,BMS 對于管理電池(和駕駛員)的安全也至關(guān)重要。

在性能方面,每個(gè)電池都需要保持相對良好的狀態(tài);電池不能過度充電或過度放電,因?yàn)檫@會(huì)影響電池組的壽命。由于制造不一致,即使在同一家工廠生產(chǎn),電池組中的電池也不完全相同。

雖然這些差異初很小,但隨著電池的運(yùn)行,如果管理不當(dāng),它會(huì)在短時(shí)間內(nèi)急劇降低自身容量。當(dāng)某些電池變?nèi)鯐r(shí),它們會(huì)在過度充電時(shí)在電池組中產(chǎn)生“熱點(diǎn)”。電池管理系統(tǒng)就像一個(gè)監(jiān)督委員會(huì)來防止這種情況發(fā)生。


電池管理系統(tǒng)(BMS)的來龍去脈
圖 2 BMS 監(jiān)控每個(gè)電池并利用晶體管開關(guān)和與每個(gè)電池并聯(lián)的適當(dāng)大小的放電電阻器。資料:新思科技


總體而言,電池組保護(hù)管理可確保電池免受過度使用和快速充電和放電循環(huán)的影響,這意味著系統(tǒng)更加穩(wěn)定,并可能提供更多年的服務(wù)。

電池管理系統(tǒng)的類型

電池管理系統(tǒng),就像電池本身一樣,可以很簡單也可以很復(fù)雜,這取決于它們的使用方式以及保護(hù)和優(yōu)化電池所需的不同方式。

雖然對 BMS 進(jìn)行分類的方法有很多,但在本文中,我們將根據(jù)它們的安裝方式以及在電池組中的電池或模塊上的運(yùn)行方式對其進(jìn)行分類。

集中式 BMS 架構(gòu):這種架構(gòu)的特點(diǎn)是電池組組件中有一個(gè)中央 BMS,所有電池包都連接到該中央 BMS。集中式 BMS 的優(yōu)勢包括其緊湊的特性和較低的價(jià)格。然而,這種BMS需要大量的端口來連接所有的電池包,因此維護(hù)和故障排除變得更加繁瑣。

模塊化 BMS 拓?fù)洌号c上述架構(gòu)一樣,此 BMS 分為幾個(gè)重復(fù)的模塊,這些模塊連接到電池組的相鄰部分。雖然模塊化 BMS 拓?fù)涞某杀靖哂诩惺侥K,但故障排除和維護(hù)更容易,并且擴(kuò)展到更大的電池組是一個(gè)簡單的過程。

主/從BMS:在這種架構(gòu)中,從屬模塊僅限于將測量數(shù)據(jù)中繼到主模塊,而主模塊進(jìn)行計(jì)算和處理控制以及外部通信。鑒于從屬模塊的簡單功能,這種架構(gòu)的成本通常較低。

分布式 BMS 架構(gòu):這種架構(gòu)與上述三種架構(gòu)的區(qū)別,因?yàn)樗鼘⑺须娮佑布稍谝粋€(gè)控制板上,直接放置在被監(jiān)控的電池或模塊上,無需笨重的布線,并使每個(gè) BMS 更加自我包含。但是,這確實(shí)會(huì)使故障排除和維護(hù)變得更加困難,并且成本更高,因?yàn)檎麄€(gè)電池組結(jié)構(gòu)中有更多的BMS。


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