Безопасность батареи зависит от систем управления и модулей цепей

Введение

В современном обществе батареи стали основным источником энергии для питания различных устройств и систем, начиная от портативной электроники и заканчивая электромобилями и крупномасштабными решениями для хранения энергии.ОднакоДля обеспечения безопасной и надежной работы батареи при максимальном использовании их потенциала,Системы управления аккумуляторами (BMS) и модули защитных цепей (PCM) стали критически важными средствами защитыЭти системы действуют как хранители, постоянно контролируя и защищая батареи для поддержания оптимальных условий эксплуатации.

Глава 1: Технология аккумуляторов и вызовы

1.1 Типы и характеристики батарей

Аккумуляторы преобразуют химическую энергию в электрическую и бывают разных типов в зависимости от их электролитов:

• Свинцово-кислотные батареи:Экономично эффективны, но имеют низкую плотность энергии, большие размеры, ограниченный срок службы и содержат опасный для окружающей среды свинец.
• Никель-кадмиевые батареи:Более высокая плотность энергии, чем у свинцовой кислоты, с более длительным циклом жизни, но содержит токсичный кадмий и страдает от эффекта памяти.
• аккумуляторы с гидридом никель-металла:Улучшенная плотность энергии без эффекта памяти и меньшее воздействие на окружающую среду, но с более высокой стоимостью.
• Литий-ионные батареи:Высокая плотность энергии, компактный размер, легкий вес, длительный срок службы и отсутствие эффекта памяти - в настоящее время наиболее широко используемый тип батареи.
• Литий-полимерные батареи:Усовершенствованные литий-ионные варианты с твердыми/гелевыми электролитами предлагают повышенную безопасность и гибкие формы, хотя и более дорогие.

1.2 Проблемы с батареей

Несмотря на технологический прогресс, батареи сталкиваются с серьезными проблемами:

• Риски для безопасности:Возможность перегрева, короткого замыкания или взрывов во время зарядки/разрядки, особенно при батареях с высокой плотностью энергии.
• Ограниченный срок службы:Ухудшение мощности через циклы зарядки в конечном итоге приводит к отказу.
• Ограничения работы:Плотность энергии, плотность мощности и скорость зарядки/разрядки требуют улучшения для различных применений.
• Высокие затраты:Особенно для аккумуляторов с высокой плотностью энергии, что ограничивает их применение в некоторых секторах.
• Влияние на окружающую среду:Производство, использование и утилизация могут создавать загрязнение без надлежащего контроля.

1.3 Критическая роль BMS и PCM

BMS и PCM решают эти проблемы путем:

• Улучшение безопасности посредством мониторинга напряжения, тока и температуры в режиме реального времени
• Продление срока службы с помощью оптимизированных стратегий зарядки и балансировки элементов
• Улучшение производительности за счет точного контроля заряда/разряда
• Сокращение затрат путем минимизации частоты замены
• Защита окружающей среды за счет улучшения процессов переработки

Глава 2: Системы управления батареями (BMS)

2.1 Определение и функции

BMS представляет собой передовую электронную систему, которая контролирует, контролирует и управляет работой батареи с следующими основными функциями:

• Мониторинг напряжения/тока/температуры
• Оценка состояния нагрузки (SOC) и состояния здоровья (SOH)
• Балансировка клеток
• Защита от перенапряжения, перенапряжения, перенапряжения и перегрева
• Сообщение и регистрация данных

2.2 Архитектура системы

Типичные компоненты BMS включают:

• Модуль получения данных фронт-энда
• Главный модуль управления
• Балансирующий модуль
• Модуль защиты
• Интерфейс связи

2.3 Технологии балансировки

Два основных метода балансирования:

• Пассивное балансирование:Рассеивает избыточную энергию через резисторы (рентабельно, но неэффективно)
• Активное балансирование:Передача энергии между ячейками с использованием конденсаторов/индукторов (более высокая эффективность, но более дорогая)

2.4 Методы оценки СОК

Ключевые методы расчета сбора за государство:

• Подсчет кулонов (простой, но подверженный ошибкам)
• Оценка на основе напряжения (на которую влияет температура/сопротивление)
• Фильтрация Калмана (точная, но вычислительно интенсивная)

2.5 Подходы к оценке SOH

Методы оценки здоровья включают:

• Измерение внутреннего сопротивления
• Испытания мощности
• Подсчет циклов

2.6 Активная БМС: повышение производительности

Активные системы BMS предлагают функциональность plug-and-play с преимуществами, включающими:

• До 30% больше времени автономной работы
• Снижение затрат на проектирование
• Компактные формы
• Более быстрая зарядка
• Улучшение надежности и безопасности

Эти системы имеют высокие балансирующие токи (25× традиционные системы) и модульную архитектуру для гибкой конфигурации напряжения.

2.7 Пассивная BMS: экономически эффективная альтернатива

Пассивные системы используют сопротивляющее балансирование:

• Более низкая стоимость с более простой электроникой
• Ограниченные возможности балансирования
• Требует надлежащего управления теплой

Глава 3: Модули защитных цепей (PCM)

3.1 Определение и функции

PCM обеспечивает базовую защиту аккумулятора без передовых функций BMS, таких как балансирование или связь.

3.2 Особенности защиты ядра

• Ограничение на перенапряжение/ниженапряжение
• Защита от перенапряжения
• Теплозащита

3.3 Архитектура системы

Типичные компоненты ПКМ включают:

• Схемы для измерения напряжения/тока/температуры
• Логика управления защитой
• Коммутационные элементы MOSFET

Глава 4: Сравнение BMS и PCM

4.1 Функциональные различия

BMS предлагает комплексное управление, в то время как PCM фокусируется на базовой защите.

4.2 Сценарии применения

BMS подходит для высокопроизводительных приложений (электромобили, хранилища в сети), в то время как PCM обслуживает потребительскую электронику.

4.3 Отношения

BMS включает в себя функциональность PCM, опираясь на его защитную основу.

Глава 5: Области применения

5.1 Электромобили

BMS обеспечивает безопасность, продлевает срок службы и оптимизирует производительность электромобилей.

5.2 Системы хранения энергии

BMS повышает эффективность и позволяет интегрировать интеллектуальную сеть.

5.3 Портативная электроника

PCM обеспечивает существенную защиту потребительских изделий.

Глава 6: Будущие тенденции

• Улучшенная точность и надежность
• Усовершенствованные умные функции (самообучение, предсказательное обслуживание)
• Снижение затрат и энергопотребления
• Более высокая плотность интеграции

Глава 7: Заключение

BMS и PCM имеют решающее значение для безопасной и эффективной работы батареи в различных отраслях промышленности.поддержка устойчивых энергетических решений.