מה מנהלת מערכת ניהול סוללות (BMS)?

ברכבי אנרגיה חדשים, בתחנות כוח לאגירת אנרגיה ובציוד לסוללות ליתיום, הפעולה הבטוחה, היעילה וארוכה-לאורך החיים של חבילות סוללות ליתיום מסתמכת במידה רבה על BMS (מערכת ניהול סוללות). אנשים רבים יודעים רק שלסוללות יש כוח ויכולות לאגור אנרגיה, אבל הם לא מודעים לכך שה-BMS הוא ה"מוח" המכריע של הסוללה. מאמר זה, המשלב חמש פונקציות ליבה, מפרק במלואו את ההיבטים המרכזיים של ניהול הסוללה המנוהל על ידי ה-BMS.

כל שבב ה-BMS פועל סביב חמישה ממדים, ויוצר לולאה סגורה שלמה לניהול סוללה: חישה, הגנה, איזון, ניהול תרמי ותקשורת.

1. חישה:ניטור- בזמן אמת, הבנת המצב השלם של הסוללה

ה-BMS הוא כמו "חמשת החושים" של הסוללה, אוסף ללא הרף שלוש נקודות נתוני ליבה 24/7: מתח, זרם וטמפרטורה. באמצעות מתח כולל, מתח תא בודד, זרם מעגל כולל ואיסוף נתוני טמפרטורה מרובה-נקודות, הוא לוכד במדויק את תנאי הפעולה בזמן אמת של כל תא, ומספק את בסיס הנתונים לכל הפונקציות.

2. הגנה:מגן מתקפל ארבעה- כדי להגן על בטיחות הסוללה. בהתבסס על נתונים שנאספו על ידי חיישנים, ה-BMS משלב מנגנון בטיחות ארבע-שכבתי כדי למנוע את הסיכונים של שריפה, בליטות וכשל של הסוללה: הגנת טעינת יתר, הגנת-פריקת יתר, הגנה מפני זרם יתר והגנה מפני-טמפרטורת יתר. ברגע שהנתונים מגיעים לסף מסוכן, המעגל מנותק מיד והספק מוגבל.

3. איזון:תיאום תאים לטעינה ופריקה מסונכרנים. ערכות סוללות ליתיום- מורכבות מעשרות או אפילו מאות תאים המחוברים בסדרה. הבדלים בקיבולת התא ובמתח יכולים להתרחש בין השימוש במפעל-לטווח ארוך, והאפקט של "החוליה החלשה ביותר" מפחית באופן משמעותי את הקיבולת השמישה הכוללת של החבילה. פונקציית האיזון מאחדת מתח תאים, מבטלת הפרשי מתח ומשפרת את קיבולת הסוללה ואת תוחלת החיים הכוללת.

4. ניהול תרמי:שמירה על טמפרטורת פעולה אופטימלית של הסוללה. ביצועי סוללת ליתיום-תלויים מאוד בטמפרטורה-: טעינה בטמפרטורה-נמוכה מובילה בקלות לציפוי ליתיום ולנזק לתאים, בעוד שטעינה ופריקה בטמפרטורה- גבוהה מאיצות את השפלה ומהווה סכנות בטיחותיות. ה-BMS, בשילוב עם מערכת הניהול התרמי, מפעיל גופי חימום לחימום מוקדם של הסוללה בטמפרטורות נמוכות ומפעיל מאווררים וצינורות קירור נוזלים לפיזור חום בטמפרטורות גבוהות, ונועל את הסוללה בטווח הפעולה האופטימלי שלה.

5. תקשורת:תקשורת כלפי מעלה ומטה, מקלה על חילופי מידע בין הרכב למשתמש.

ה-BMS פועל כ"דובר" החיצוני של הסוללה. באופן פנימי, הוא אוסף נתונים מכל תא באמצעות חיבור שרשרת-. חיצונית, הוא מקיים אינטראקציה עם ה-VCU ותחנות הטעינה של הרכב באמצעות אפיק ה-CAN, ובמקביל מסנכרן נתונים לענן ואפליקציה לנייד. זה יכול להוציא אותות כוח ורמת הסוללה לרכב ולהציג לבעלים את הטווח הנותר ואת מצב בריאות המצבר.

ACEY-BP24-300A400Aמכונת בודק bmsהיא פלטפורמת בדיקה-בדיוק גבוה המיועדת לאימות פונקציונלי מקיף של לוחות הגנת סוללת ליתיום ומערכות ניהול סוללות (BMS).

1. אוסף מקיף של נתוני סוללה גולמיים

ה-BMS מסתמך על ארבעה סוגים של חומרת רכישת נתונים כדי להשיג חישת נתונים:

• מדידת מתח כולל: מזהה את המתח הכולל של ערכת הסוללות כדי לקבוע את מאגר האנרגיה הכולל;
• מדידת מתח תא בודד: אוספת את המתח של כל תא בודד כדי לאתר במדויק תאים פגומים עם מתח חריג;
• מדידת זרם כולל: מנטר את זרם מעגל הטעינה והפריקה כדי לחשב את כמות הטעינה והפריקה;
• מדידת טמפרטורה מרובת-נקודות: פורס בדיקות טמפרטורה במספר מיקומים בתוך ערכת הסוללה כדי לעקוב אחר עליית טמפרטורת התא בזמן אמת.

לאחר איסוף נתונים גולמיים, ה-BMS מחשב אוטומטית ארבעה פרמטרים של מצב ליבה, והופך את הנתונים הגולמיים למידע יעיל שהמשתמשים והרכב יכולים להבין.

2. מגן הגנה פי ארבעה-

לאחר זיהוי נתונים חריגים, ה-BMS מפעיל מיד הגנה מדורגת כדי למנוע את הסיכון של בריחת תרמית במקורו:

• הגנת טעינת יתר: כאשר מתח התא מגיע לגבול העליון שלו במהלך הטעינה (4.25V עבור סוללות ליתיום קונבנציונליות), מעגל הטעינה מנותק אוטומטית, ומונע טעינה נוספת והתנפחות תא ואש.
• הגנת-פריקה יתר: כאשר מתח הפריקה יורד לגבול התחתון שלו (2.8V עבור סוללות ליתיום קונבנציונליות), פלט הפריקה מנותק כדי למנוע נזק קבוע מדלדול תאים עמוקים.
• הגנה מפני זרם יתר: כאשר זרם הטעינה/הפריקה חורג מסף הבטיחות, הנתיך או מתג המתח הגבוה- מופעל להתנתק, ומונע מזרם גבוה לפרק את התא.
• הגנה על-טמפרטורת יתר: כאשר טמפרטורת הסוללה חורגת ממגבלת הבטיחות (בדרך כלל 55 מעלות ), הספק המוצא מוגבל או אפילו מושבת, מה שמתחיל קירור ופיזור חום.

בקיצור: חישה היא העיניים של ה-BMS, ההגנה היא הידיים והרגליים שלו; רק על ידי זיהוי מדויק של סכנה הוא יכול לנקוט במהירות בפעולה כדי להגן על בטיחות הסוללה.

1. איזון תאים: התגברות על אפקט החבית ומקסום קיבולת הסוללה
כאשר מספר תאים מחוברים במקביל או בסדרה, נוצר הפרש מתח משמעותי: במהלך הטעינה, התא עם המתח הגבוה ביותר נטען תחילה במלואו, מה שמאלץ את המערכת להפסיק את הטעינה, בעוד שתאי המתח הנותרים- אינם ניתנים לטעינה מלאה; במהלך הפריקה, התא עם המתח הנמוך ביותר מתפרק ראשון, מה שמאלץ את המערכת לכבות, בעוד שתאי המתח הגבוה עדיין שומרים על כמות גדולה של טעינה. זהו אפקט החבית, שבו תא החוליה החלש ביותר קובע את הקיבולת השמישה הכוללת של ערכת הסוללות. ה-BMS מחליק את הפרש מתח התא באמצעות שתי שיטות איזון:

איזון פסיבי:מסתמך על נגדים לפיזור מטען עודף מתאי מתח גבוה- כחום. שיטה זו פשוטה במבנה ובעלות נמוכה, אך אנרגיה מבוזבזת. הוא משמש בעיקר באחסון אנרגיה-בעלות נמוכה ובציוד במהירות-נמוכה.

איזון פעיל:משתמש בקבלים ומשרנים כנושאי אנרגיה כדי להעביר מטען עודף מתאי-מתח גבוה לתאי מתח נמוך-. בשיטה זו אין בזבוז אנרגיה ויעילות איזון גבוהה, והיא נמצאת בשימוש נרחב בכלי רכב אנרגיה חדשים מיינסטרים ובאחסון אנרגיה-יוקרתי.

לאחר האיזון, מתחי התא עקביים, מגדילים את הקיבולת השמישה של ערכת הסוללות ומאריכים באופן משמעותי את חיי המחזור שלה.

2. רשת תקשורת דו-שכבתית-ת עבור יכולת פעולה הדדית של נתונים

תקשורת BMS מורכבת משתי רשתות: פנימית וחיצונית.

• תקשורת פנימית (דייזי-שרשרת): שבבי רכישת תאים מחוברים בסדרה כדי לאסוף באופן סינכרוני נתוני מתח וטמפרטורה מכל תא, אשר נצברים לאחר מכן ל-MCU הבקרה הראשי.
• תקשורת חיצונית (CAN bus + ענן): אינטראקציה עם בקר הרכב (VCU) וערימות טעינה באמצעות קווי CAN; במקביל, נתונים מועלים לפלטפורמת הענן ולאפליקציית הסלולר, מה שמאפשר לבעלים לבדוק את רמת הסוללה, הטווח, תקינות הסוללה ואזעקות תקלות בכל עת.

סוללות ליתיום הן רכיבי אחסון אנרגיה רגישים ביותר-לטמפרטורות: טמפרטורות סביבה נמוכות עלולות לגרום לשקיעת ליתיום בתוך התאים במהלך הטעינה, ולגרום נזק לצמיתות לקיבולת הסוללה; טעינה ופריקה מתמשכת של-הספק בטמפרטורות גבוהות מאיצה את פירוק האלקטרוליטים, מה שמוביל בקלות לבריחה תרמית. ה-BMS (מערכת ניהול סוללות) פועלת בשילוב עם מערכת הניהול התרמית כולה כדי להשיג בקרת טמפרטורה דו-כיוונית:

• תנאי טמפרטורה-נמוכים: גופי חימום-מובנים מופעלים לחימום אחיד של ערכת הסוללה, ומאפשרים טעינה ופריקה של-הספק גבוה רק לאחר הגעה לטמפרטורה מתאימה;
• תנאי טמפרטורה- גבוהים: מאווררי קירור וצינורות קירור נוזלים מופעלים כדי להסיר חום מהתאים, להפחית את הטמפרטורה הכוללת של ערכת הסוללות, תוך הגבלת כוח הפלט כדי למנוע התחממות יתר נוספת. סביבת בקרת טמפרטורה יציבה היא חיונית להארכת חיי מחזור הסוללה ולמניעת תאונות בטיחות.

אם נשווה ערכת סוללות ליתיום למחסן, ואת התאים למדפים המאחסנים אנרגיה חשמלית, אזי ה-BMS הוא המנהל הכולל-, הפועל כמשרת, שומר ראש, רופא ומתאם:

בין אם מדובר ברכבי נוסעים חדשים, תלת אופן חשמליים, אופניים חשמליים, אחסון אנרגיה תעשייתי ומסחרי או התקני סוללת ליתיום ניידים, BMS-מעוצב היטב ומתפקד במלואו הוא תנאי הכרחי לתפעול בטוח ויציב של מערכות סוללות ליתיום, ומרכיב ליבה הכרחי בתעשיית המחקר, הפיתוח, הייצור והמיחזור של הסוללות.

אנו מספקים ציוד בדיקת BMS ו-BMS לסוללות ליתיום. אנא אל תהסס לפנות אלינו אם יש לך שאלות כלשהן.

Acey New Energy מתמחה במחקר וייצור של ציוד-מתקדם עבור סוללות ליתיום-יון. אנו יכולים לספק פתרון אחד-לפס ייצור של סוללות ליתיום, אם אתה חדש בתעשיית סוללות ליתיום יון, וברצונך לבנות קו ייצור משלך לסוללות ליתיום או קו ייצור סוללות ליתיום יון, נוכל לספק לך תמיכה טכנית מקצועית והדרכה, אל תהסס לפנות אלינו!

צור קשר עכשיו