Hệ thống quản lý pin (BMS) quản lý những gì?

Trong các phương tiện sử dụng năng lượng mới, trạm lưu trữ năng lượng và thiết bị pin lithium, hoạt động an toàn, hiệu quả và tuổi thọ lâu dài của bộ pin lithium phụ thuộc rất nhiều vào BMS (Hệ thống quản lý pin). Nhiều người chỉ biết rằng pin có năng lượng và có thể lưu trữ năng lượng mà không biết rằng BMS chính là “bộ não” quan trọng của pin. Bài viết này, kết hợp năm chức năng cốt lõi, trình bày đầy đủ các khía cạnh chính của việc quản lý pin do BMS quản lý.

Toàn bộ chip BMS hoạt động theo năm chiều, tạo thành một vòng khép kín quản lý pin hoàn chỉnh: cảm biến, bảo vệ, cân bằng, quản lý nhiệt và liên lạc.

1. Cảm biến:Giám sát thời gian thực, hiểu rõ trạng thái hoàn chỉnh của pin

BMS giống như “năm giác quan” của pin, liên tục thu thập ba điểm dữ liệu cốt lõi 24/7: điện áp, dòng điện và nhiệt độ. Thông qua tổng điện áp, điện áp từng tế bào, tổng dòng điện mạch và thu thập dữ liệu nhiệt độ đa điểm, nó nắm bắt chính xác các điều kiện hoạt động theo thời gian thực của từng tế bào, cung cấp nền tảng dữ liệu cho tất cả các chức năng.

2. Bảo vệ:Tấm chắn gấp bốn{0}}để bảo vệ an toàn cho pin. Dựa trên dữ liệu do cảm biến thu thập, BMS kết hợp cơ chế bảo vệ an toàn bốn-lớp để loại bỏ nguy cơ cháy, phồng và hỏng pin: bảo vệ quá tải, bảo vệ-xả quá mức, bảo vệ quá dòng và bảo vệ-quá nhiệt độ. Khi dữ liệu đạt đến ngưỡng nguy hiểm, mạch sẽ bị cắt ngay lập tức và nguồn điện bị hạn chế.

3. Cân bằng:Phối hợp tế bào để sạc và xả đồng bộ. Bộ pin lithium{1}}ion bao gồm hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm tế bào được kết nối nối tiếp. Sự khác biệt về dung lượng pin và điện áp có thể xảy ra giữa lúc xuất xưởng và khi sử dụng lâu dài, đồng thời hiệu ứng "liên kết yếu nhất" làm giảm đáng kể dung lượng sử dụng chung của gói. Chức năng cân bằng thống nhất điện áp di động, loại bỏ chênh lệch điện áp và cải thiện dung lượng và tuổi thọ chung của pin.

4. Quản lý nhiệt:Duy trì nhiệt độ hoạt động của pin tối ưu. Hiệu suất của pin lithium{1}}ion phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ-: sạc ở nhiệt độ-thấp dễ dàng dẫn đến lớp mạ lithium và hư hỏng tế bào, trong khi việc sạc và xả ở nhiệt độ-cao sẽ đẩy nhanh quá trình xuống cấp và gây ra các mối nguy hiểm về an toàn. BMS, kết hợp với hệ thống quản lý nhiệt, kích hoạt các bộ phận làm nóng để làm nóng trước pin ở nhiệt độ thấp, đồng thời kích hoạt quạt và ống làm mát bằng chất lỏng để tản nhiệt ở nhiệt độ cao, khóa pin trong phạm vi hoạt động tối ưu.

5. Truyền thông:Giao tiếp lên xuống, tạo điều kiện trao đổi thông tin giữa xe và người dùng.

BMS đóng vai trò là "người phát ngôn" bên ngoài của pin. Trong nội bộ, nó thu thập dữ liệu từ mỗi ô thông qua kết nối chuỗi-chuỗi. Ở bên ngoài, nó tương tác với VCU của xe và các trạm sạc thông qua bus CAN, đồng thời đồng bộ hóa dữ liệu lên đám mây và ứng dụng di động. Nó có thể xuất tín hiệu nguồn và mức pin cho xe, đồng thời hiển thị quãng đường còn lại và tình trạng sức khỏe của ắc quy cho chủ sở hữu.

ACEY-BP24-300A400Amáy kiểm tra bmslà một nền tảng thử nghiệm có độ chính xác cao-được thiết kế để xác minh chức năng toàn diện của bảng bảo vệ pin lithium và hệ thống quản lý pin (BMS).

1. Thu thập toàn diện dữ liệu pin thô

BMS dựa vào bốn loại phần cứng thu thập dữ liệu để đạt được cảm biến dữ liệu:

• Đo tổng điện áp: Phát hiện điện áp tổng thể của bộ pin để xác định mức dự trữ năng lượng tổng thể;
• Đo điện áp tế bào riêng lẻ: Thu thập điện áp của từng tế bào riêng lẻ để xác định chính xác các tế bào bị lỗi có điện áp bất thường;
• Đo tổng dòng điện: Theo dõi dòng điện mạch sạc và xả để tính toán lượng điện tích và xả;
• Đo nhiệt độ đa{0}}điểm: Triển khai đầu dò nhiệt độ tại nhiều vị trí trong bộ pin để theo dõi mức tăng nhiệt độ của pin theo thời gian thực.

Sau khi thu thập dữ liệu thô, BMS sẽ tự động tính toán bốn thông số trạng thái cốt lõi, chuyển đổi dữ liệu thô thành thông tin hiệu quả mà người dùng và phương tiện có thể hiểu được.

2. Khiên bảo vệ gấp bốn{1}}

Khi phát hiện dữ liệu bất thường, BMS ngay lập tức kích hoạt bảo vệ theo cấp độ để loại bỏ nguy cơ thoát nhiệt tại nguồn:

• Bảo vệ quá tải: Khi điện áp di động đạt đến giới hạn trên trong khi sạc (4,25V đối với pin lithium thông thường), mạch sạc sẽ tự động ngắt kết nối, ngăn chặn việc sạc thêm cũng như phồng lên và cháy tế bào.
• Bảo vệ-phóng điện quá mức: Khi điện áp phóng điện giảm xuống giới hạn dưới (2,8V đối với pin lithium thông thường), đầu ra phóng điện sẽ bị ngắt để tránh hư hỏng vĩnh viễn do cạn kiệt pin.
• Bảo vệ quá dòng: Khi dòng sạc/xả vượt quá ngưỡng an toàn, cầu chì hoặc công tắc điện áp cao-sẽ được kích hoạt để ngắt kết nối, ngăn dòng điện cao làm hỏng pin.
• Bảo vệ-quá nhiệt độ: Khi nhiệt độ pin vượt quá giới hạn an toàn (thường là 55 độ ), công suất đầu ra bị hạn chế hoặc thậm chí tắt, bắt đầu làm mát và tản nhiệt.

Tóm lại: Cảm nhận là con mắt của BMS, bảo vệ là tay chân; chỉ bằng cách xác định chính xác mối nguy hiểm, nó mới có thể nhanh chóng hành động để bảo vệ sự an toàn của pin.

1. Cell Balancing: Overcoming the Barrel Effect and Maximizing Battery Capacity
Khi nhiều ô được kết nối song song hoặc nối tiếp, sẽ xảy ra sự chênh lệch điện áp đáng kể: trong khi sạc, ô có điện áp cao nhất sẽ được sạc đầy trước, buộc hệ thống phải ngừng sạc, trong khi các ô có điện áp thấp hơn -còn lại không thể được sạc đầy; trong quá trình phóng điện, tế bào có điện áp thấp nhất sẽ được phóng điện trước, buộc hệ thống phải tắt, trong khi tế bào-điện áp cao vẫn giữ được một lượng điện tích lớn. Đây là hiệu ứng thùng, trong đó tế bào liên kết yếu nhất xác định dung lượng sử dụng tổng thể của bộ pin. BMS làm giảm sự chênh lệch điện áp di động thông qua hai phương pháp cân bằng:

Cân bằng thụ động:Dựa vào điện trở để tiêu tán điện tích dư thừa từ các tế bào điện áp cao-dưới dạng nhiệt. Phương pháp này có cấu trúc đơn giản, chi phí thấp nhưng lãng phí năng lượng. Nó chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị lưu trữ năng lượng-chi phí thấp và thiết bị{4}}tốc độ thấp.

Cân bằng hoạt động:Sử dụng tụ điện và cuộn cảm làm chất mang năng lượng để truyền điện tích dư thừa từ tế bào-điện áp cao sang tế bào điện áp-thấp. Phương pháp này không gây lãng phí năng lượng và có hiệu suất cân bằng cao, đồng thời được sử dụng rộng rãi trong các phương tiện sử dụng năng lượng mới phổ biến và bộ lưu trữ năng lượng cao cấp-.

Sau khi cân bằng, điện áp của tế bào sẽ ổn định, tăng dung lượng sử dụng của bộ pin và kéo dài đáng kể tuổi thọ của pin.

2. Mạng truyền thông hai lớp-cho khả năng tương tác dữ liệu

Truyền thông BMS bao gồm hai mạng: nội bộ và bên ngoài.

• Giao tiếp nội bộ (chuỗi-daisy): Các chip thu thập tế bào được kết nối nối tiếp để thu thập đồng bộ dữ liệu điện áp và nhiệt độ từ mỗi tế bào, sau đó được tổng hợp vào MCU điều khiển chính.
• Giao tiếp bên ngoài (CAN bus + cloud): Tương tác với bộ điều khiển phương tiện (VCU) và cọc sạc qua đường CAN; đồng thời, dữ liệu được tải lên nền tảng đám mây và ứng dụng di động, cho phép chủ sở hữu kiểm tra mức pin, phạm vi hoạt động, tình trạng pin và cảnh báo lỗi bất kỳ lúc nào.

Pin lithium là thành phần lưu trữ năng lượng cực kỳ nhạy cảm với nhiệt độ-: Nhiệt độ môi trường thấp có thể khiến lithium lắng đọng bên trong tế bào trong quá trình sạc, làm hỏng vĩnh viễn dung lượng pin; việc sạc và xả năng lượng cao- liên tục ở nhiệt độ cao sẽ đẩy nhanh quá trình phân hủy chất điện phân, dễ dẫn đến hiện tượng thoát nhiệt. BMS (Hệ thống quản lý pin) hoạt động cùng với toàn bộ hệ thống quản lý nhiệt để đạt được khả năng kiểm soát nhiệt độ hai chiều:

• Điều kiện nhiệt độ-thấp: Các bộ phận làm nóng-tích hợp được kích hoạt để làm nóng đều bộ pin, chỉ cho phép sạc và xả nguồn điện-cao sau khi đạt đến nhiệt độ thích hợp;
• Điều kiện nhiệt độ-cao: Quạt làm mát và ống làm mát bằng chất lỏng được kích hoạt để loại bỏ nhiệt khỏi các tế bào, giảm nhiệt độ chung của bộ pin, đồng thời hạn chế công suất đầu ra để tránh quá nhiệt thêm. Môi trường kiểm soát nhiệt độ ổn định là rất quan trọng để kéo dài tuổi thọ của pin và ngăn ngừa tai nạn an toàn.

Nếu chúng ta so sánh bộ pin lithium với một nhà kho và các tế bào với các kệ lưu trữ năng lượng điện thì BMS là-người quản lý toàn diện, đóng vai trò như quản gia, vệ sĩ, bác sĩ và điều phối viên:

Cho dù đó là phương tiện chở khách sử dụng năng lượng mới, xe ba bánh điện, xe đạp điện, bộ lưu trữ năng lượng công nghiệp và thương mại hay thiết bị pin lithium di động, BMS được thiết kế tốt và có đầy đủ chức năng là điều kiện tiên quyết cốt lõi để hệ thống pin lithium hoạt động an toàn và ổn định, đồng thời là thành phần cốt lõi không thể thiếu trong quá trình nghiên cứu, phát triển, sản xuất và tái chế của ngành công nghiệp pin lithium.

Chúng tôi cung cấp thiết bị kiểm tra BMS và BMS pin lithium. Xin vui lòng liên hệ với chúng tôi nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào.

Acey New Energy chuyên nghiên cứu và sản xuất thiết bị-cao cấp dành cho pin lithium-ion. Chúng tôi có thể cung cấp-giải pháp toàn diện cho dây chuyền lắp ráp bộ pin lithium. Nếu bạn là người mới trong ngành pin lithium ion và muốn xây dựng dây chuyền sản xuất pin lithium ion hoặc dây chuyền lắp ráp bộ pin lithium ion của riêng mình, chúng tôi có thể cung cấp cho bạn hướng dẫn và hỗ trợ kỹ thuật chuyên nghiệp, vui lòng liên hệ với chúng tôi!

Liên hệ ngay