ความปลอดภัยของแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับระบบการจัดการและโมดูลวงจร

คําแนะนํา

ในสังคมที่ทันสมัย แบตเตอรี่ได้กลายเป็นแหล่งพลังงานหลักที่ให้พลังงานกับอุปกรณ์และระบบต่าง ๆ ตั้งแต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่พกพาไปยังรถไฟฟ้า และการหลอมพลังงานขนาดใหญ่อย่างไรก็ตามการใช้งานของแบตเตอรี่มีข้อจํากัด ความสามารถของแบตเตอรี่ ความปลอดภัย และอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ถูกส่งผลกระทบจากปัจจัยหลายอย่าง เพื่อให้การใช้งานของแบตเตอรี่ปลอดภัยและน่าเชื่อถือระบบบริหารแบตเตอรี่ (BMS) และโมดูลวงจรป้องกัน (PCM) ได้ปรากฏขึ้นเป็นการป้องกันที่สําคัญระบบเหล่านี้ทําหน้าที่เป็นผู้คุ้มกัน ติดตามและปกป้องแบตเตอรี่อย่างต่อเนื่อง เพื่อรักษาสภาพการทํางานที่ดีที่สุด

บทที่ 1: เทคโนโลยีแบตเตอรี่และความท้าทาย

1.1 ประเภทและลักษณะของแบตเตอรี่

แบตเตอรี่เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า และมีหลายประเภทขึ้นอยู่กับอิเล็กทรอลิต

• แบตเตอรี่กรดหมู:ประหยัด แต่มีความหนาแน่นของพลังงานต่ํา ขนาดใหญ่ มีอายุการใช้งานจํากัด และมีหมึกอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม
• แบตเตอรี่ไนเคิล-แคดมิอุม:ความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่ากรดลูกศูนย์ ด้วยอายุระยะยาวกว่า แต่มีคาดมิอุมพิษและมีผลต่อความจํา
• แบตเตอรี่ไฮดริดโลหะนิเคิล:ความหนาแน่นของพลังงานที่ดีขึ้น โดยไม่ต้องใช้ความจํา และมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่ต่ํากว่า แต่มีค่าใช้จ่ายสูงกว่า
• แบตเตอรี่ลิทธิียมไอออน:ความหนาแน่นของพลังงานสูง ขนาดคอมแพคต์ น้ําหนักเบา ใช้ชีวิตยาวนานและไม่มีอาการความจํา ปัจจุบันแบตเตอรี่ประเภทที่ใช้กันมากที่สุด
• แบตเตอรี่พอลิเมอร์ลิตียม:รูปแบบลิตியம்ไอออนที่พัฒนามีอิเล็กทรอลิตแข็ง / เจลที่นําเสนอความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้นและปัจจัยรูปแบบที่ยืดหยุ่น แม้จะแพงกว่า

1.2 ปัญหาของแบตเตอรี่

ถึงแม้ว่าจะมีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี แต่แบตเตอรี่ยังต้องเผชิญกับปัญหาที่สําคัญ

• ความเสี่ยงต่อความปลอดภัยความเป็นไปได้ของการอุ่นเกิน, การตัดสายสั้น, หรือระเบิดระหว่างการชาร์จ/การปล่อย, โดยเฉพาะกับแบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นสูง
• อายุการใช้งานจํากัดการลดความจุผ่านการชาร์จรอบสุดท้ายจะนําไปสู่ความล้มเหลว
• การจํากัดการทํางาน:ความหนาแน่นของพลังงาน ความหนาแน่นของพลังงาน และอัตราการชาร์จ/การชาร์จต้องปรับปรุงสําหรับการใช้งานที่หลากหลาย
• ค่าใช้จ่ายสูงโดยเฉพาะสําหรับแบตเตอรี่ความหนาแน่นของพลังงานสูง จํากัดการนํามาใช้ในภาคบางส่วน
• ผลต่อสิ่งแวดล้อมการผลิต การใช้ และการกําจัด อาจทําให้เกิดมลพิษ ถ้าไม่มีการควบคุมที่เหมาะสม

1.3 บทบาทสําคัญของ BMS และ PCM

BMS และ PCM ตอบโจทย์กับปัญหาเหล่านี้โดย:

• เพิ่มความปลอดภัยผ่านการติดตามในเวลาจริงของความแรงดัน, กระแสและอุณหภูมิ
• การขยายอายุการใช้งาน ผ่านกลยุทธ์การชาร์จที่ปรับปรุง และการสมดุลเซลล์
• การปรับปรุงประสิทธิภาพผ่านการควบคุมการชาร์จ/การปล่อยของ
• การลดต้นทุนโดยการลดความถี่ในการเปลี่ยน
• การคุ้มครองสิ่งแวดล้อมด้วยกระบวนการรีไซเคิลที่ดีกว่า

บทที่ 2: ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS)

2.1 คํานิยามและหน้าที่

BMS เป็นระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยที่ติดตาม ควบคุม และบริหารการทํางานของแบตเตอรี่ ด้วยฟังก์ชันหลักดังนี้:

• การติดตามระดับความดัน/กระแสไฟฟ้า/อุณหภูมิ
• การประเมินภาวะการชาร์จ (SOC) และภาวะสุขภาพ (SOH)
• การสมดุลเซลล์
• การป้องกันความแรงเกิน ความแรงต่ํา ความแรงเกิน และความร้อนเกิน
• การสื่อสารข้อมูลและการบันทึก

2.2 สถาปัตยกรรมระบบ

ส่วนประกอบ BMS แบบทั่วไปประกอบด้วย:

• โมดูลรับข้อมูลด้านหน้า
• โมดูลควบคุมหลัก
• โมดูลการปรับสมดุล
• โมดูลป้องกัน
• อินเตอร์เฟซการสื่อสาร

2.3 เทคโนโลยีปรับสมดุล

วิธีการปรับสมดุลหลักสองวิธี

• การปรับสมดุลโดยเฉพาะ:ขยายพลังงานเกินผ่านตัวต่อต้าน (มีประหยัด แต่ไม่มีประสิทธิภาพ)
• การปรับสมดุลอย่างมีกิจกรรม:การโอนพลังงานระหว่างเซลล์ โดยใช้ตัวประกอบความเข้มแข็ง/ตัวนํา (มีประสิทธิภาพสูงกว่า แต่แพงกว่า)

2.4 วิธีการประเมิน SOC

เทคนิคหลักในการคํานวณภาวะค่าธรรมเนียม:

• การนับ Coulomb (เรียบง่าย แต่มีความผิดพลาด)
• การประเมินที่ใช้แรงกดดัน (ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ / ความต้านทาน)
• การกรอง Kalman (แม่นยํา แต่คอมพิวเตอร์เข้มข้น)

2.5 แนวทางการประเมิน SOH

วิธีการประเมินสุขภาพประกอบด้วย

• การวัดความต้านทานภายใน
• การทดสอบความสามารถ
• การนับวงจร

2.6 BMS ที่ทํางาน: การเพิ่มประสิทธิภาพ

ระบบบีเอ็มเอสที่ทํางานให้บริการฟังก์ชันพล็อกแอนด์เพลย์ (plug-and-play) โดยมีข้อดี เช่น

• อายุแบตเตอรี่นานขึ้นถึง 30%
• ลดต้นทุนการออกแบบ
• ปัจจัยรูปแบบที่คอมแพคต์
• การชาร์จเร็วขึ้น
• ความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยเพิ่มขึ้น

ระบบเหล่านี้มีกระแสสมดุลสูง (25 × ระบบประเพณี) และโครงสร้างแบบจําแนกสําหรับการตั้งค่าความดันที่ยืดหยุ่น

2.7 BMS ที่ไม่ใช้งาน: ทางเลือกที่คุ้มค่า

ระบบปาสิฟ ใช้การปรับสมดุลแบบมีความต้านทาน

• ค่าใช้จ่ายต่ํากว่า ด้วยอิเล็กทรอนิกส์ที่เรียบง่าย
• ความสามารถในการปรับสมดุลจํากัด
• จําเป็นต้องจัดการความร้อนอย่างถูกต้อง

บทที่ 3: โมดูลวงจรป้องกัน (PCM)

3.1 คํานิยามและหน้าที่

PCM ให้ความคุ้มครองแบตเตอรี่พื้นฐาน โดยไม่ต้องใช้คุณสมบัติ BMS ที่ก้าวหน้า เช่น การสมดุลหรือการสื่อสาร

3.2 คุณสมบัติการป้องกันแกน

• ปรับความแรงเกิน/ต่ํา
• การป้องกันความแรงเกิน
• การป้องกันความร้อน

3.3 สถาปัตยกรรมระบบ

ส่วนประกอบ PCM แบบทั่วไปประกอบด้วย:

• เครื่องวงจรตรวจจับความแรงกด/กระแสไฟฟ้า/อุณหภูมิ
• โลจิกการควบคุมการป้องกัน
• อุปกรณ์สลับ MOSFET

บทที่ 4: การเปรียบเทียบ BMS vs PCM

4.1 ความแตกต่างทางการทํางาน

BMS ให้บริการจัดการที่ครบวงจร ในขณะที่ PCM เน้นการป้องกันพื้นฐาน

4.2 สถานการณ์การใช้งาน

BMS เหมาะกับการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูง (EVs, การเก็บของในเครือข่าย) ในขณะที่ PCM ให้บริการอิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภค

4.3 ความสัมพันธ์

BMS รวมฟังก์ชันของ PCM โดยอาศัยพื้นฐานการป้องกัน

บทที่ 5: สาขาใช้งาน

5.1 รถไฟฟ้า

BMS รับประกันความปลอดภัย ขยายอายุการใช้งาน และปรับปรุงผลงานใน EVs

5.2 ระบบเก็บพลังงาน

BMS เพิ่มประสิทธิภาพและทําให้การบูรณาการของเครือข่ายฉลาด

5.3 อิเล็กทรอนิกส์พกพา

PCM ให้ความคุ้มครองที่จําเป็นสําหรับอุปกรณ์ผู้บริโภค

บทที่ 6: แนวโน้มในอนาคต

• ความแม่นยําและความน่าเชื่อถือที่ดีขึ้น
• คุณสมบัติสมาร์ทระดับสูง (การเรียนรู้เอง การบํารุงรักษาแบบคาดการณ์)
• การลดต้นทุนและการบริโภคพลังงาน
• ความหนาแน่นของการบูรณาการที่สูงขึ้น

บทที่ 7: สรุป

BMS และ PCM เป็นสิ่งสําคัญสําหรับการใช้งานแบตเตอรี่ที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพในทุกสาขาอุตสาหกรรมการสนับสนุนการแก้ไขพลังงานที่ยั่งยืน.