Wyzwania w projektowaniu sprzętu baterii BMS

W czasach gwałtownego rozwoju technologii akumulatorów system zarządzania akumulatorami (BMS) jest kluczowym elementem zapewniającym bezpieczną i wydajną pracę akumulatorów.i jego konstrukcja sprzętu stoi przed wieloma wyzwaniamiOto niektóre z głównych wyzwań i trendów w branży w zakresie projektowania sprzętu BMS.

1Wyzwanie dokładności

• BMS wymaga dokładnego pomiaru parametrów napięcia, prądu i temperatury akumulatora w celu dokładnego oszacowania stanu ładowania akumulatora (SOC),stan zdrowia (SOH) i stan mocy (SOP)Charakterystyka chemiczna akumulatorów jest złożona i wpływa na nią różne czynniki, takie jak temperatura i starzenie się.Na przykład:, baterie litowo-żelazowo-fosforowe (LFP) mają niską gęstość energii, ale niskie koszty, długą żywotność cyklu i są stabilne, natomiast baterie litowe niklowo-kobalowo-manganowe (NMC) mają wysoką gęstość energii, ale wysokie koszty.
• Dokładne pomiar napięcia akumulatora jest jednym z kluczowych wyzwań, na które wpływają czynniki takie jak samoobciążenie i zmiany obciążenia akumulatora.Zmiany temperatury znacząco wpływają również na wydajność akumulatora i dokładność pomiaruNa przykład wysokie temperatury przyspieszają starzenie się baterii i zmniejszają jej pojemność i wydajność.

2Wyzwania związane z bezpieczeństwem

• Jednym z podstawowych zadań systemu BMS jest zapewnienie, aby bateria działała w bezpiecznym zakresie i zapobieganie nieprawidłowym sytuacjom, takim jak przeładowanie, przeładowanie, przepływ prądu i nadciśnienie.,przeładowanie spowoduje utratę równowagi reakcji chemicznych wewnątrz baterii, wytwarzanie gazu, zwiększenie ciśnienia wewnątrz baterii, a nawet spowoduje niebezpieczne sytuacje, takie jak wybrzuszenie,pożar lub wybuch; nadmierne rozładowanie może powodować nieodwracalne zmiany chemiczne w materiałach elektrod wewnątrz baterii, zmniejszając jej wydajność i żywotność.
• Zarządzanie cieplne baterii jest również ważnym zagadnieniem bezpieczeństwa w projektowaniu sprzętu BMS. Baterie litowe zazwyczaj wykorzystują łatwopalne elektrolity.Elektrolit rozkłada się i uwalnia ciepło.Nawet jeśli nie zostanie osiągnięta temperatura termiczna, wysokie temperatury pracy mogą przyspieszyć starzenie się akumulatora.

3Wyzwania związane z zarządzaniem cieplą

• BMS wymaga dokładnego pomiaru parametrów napięcia, prądu i temperatury akumulatora w celu dokładnego oszacowania stanu ładowania akumulatora (SOC),stan zdrowia (SOH) i stan mocy (SOP)Charakterystyka chemiczna akumulatorów jest złożona i wpływa na nią różne czynniki, takie jak temperatura i starzenie się.Na przykład:, baterie fosforanowe żelaza litu (LFP) mają niską gęstość energii, ale niskie koszty, długą żywotność cyklu i są stabilne,natomiast baterie litowe niklowo-kobalowo-manganowe (NMC) mają wysoką gęstość energii, ale wysoki koszt PDF.
• Dokładne pomiar napięcia akumulatora jest jednym z kluczowych wyzwań, na które wpływają czynniki takie jak samoobciążenie i zmiany obciążenia akumulatora.Zmiany temperatury znacząco wpływają również na wydajność akumulatora i dokładność pomiaruNa przykład wysokie temperatury przyspieszają starzenie się baterii i zmniejszają jej pojemność i wydajność.

4Wyzwanie kosztów

• Projekt sprzętu BMS wymaga osiągnięcia równowagi między kosztami a wydajnością.co zwiększa koszty systemuNa przykład zastosowanie czujników o wysokiej precyzji i konwerterów analogowo-cyfrowych może poprawić dokładność pomiarów, ale oznacza również wyższe koszty.
• W przypadku dużych systemów akumulatorów, takich jak pojazdy elektryczne i systemy magazynowania energii, koszt BMS stanowi znaczną część całkowitego kosztu systemu,które mogą utrudniać jego szerokie stosowanie w niektórych aplikacjach o wysokich kosztachW związku z tym, jak zmniejszyć koszty przy jednoczesnym zapewnieniu funkcji i wydajności BMS, jest ważnym wyzwaniem, przed którym stoi projektowanie sprzętu.

5Wyzwania dotyczące skalowalności

• Projekt architektury BMS, która może dostosować się do różnych rozmiarów baterii, chemicznej struktury i konfiguracji, jest wyzwaniem.BMS musi być w stanie elastycznie dostosowywać się do przyszłych potrzeb bez dużych modyfikacji lub wymiany.
• Na przykład w pojazdach elektrycznych pojemność i konfiguracja akumulatora mogą się różnić w zależności od modelu,i BMS musi być łatwo rozbudowywany i dostosowywany do potrzeb różnych modeliJednocześnie w odniesieniu do wtórnego wykorzystania baterii wycofanych z pojazdów elektrycznych,W celu spełnienia wymogów dotyczących wydajności i bezpieczeństwa tych starych baterii wymagana jest również dobra skalowalność BMS..

6Wyzwanie wiarygodności

• Sprzęt BMS musi działać stabilnie w różnych warunkach i środowiskach operacyjnych, aby zapewnić niezawodność i bezpieczeństwo systemu baterii.składniki sprzętowe mogą ulec awarii lub pogorszyć swoją wydajność z powodu czynników takich jak zakłócenia elektromagnetyczne, wibracje i wilgotność.
• Na przykład podczas jazdy pojazdem elektrycznym system BMS jest poddawany zakłóceniom elektromagnetycznym wywołanym przez silniki i inne urządzenia elektroniczne,które mogą mieć wpływ na normalną komunikację i przekazywanie danych przez BMSPonadto zestaw baterii będzie poddawany wibracjom i wstrząsom podczas jazdy pojazdu, co może również spowodować uszkodzenie komponentów sprzętowych BMS.

7Wyzwania związane z zgodnością certyfikacji

• Projekt BMS musi być zgodny z różnymi normami bezpieczeństwa i wydajności, takimi jak ISO 26262 dla zastosowań samochodowych i UL 1973 dla baterii stałych.Spełnienie tych wymogów certyfikacyjnych zwiększa złożoność projektowania i rozwoju.
• Wymagania dotyczące certyfikacji BMS różnią się w poszczególnych dziedzinach zastosowań i regionach. Projektanci BMS muszą w pełni uwzględnić te wymagania na każdym etapie projektowania,od wyboru części, poprzez badania zapewnienia jakości i przygotowanie do produkcji, aby zapewnić, że produkt może zdać certyfikację i zostać pomyślnie wprowadzony do obrotu.

8Wyzwanie komunikacji

• W dużych systemach akumulatorów elektronika monitorowania i sterowania jest często rozmieszczana na wielu komponentach płyt drukowanych, a nie na jednym scentralizowanym komputerze BMS.krytyczne dane pomiarowe, dane dotyczące bezpieczeństwa i stanu baterii muszą być ciągle synchronizowane między wieloma węzłami mikrokontrolera.uniemożliwiające prawidłową ocenę napięcia ogniwa akumulatorowego i uruchamianie reakcji ochronnej w przypadku wystąpienia stanu poza zasięgiem.
• Na przykład w pojazdach elektrycznych wymagana jest skuteczna i niezawodna komunikacja między BMS a innymi systemami, takimi jak ładowarki pokładowe, falowniki itp.aby osiągnąć precyzyjne zarządzanie i kontrolę bateriiBraki komunikacji mogą prowadzić do złego zarządzania baterią, wpływając na wydajność i bezpieczeństwo pojazdu.

9. Przyszłe trendy

• Zintegrowany Internet Rzeczy (IoT):Integracja BMS z Internetem Rzeczy w celu umożliwienia zdalnego monitorowania i sterowania oraz poprawy wydajności operacyjnej.BMS może zidentyfikować potencjalne problemy z baterią z wyprzedzeniem i ostrzec je w celu zapewnienia stabilnej pracy systemu.
• Technologia akumulatorów stałych:Akumulatory typu stały zwróciły uwagę ze względu na ich wysoką gęstość energii i dobre bezpieczeństwo, ale ich właściwości wymagają dokładnego zarządzania i kontroli przez BMS.BMS musi być zoptymalizowany pod kątem cech akumulatorów stałych, aby w pełni wykorzystać ich zalety i sprostać nowym wyzwaniom.
• Wykorzystanie wtórne:Zastosowanie wycofanych baterii pojazdów elektrycznych w scenariuszach wtórnego wykorzystania, takich jak systemy magazynowania energii, stawia większe wymagania dla BMS.dokładna ocena ich wyników i stanu zdrowia, oraz zapewnienie bezpieczeństwa i wydajności.