O que um sistema de gerenciamento de bateria (BMS) gerencia?

Em novos veículos de energia, usinas de armazenamento de energia e equipamentos de bateria de lítio, a operação segura, eficiente e de longa-vida útil das baterias de lítio depende muito de um BMS (Battery Management System). Muitas pessoas sabem apenas que as baterias têm energia e podem armazenar energia, mas não sabem que o BMS é o “cérebro” crucial da bateria. Este artigo, combinando cinco funções principais, analisa completamente os principais aspectos do gerenciamento de bateria gerenciado pelo BMS.

Todo o chip BMS funciona em torno de cinco dimensões, formando um circuito fechado completo de gerenciamento de bateria: detecção, proteção, balanceamento, gerenciamento térmico e comunicação.

1. Detecção:Monitoramento-em tempo real, compreensão do estado completo da bateria

O BMS é como os “cinco sentidos” da bateria, coletando continuamente três pontos de dados principais 24 horas por dia, 7 dias por semana: tensão, corrente e temperatura. Por meio de tensão total, tensão de célula individual, corrente total do circuito e coleta de dados de temperatura-multiponto, ele captura com precisão as condições operacionais-em tempo real de cada célula, fornecendo a base de dados para todas as funções.

2. Proteção:Escudo-quatro vezes para proteger a segurança da bateria. Com base nos dados coletados pelos sensores, o BMS incorpora um mecanismo de proteção de segurança de quatro{2}} camadas para eliminar os riscos de incêndio, abaulamento e falha da bateria: proteção contra sobrecarga, proteção contra-sobrecarga, proteção contra sobrecorrente e proteção contra-sobretemperatura. Quando os dados atingem um limite perigoso, o circuito é imediatamente cortado e a energia é limitada.

3. Equilíbrio:Coordenação celular para carga e descarga sincronizada. As baterias-de íons de lítio consistem em dezenas ou até centenas de células conectadas em série. Podem ocorrer diferenças na capacidade e voltagem da célula entre a fábrica e o uso-de longo prazo, e o efeito do "elo mais fraco" reduz significativamente a capacidade útil geral do pacote. A função de balanceamento unifica a tensão da célula, elimina diferenças de tensão e melhora a capacidade e vida útil geral da bateria.

4. Gerenciamento Térmico:Manter a temperatura ideal de operação da bateria. O desempenho da bateria de-íon de lítio é altamente dependente da-temperatura: o carregamento em-baixa temperatura leva facilmente ao revestimento de lítio e a danos às células, enquanto o carregamento e a descarga em{4}alta temperatura aceleram a degradação e representam riscos à segurança. O BMS, em conjunto com o sistema de gerenciamento térmico, ativa elementos de aquecimento para pré-aquecer a bateria em baixas temperaturas e ativa ventiladores e tubos de refrigeração líquida para dissipar o calor em altas temperaturas, travando a bateria dentro de sua faixa operacional ideal.

5. Comunicação:Comunicação ascendente e descendente, facilitando a troca de informações entre o veículo e o usuário.

O BMS atua como “porta-voz” externo da bateria. Internamente, ele coleta dados de cada célula por meio de uma conexão-em cadeia. Externamente, ele interage com o VCU do veículo e as estações de carregamento através do barramento CAN, sincronizando simultaneamente os dados com a nuvem e um aplicativo móvel. Ele pode enviar sinais de energia e nível de bateria para o veículo e exibir a autonomia restante e o status da bateria ao proprietário.

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1. Coleta abrangente de dados brutos da bateria

O BMS depende de quatro tipos de hardware de aquisição de dados para obter a detecção de dados:

• Medição de Tensão Total: Detecta a tensão geral da bateria para determinar a reserva geral de energia;
• Medição de tensão de célula individual: coleta a tensão de cada célula individual para localizar com precisão células defeituosas com tensão anormal;
• Medição de Corrente Total: Monitora a corrente do circuito de carga e descarga para calcular a quantidade de carga e descarga;
• Medição de temperatura-multiponto: implanta sondas de temperatura em vários locais da bateria para monitorar o aumento da temperatura da célula em tempo real.

Depois de coletar os dados brutos, o BMS calcula automaticamente quatro parâmetros de estado principais, transformando os dados brutos em informações eficazes que os usuários e o veículo possam compreender.

2. Escudo de proteção quádruplo- vezes maior

Ao detectar dados anormais, o BMS ativa imediatamente a proteção em níveis para eliminar o risco de fuga térmica na sua origem:

• Proteção contra sobrecarga: Quando a tensão da célula atinge seu limite superior durante o carregamento (4,25 V para baterias de lítio convencionais), o circuito de carregamento é desconectado automaticamente, evitando carregamento adicional e inchaço e incêndio da célula.
• Proteção contra-sobredescarga: quando a tensão de descarga cai para seu limite inferior (2,8 V para baterias de lítio convencionais), a saída de descarga é cortada para evitar danos permanentes causados ​​pelo esgotamento profundo da célula.
• Proteção contra sobrecorrente: quando a corrente de carga/descarga excede o limite de segurança, o fusível ou interruptor de alta-tensão é acionado para desconectar, evitando que a alta corrente quebre a célula.
• Proteção-sobretemperatura: quando a temperatura da bateria excede o limite de segurança (normalmente 55 graus), a potência de saída é limitada ou até mesmo desligada, iniciando o resfriamento e a dissipação de calor.

Resumindo: a detecção são os olhos do BMS, a proteção são as mãos e os pés; somente identificando com precisão o perigo é que ele pode agir rapidamente para proteger a segurança da bateria.

1. Balanceamento celular: superando o efeito barril e maximizando a capacidade da bateria
Quando várias células são conectadas em paralelo ou em série, ocorre uma diferença de tensão significativa: durante o carregamento, a célula com a tensão mais alta é totalmente carregada primeiro, forçando o sistema a interromper o carregamento, enquanto as células de tensão-mais baixas restantes não podem ser totalmente carregadas; durante a descarga, a célula com a tensão mais baixa é descarregada primeiro, forçando o desligamento do sistema, enquanto as células de alta-tensão ainda retêm uma grande quantidade de carga. Este é o efeito barril, onde a célula do elo mais fraco determina a capacidade útil geral da bateria. O BMS suaviza a diferença de tensão da célula através de dois métodos de balanceamento:

Balanceamento Passivo:Depende de resistores para dissipar o excesso de carga das células de alta-tensão na forma de calor. Este método é simples em estrutura e baixo custo, mas energia é desperdiçada. Ele é usado principalmente em armazenamento de energia de baixo-custo e em equipamentos-de baixa velocidade.

Balanceamento Ativo:Usa capacitores e indutores como portadores de energia para transferir o excesso de carga de células de alta-tensão para células de baixa-tensão. Este método não tem desperdício de energia e tem alta eficiência de balanceamento, e é amplamente utilizado em veículos convencionais de energia nova e armazenamento-de energia de alta tecnologia.

Após o balanceamento, as tensões das células são consistentes, aumentando a capacidade utilizável da bateria e prolongando significativamente o seu ciclo de vida.

2. Rede de comunicação de camada-dupla para interoperabilidade de dados

A comunicação BMS consiste em duas redes: interna e externa.

• Comunicação interna (em cadeia-): os chips de aquisição de células são conectados em série para coletar de forma síncrona dados de tensão e temperatura de cada célula, que são então agregados ao MCU de controle principal.
• Comunicação externa (barramento CAN + nuvem): Interage com o controlador do veículo (VCU) e pilhas de carregamento através de linhas CAN; simultaneamente, os dados são carregados na plataforma em nuvem e no aplicativo móvel, permitindo que os proprietários verifiquem o nível da bateria, a autonomia, a integridade da bateria e os alarmes de falha a qualquer momento.

As baterias de lítio são componentes de armazenamento de energia extremamente sensíveis à temperatura: as baixas temperaturas ambientes podem causar a deposição de lítio dentro das células durante o carregamento, danificando permanentemente a capacidade da bateria; a carga e descarga contínua-de alta potência em altas temperaturas acelera a decomposição do eletrólito, levando facilmente à fuga térmica. O BMS (Sistema de Gerenciamento de Bateria) funciona em conjunto com todo o sistema de gerenciamento térmico para obter controle de temperatura bidirecional:

• Condições de-baixa temperatura: elementos de aquecimento-incorporados são ativados para aquecer uniformemente a bateria, permitindo carregamento e descarregamento de alta-potência somente depois de atingir uma temperatura adequada;
• Condições-de alta temperatura: ventiladores de resfriamento e tubos de resfriamento líquido são ativados para remover o calor das células, reduzindo a temperatura geral da bateria e limitando a potência de saída para evitar mais superaquecimento. Um ambiente de controle de temperatura estável é crucial para prolongar a vida útil da bateria e prevenir acidentes de segurança.

Se compararmos uma bateria de lítio a um armazém e as células a prateleiras que armazenam energia elétrica, então o BMS é o-gerente completo, atuando como mordomo, guarda-costas, médico e coordenador:

Sejam veículos de passageiros de energia nova, triciclos elétricos, bicicletas elétricas, armazenamento de energia industrial e comercial ou dispositivos portáteis de bateria de lítio, um BMS bem{0}}projetado e totalmente funcional é um pré-requisito essencial para a operação segura e estável de sistemas de baterias de lítio e um componente essencial indispensável nos processos de pesquisa, desenvolvimento, produção e reciclagem da indústria de baterias de lítio.

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