Anzahl Durchsuchen:0 Autor:Site Editor veröffentlichen Zeit: 2024-03-09 Herkunft:Powered
Das Battery Management System (BMS) wird oft als „Batterie-Nanny“ oder „Haushälterin“ bezeichnet und ist eine Technologie, die speziell dafür entwickelt wurde, den Zustand des Batteriepakets im Auge zu behalten.Es dient in erster Linie der intelligenten Verwaltung und Wartung jeder Batterieeinheit, verhindert das Laden und Entladen, verlängert die Lebensdauer der Batterie und überwacht den Zustand der Batterie.
Zu den Hauptkomponenten des BMS-Batteriemanagementsystems gehören Kommunikationsleitungen, Aktoren, Controller und eine Vielzahl von Sensoren.Um sicherzustellen, dass neue Energieautos alle geltenden Vorschriften und Standards einhalten und dabei sicher fahren können, muss das BMS-Batteriemanagementsystem den Batteriesatz überwachen und die folgenden Aufgaben erfüllen.
BMS ist nicht nur für erforderlich Lithiumbatterien sondern auch für die Zukunft Festkörperbatterien Und Natrium-Ionen-Batterien.
Erkennen von Batterieparametern
Behalten Sie die Batteriebetriebsdaten im Auge, einschließlich Zellstatus, Gleichgewichtsinformationen für jede Zelle, Strom, Spannung, Temperatur und Kühlmittelfluss (für flüssigkeitsgekühlte Batterien).Enthalten sind Gesamtspannung, Gesamtstrom, Temperaturerkennung (es ist am besten, Temperatursensoren an jedem Batteriestrang und an wichtigen Kabelverbindungen zu haben, um Überladung, Tiefentladung und sogar das Phänomen der Verpolung zu verhindern), Raucherkennung (die Elektrolytlecks im Auge behält), usw.) und Isolationserkennung.
Schätzen des Batteriestatus
Berechnen Sie den Betriebsstatus der Batterie, die maximale und minimale Spannung, die Anzahl der Zyklen, die Entladetiefe (DOD), den Sicherheitszustand (SOS), den Gesundheitszustand (SoH), den maximalen Ladestrom (CCL), die Entladestromgrenze (DCL) und intern Widerstand der Batterie, Gesamtlaufzeit, Stromkosten [Ah], Lieferung oder Lagerung, Temperaturerkennung und ob die Batterie durch Flüssigkeit oder Luft gekühlt wird.
Bestehend aus Fehlerortung, Fehlerinformationsausgabe, Fehlertypbewertung und Fehlererkennung.Frühwarnung und Diagnosemethodik werden als Fehlererkennung bezeichnet.Der Ausfall eines Batteriesatzes kann durch einen Sensor, einen Aktor (z. B. ein Schütz, einen Lüfter, eine Pumpe, eine Heizung usw.), einen Hochspannungsbatteriekreis, ein Wärmemanagement-Subsystem, ein Netzwerk oder verschiedene Controller-Hardware verursacht werden und Softwareprobleme usw.
Überspannung (Überladung), Unterspannung (Tiefentladung), Überstrom, sehr hohe Temperatur, interner Kurzschlussfehler, lockere Verbindung, Auslaufen von Batterieelektrolyt, Verringerung der Isolation und andere Probleme gelten allesamt als Fehler des Batteriesatzes selbst .
Sicherheitskontrolle und Alarm für Batterien
Einschließlich elektrischer Hochspannungs-Sicherheitssteuerung und thermischem Systemmanagement.Um hohe oder niedrige Temperaturen, Überladung, Tiefentladung, Überstrom, Auslaufen und andere Schäden an der Batterie und Personen zu verhindern, diagnostiziert das BMS-Batteriemanagementsystem das Problem, benachrichtigt die Fahrzeugsteuerung über das Netzwerk und fordert die Fahrzeugsteuerung auf, dies zu tun effektiv bearbeitet werden.Ab einem bestimmten Schwellenwert kann das BMS-Batteriemanagementsystem die Stromversorgung des Hauptstromkreises unterbrechen.
Das Lademanagementmodul des Batteriemanagementsystems (BMS) reguliert das Ladegerät, um die LiFePO4-Batterie sicher aufzuladen, basierend auf dem Leistungsniveau, der Temperatur und den Batterieeigenschaften des Ladegeräts.
Die Kapazität der Batteriepack ist aufgrund der Inkonsistenz kleiner als die Kapazität des kleinsten Monomers in der Gruppe.Beim Batterieausgleich werden aktive oder passive, dissipative oder nicht-dissipative Gleichgewichtsverfahren auf der Grundlage der Einzelbatterieinformationen verwendet, um die Kapazität des Batteriepacks so nah wie möglich an die minimale Einzelkapazität zu bringen.
Sorgen Sie für ständige Verbesserungen der Batterieleistung und verwalten Sie aktiv die Abweichungen jeder Batterie.
Die Stärke der aktiven Erwärmung und Wärmeableitung wird anhand der Temperaturverteilungsdaten im Akkupack sowie der Lade- und Entladeanforderungen eingestellt.Dadurch kann der Akku bei optimaler Temperatur betrieben und seine Leistung maximiert werden.
Das Batteriemanagementsystem BMS erfordert die Kommunikation mit Netzwerkknoten, wie z. B. der Fahrzeugsteuerung, um den Betriebsstatus über das CAN-Kommunikationsprotokoll an andere Geräte zu melden;Mittlerweile lässt sich das BMS nur schwer am Fahrzeug demontieren und umfasst Online-Kalibrierung, Überwachung, automatische Codegenerierung und Online-Programmdownloads (Aktualisierung ohne Ausbau des Produkts).
Zum Speichern wichtiger Informationen im Speicher, einschließlich Fehlercodes, Konsistenz, kumulativer Lade- und Entlade-Ah-Zahl, SOC, SOH, SOF und SOE.Das eigentliche BMS eines Autos könnte nur einen Teil der oben genannten Hardware und Software enthalten.In jeder Batteriezelle muss mindestens ein Temperatursensor und ein Batteriespannungssensor installiert sein.Für Batteriesysteme mit mehreren Dutzend Batterien kann ein BMS-Controller verwendet werden oder die BMS-Funktionalität kann in den primären Controller des Fahrzeugs integriert werden.In Batteriesystemen mit Hunderten von Batteriezellen kann ein Batteriemodul von einem Master-Controller und vielen untergeordneten Controllern verwaltet werden.Für jedes Batteriemodul mit mehreren Dutzend Batteriezellen könnten einige Leistungsschütze und Ausgleichsmodule vorhanden sein.Diese Module werden verwendet, um das Batteriemodul vom Controller aus zu verwalten, der als Spannungs- und Strommesser fungiert, die Schütze betätigt, die Batteriezelle ausbalanciert und eine Schnittstelle zum Hauptcontroller herstellt.Der Master-Controller schätzt den Batteriezustand, diagnostiziert Fehler, regelt die Temperatur und führt andere Funktionen auf Grundlage der bereitgestellten Daten durch.
Elektroautos haben eine schwierige Betriebsumgebung, daher müssen BMS zusätzlich zu einer geringen externen Strahlung über starke antielektromagnetische Interferenzfähigkeiten verfügen.
Als Batteriepaket-Überwachungszentrum für Fahrzeuge mit neuer Energie muss das BMS-Managementsystem die Batterietemperatur, die Spannung, den Lade- und Entladestrom und andere relevante Parameter für eine dynamische Echtzeitüberwachung überwachen.Bei Bedarf können auch Notfallmaßnahmen ergriffen werden, um die Monomerbatterie zu schützen und Sicherheitsprobleme durch Überladung, übermäßige Hitze oder einen Kurzschluss des Batteriepakets zu verhindern.
Systeme für Elektrofahrzeuge können Energie zurückgewinnen, um die Batterie aufzuladen.
Sowohl das gesamte Batteriepaket als auch jede einzelne Zelle innerhalb des Batteriepakets werden von den Überwachungs- und Steuerungsmöglichkeiten des BMS abgedeckt.Derzeit sind Lithium-Ionen-Batterien die Batterieart mit der höchsten Energiedichte und die bevorzugte Option für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter riesige Energiespeichersysteme, Elektroautos und kleine elektronische Geräte.Trotz der außergewöhnlichen Leistung von Lithiumbatterien gibt es strenge Richtlinien für ihre Verwendung und sie verfügen über einen ausgewiesenen sicheren Betriebsbereich (SOA).
Ohne BMS-Überwachung und -Management ist die Batterie anfällig für schwerwiegende Folgen und bleibende Schäden.Daher ist auch das BMS-Design recht komplex.Die Überwachungsfunktion stellt sicher, dass die elektrischen Parameter, die Steuerung, die Temperatur und andere Parameter der Lithiumbatterie sicher sind.Um zu verhindern, dass Spannung, Strom und Temperatur von Batterien oder Modulen, die das BMS überwacht, den sicheren Betriebsbereich (SOA) überschreiten, arbeiten Sie innerhalb des Datenbereichs.
Für Batteriemanagementlösungen gibt es keinen festgelegten Standard.Mit der Ausführung technischer Funktionen und Gestaltung werden häufig folgende Variablen in Verbindung gebracht:
Zyklusdauer, Sicherheitsbedenken bei Batterieanwendungen und Garantieanforderungen
Regeln für Strafen bei Nichteinhaltung von Sicherheitsstandards und nationale staatliche Zertifizierungsanforderungen
Die grundlegendsten Merkmale des BMS-Designs sind das Kapazitätsmanagement und das Batterieschutzmanagement.Dazu gehört das Batteriesicherheitsmanagement, das es der Batterie ermöglicht, innerhalb des vorgegebenen sicheren Spannungs- und Strombereichs zu arbeiten.Es reguliert außerdem aktiv die Temperatur und verfügt über eine Überhitzungsschutzfunktion, um den Akku in einem gesunden Betriebszustand zu halten.
Da Strom und Spannung einen Einfluss auf die Batteriesicherheit haben, ist die Überwachung des Stroms und der Spannung des Batteriepakets ein grundlegender Bestandteil des Batterieschutzes.Um die Batterie zu schonen, stellen Hersteller das BMS häufig auf den Standardarbeitsbereich von Spannung und Strom ein.Dies verlängert die Lebensdauer der Batterie und verhindert, dass sie über ihren Nennwert hinaus funktioniert.
Lithium-Ionen-Batterien weisen häufig Momentanstrombeschränkungen, Stromspitzenbereiche, Lade- und Entladenutzungszeiten und andere Schutzmechanismen für ihre Lade- und Entladestromgrenzen auf.Beispielsweise ist es möglich, den momentanen maximalen Dauerstrom in Energiespeicherkraftwerken und Elektroautos vorherzusagen.Das BMS-System führt zu einer Verringerung des Stroms oder einem vollständigen Stromstopp, wenn er außerhalb des vorhergesagten Schutzbereichs liegt.
Die Spannung der Lithiumbatterie muss ebenfalls innerhalb eines Spannungsbereichs funktionieren.Die einzigartige chemische Zusammensetzung und die Betriebsbedingungen von Lithiumbatterien bestimmen ihren sicheren Spannungsbereich.Niederspannungs-Lithiumbatterien können an der Anode Kupferdendriten bilden, was die Selbstentladungsrate der Batterie erhöhen und die Sicherheit gefährden würde.Die Verwendung von Niederspannung kann zu einem Memory-Effekt führen, bei dem die Lithiumbatterie an Kapazität verliert.
Um die Batterielebensdauer zu maximieren, wird die Spannung häufig während des Ladens oder des Betriebs großer Stromlasten reguliert.Jeder Umstand, der die Batteriespannung begrenzt, muss dem BMS bekannt sein.Wenn die Spannung einen hohen Grenzwert erreicht, kann es sein, dass der Ladevorgang entweder reduziert oder ganz gestoppt wird;Wenn die Spannung niedrig wird, wird die Last gesenkt.Beispielsweise verringert das BMS eines Elektroautos das Antriebsdrehmoment des Motors, um die Batterie zu schützen, wenn die Batteriespannung während des Betriebs abfällt.
Die Temperatur des Akkupacks kann vom BMS durch Erhitzen oder Kühlen gesteuert werden.Durch die Einrichtung eines Flüssigkeitskühlsystems und einer Heizung zur Regulierung der Batterietemperatur, beispielsweise auf 30 bis 35 Grad Celsius, kann verhindert werden, dass die Batterietemperatur zu stark ansteigt oder fällt.
Die Kapazität von Lithiumbatterien, die bei niedrigen Temperaturen betrieben werden, wird im Wesentlichen drastisch abnehmen, obwohl Lithium-Ionen-Batterien einen breiten Betriebstemperaturbereich haben.Dies ist vor allem auf die geringere chemische Aktivität bei niedrigen Temperaturen zurückzuführen.Unter 5 Grad Celsius können die meisten Lithiumbatterien nicht schnell aufgeladen werden.Das Laden unter 0 Grad Celsius ist nicht zulässig.Die Temperaturkontrolle ist von entscheidender Bedeutung, auch wenn Lithiumbatterien bei niedrigen Temperaturen eine bessere Leistung erbringen als Blei-Säure-Batterien.Der Grund dafür ist, dass es beim Laden von Anodenbatterien bei niedrigen Temperaturen zu einer metallischen Lithiumbeschichtung kommen kann und Vibrationen und Druck die innere Struktur der Batterie dauerhaft beschädigen können.
Die Verbesserung der Batteriekapazität ist ein entscheidender Bestandteil des BMS.Akkus veralten schnell, wenn keine Wartung des Kapazitätsmanagements durchgeführt wird.Die Hauptursache für das Problem ist die Tatsache, dass der Zustand jeder Batterie unregelmäßig variiert.Ein Batteriesatz besteht aus parallel und in Reihe geschalteten Batterien.Die Batterien können eine stark unterschiedliche Konsistenz haben.Beispiele für Faktoren, die zu Abweichungen bei Batteriezellen führen können, sind Selbstentladung und Batteriedämpfung.
BMS ist in der Lage, die Kapazität zu regulieren und auszugleichen, sobald eine Batterieinkonsistenz auftritt.Um eine Überladung zu vermeiden, stoppt beispielsweise der schnellladende Einzelakku den Ladevorgang, bevor er seine volle Kapazität erreicht hat, und lädt stattdessen den langsamladenden Akku während des gesamten Ladevorgangs weiter.Als nächstes sorgt das BMS dafür, dass ungleichmäßiges Laden und Entladen verhindert wird, das Überladen oder Tiefentladen einiger Batterien verhindert wird, der Gesamtladezustand des Batteriepakets ausgeglichen wird und seine Kapazität maximiert wird.
Insgesamt gibt es nur ein BMS, das mit allen Batteriepaketen verbunden ist.Große Batterien benötigen viele Anschlusskabel, was die Wartung und Fehlerbehebung generell erschwert.
Modulare BMS-Architektur
Der Akku ist mit mehreren BMS ausgestattet, von denen eines als Primärmodul dient und für die Überwachung anderer BMS-Module zuständig ist.Obwohl dieses Design recht teuer ist, ist es einfach zu warten und zu debuggen und weist eine starke Skalierbarkeit auf.
Die Master/Slave-Architektur von BMS
Diese Anordnung ähnelt der modularen Struktur, da das Master-BMS alle Rechen-, Steuerungs- und Kommunikationsaufgaben übernimmt, während das Slave-BMS lediglich für die Übertragung von Messdaten verantwortlich ist.Diese Anordnung vereinfacht die Funktionen erheblich und spart gleichzeitig Geld.
Architektur für ein verteiltes BMS
Jede Batterie ist in das Modul der BMS-Steuerplatine integriert.Jedes BMS verwaltet die Berechnungen und Kommunikation selbstständig.Es scheint, dass die Struktur unkompliziert ist.Andererseits werden Wartung und Fehlerbehebung schwieriger und kostspieliger, wenn für jede Batterie ein BMS erforderlich ist.
Da Lithiumbatterien eine hohe Energiedichte aufweisen, ist die BMS-Fehlertoleranzrate recht niedrig.Dank der Weiterentwicklung der BMS- und Lithium-Ionen-Technologie gehören chemisch aktive Lithium-Ionen-Batterien heute zu den sichersten.
