System zarządzania baterią (BMS) to elektroniczny system zaprojektowany do monitorowania, zarządzania i ochrony zestawów baterii.odgrywają kluczową rolę w wydłużaniu żywotności bateriiPoniżej szczegółowe wprowadzenie:

Rozpoznanie zaburzeń równowagi komórek

W bateriach składających się z wielu ogniw, rozbieżności w impedancji, temperaturze, właściwościach samoburkowych,i inne czynniki mogą prowadzić do zmian napięcia i stanu ładowania (SOC) między ogniwamiNa przykład podczas ładowania niektóre komórki mogą być w pełni naładowane, podczas gdy inne pozostają niedostatecznie naładowane; podczas rozładowania,niektóre komórki mogą być nadmiernie rozładowane, podczas gdy inne nadal mają pozostały ładunekNierównowaga komórek może powodować przeładowanie lub przeładowanie niektórych komórek, przyspieszając ich degradację i zmniejszając ogólną pojemność i żywotność akumulatora.

Metody i zasady równoważenia komórek

• Wyważanie pasywne:Ta metoda zazwyczaj wykorzystuje rezystory równoważnicze do rozpraszania nadmiaru energii z przeładowanych ogniw jako ciepła, wyrównując tym samym napięcie we wszystkich komórkach.i łatwość wdrażaniaJednakże zużywa ona energię podczas procesu równoważenia, zmniejszając efektywność wykorzystania energii.Jest on stosowany głównie podczas ładowania i może nie być odpowiedni dla scenariuszy szybkiego ładowania ze względu na dłuższy czas równoważeniaNa przykład w systemie biernego równoważenia akumulatora litowo-jonowego, gdy BMS wykryje komórkę o wyższym napięciu, uruchamia rezystor równoważeniowy podłączony do tej komórki,umożliwiające rozpraszanie nadmiaru napięcia w formie ciepła, aż napięcie dostosowuje się do innych ogniw

• Aktywne zrównoważenie:Takie podejście aktywnie przenosi nadmiar energii z wysoko naładowanych ogniw do mniej naładowanych ogniw lub obciążeń, osiągając redystrybucję energii.poprawa efektywności ładowania i ogólnej wydajności zestawu akumulatorówAktywne równoważenie wymaga jednak droższych i bardziej złożonych komponentów sprzętowych, takich jak konwertery, transformatory i induktory.w niektórych systemach aktywnej równowagi, energia z przeładowanych ogniw jest przekazywana do podładowanych przez konwerter prądu stałego i prądu stałego, co umożliwia dynamiczną równowagę między ogniwami.

Rola równoważenia komórek w wydłużaniu żywotności baterii

Oprócz równoważenia komórek BMS wykonuje inne funkcje, takie jak ochrona przed przeładowaniem/przeładowaniem, monitorowanie temperatury i zarządzanie cieplne.Te funkcje działają synergistycznie w celu kompleksowej ochrony akumulatorówPoniżej przedstawiono podsumowanie niektórych powiązanych funkcji i ich roli:

• Zapobieganie nadmiernemu ładowaniu i nadmiernemu rozładowywaniu poszczególnych komórek: Poprzez monitorowanie napięcia i SOC każdej ogniwa w czasie rzeczywistym oraz wdrażanie środków równoważeniowych, system BMS zapewnia utrzymanie napięcia i SOC wszystkich ogniw w rozsądnym zakresie.Zapobiega to przeładowaniu lub głębokim rozładowaniom poszczególnych ogniw, unikając przyspieszonej degradacji pojemności spowodowanej nadmiernymi warunkami ładowania/wyładowania.BMS wykorzystuje równoważenie ogniw w celu zapobiegania przeładowaniu lub przeładowaniu ogniw baterii podczas ładowania i rozładowywania, przedłużając żywotność baterii
• Zwiększenie spójności akumulatora:Równoważenie ogniw zapewnia jednolite napięcie i poziomy SOC we wszystkich komórkach, poprawiając spójność zestawu baterii.Bardziej spójny zestaw baterii działa stabilniej i wydajniej podczas ładowania i rozładowywaniaZmniejsza to prawdopodobieństwo wystąpienia reakcji ubocznych w ogniwach, spowalnia degradację pojemności i wydłuża żywotność baterii.Badania pokazują, że skuteczne zrównoważenie komórek może zwiększyć żywotność baterii o 30-40%
• Optymalizacja wykorzystania energii z akumulatorów:Równoważenie komórek w pełni wykorzystuje energię każdej komórki, maksymalizując ogólną pojemność akumulatora.Pozwala to uniknąć marnotrawstwa energii spowodowanego nierównowagą komórek i zapobiega niewłaściwemu wykorzystaniu pojemności bateriiW rezultacie zestaw baterii działa bardziej efektywnie, zmniejszając częstotliwość cykli ładowania/wyładowania przy tym samym zapotrzebowaniu na energię.Ponieważ degradacja pojemności baterii jest ściśle związana z liczbą cykli ładowania/wyładowaniaNa przykład w systemach magazynowania energii skuteczne zrównoważenie ogniw zapewnia, że zestaw baterii działa bliżej pełnej pojemności,poprawa zużycia energii i wydłużenie żywotności baterii
• Opóźnianie początku ucieczki termicznej:Nierównowaga komórki może prowadzić do nierównomiernego wytwarzania ciepła podczas ładowania i rozładowania.który przyspiesza starzenie się baterii i zwiększa ryzyko ucieczki cieplnejRównoważenie komórek pomaga utrzymać spójny rozkład temperatury w paczce baterii poprzez wyrównanie napięć i prądów komórek.zmniejszenie miejscowego przegrzania i zmniejszenie prawdopodobieństwa ucieczki cieplnejNa przykład w bateriach litowo-jonowych równoważenie komórek działa w połączeniu z systemami zarządzania cieplnym w celu skutecznego kontrolowania temperatury komórki.opóźnianie wystąpienia ucieczki cieplnej i wydłużenie żywotności baterii
• Ochrona przed przeładowaniem/przeładowaniem: poprzez regulację cykli ładowania/wyładowania oraz zapobieganie przeładowaniu lub głębokim rozładowaniom, system BMS zapobiega nadmiernemu napięciu i obciążeniu prądu na ogniwach baterii,zmniejszanie nieodwracalnych reakcji elektrochemicznych i degradacji mocyTo skutecznie przedłuża żywotność baterii.
• Monitoring temperatury i zarządzanie cieplne:System BMS stale monitoruje temperaturę baterii i uruchamia mechanizmy chłodzenia lub dostosowuje szybkość ładowania w razie potrzeby w celu zapobiegania przegrzaniu lub ekstremalnie niskim temperaturomZmniejsza to negatywny wpływ wahań temperatury na wydajność i żywotność baterii, opóźniając starzenie się baterii.
• Szacowanie stanu ładowania (SOC) i stanu stanu zdrowia (SOH): dokładne oszacowanie SOC i SOH pozwala użytkownikom zrozumieć stan baterii i pozostałą pojemność,umożliwiające rozsądne wykorzystanie baterii oraz zapobieganie przeładowaniu lub przeładowaniuTymczasem wczesne wykrycie degradacji pojemności ułatwia terminową konserwację i wymianę, zapewniając wydajność baterii i jej długowieczność.

Wraz z ciągłymi postępami technologicznymi system BMS ewoluuje w kierunku większej precyzji, większej inteligencji i zwiększonej wydajności.wykorzystanie algorytmów uczenia maszynowego w celu optymalizacji selekcji rezystorów pasywnego równoważenia w oparciu o parametry w czasie rzeczywistym, takie jak stopień nierównowagi komórki, czas równoważenia i temperatura ładowania mogą poprawić wydajność równoważenia i zużycie energii.rozwój bezprzewodowego systemu BMS (wBMS) upraszcza projektowanie systemu, zwiększa niezawodność i zapewnia większą elastyczność i korzyści w zakresie równoważenia ogniw i zarządzania baterią.