Az új energiatechnológiák gyors fejlesztésének korszakában a lítium akkumulátorokat, mint az alapvető energiatároló alkatrészeket, széles körben használják az elektromos járművekben, az energiatároló rendszerekben és a fogyasztói elektronikában. A lítium akkumulátorok kémiai jellemzői azonban több kockázatot jelentenek a működés közben, például a túltöltés, a túlterhelés és a termikus kiszabadulás. Ezenkívül az akkumulátor -csomagban az egyes cellák következetlensége közvetlenül befolyásolhatja az általános teljesítményt és az élettartamot. E kihívások kezelése érdekében az akkumulátorkezelő rendszer (BMS) kulcsfontosságú technológiává vált a lítium akkumulátorok biztonságos és hatékony működésének biztosítása érdekében. Ez a cikk belemerül a lítium akkumulátorok és annak alapfunkcióinak szükségességébe, kezdve a lítium akkumulátorok velejáró tulajdonságaitól.
I. A BMS szükségessége a lítium akkumulátorok jellemzői alapján
A lítium akkumulátorok kémiai tulajdonságai szükségesek a BMS telepítésére a velejáró kockázatok enyhítéséhez. A túltöltés a lítium -dendritek kicsapódásához vezethet a negatív elektróda felületén, potenciálisan lyukasztva az elválasztót, és rövidzárlatokat vagy akár robbanásokat okozva. Ezzel szemben a túlterhelés feloldhatja a rézfóliát a negatív elektródon, ami visszafordíthatatlan kapacitást eredményez. Ezenkívül a lítium akkumulátorok nagyon érzékenyek a hőmérsékletre; A magas hőmérsékletek felgyorsítják az elektrolit bomlását, míg az alacsony hőmérsékletek csökkentik a lítium-ion vándorlási sebességét, befolyásolva a töltést és a kisülési hatékonyságot. Ezenkívül a paraméterek, például a kapacitás és a belső ellenállás változásai az akkumulátor -csomagban az egyes cellák között idővel súlyosbodhatnak, így "fa hordóhatást" hozhat létre, ahol a teljes teljesítményt a leggyengébb cella korlátozza.
A BMS ténylegesen megakadályozza ezeket a kockázatokat az akkumulátor állapotának folyamatos ellenőrzésével, valamint a töltési és kisülési stratégiák dinamikus beállításával. Például az elektromos járművekben a BMS biztosítja, hogy az akkumulátor -csomag optimális hőmérsékleti tartományban 25 és 40 fokos hőmérsékleti tartományban működjön, és fenntartja a feszültségbeli különbségeket az egyes cellák között ± 10 mV -en belül a kezelési technikák kiegyensúlyozása révén, ezáltal meghosszabbítva az akkumulátor -csomag élettartamát több mint 30%-kal. Az adatok azt mutatják, hogy a BMS-sel felszerelt lítium-akkumulátorok több mint 2000 töltés-ürítő ciklust érhetnek el, míg a BMS-nél nem kevesebb, mint 1000 ciklus tarthat.
Ii. A BMS alapvető funkciói
(1) Az akkumulátor állapotának megfigyelése és értékelése
A BMS nagy pontosságú érzékelőket alkalmaz az egyes cellák feszültség-, áram- és hőmérsékleti adatai folyamatos összegyűjtésére, és algoritmusokat használ az akkumulátor töltési állapotának (SOC) és egészségügyi állapotának (SOH) becslésére. Például az elektromos járművekben a BMS -nek több száz cellát kell szkennelnie milliszekundumon belül, és az SOC becslési hibáit ± 3% -on belül kell fenntartani az algoritmusok, például a Kalman szűrő segítségével. Ezenkívül a BMS figyeli a belső ellenállás változásait, és az egészségügyi figyelmeztetéseket váltja ki, amikor az ellenállás a kezdeti érték több mint 30% -ával növekszik.
(2) A vezérlés és a biztonsági védelem töltése és kisülése
A BMS a relék és a MOSFET kapcsolók vezérlésével szabályozza az akkumulátorok töltési és ürítési folyamatait. A töltés során a rendszer dinamikusan beállítja a töltési áramot az akkumulátor hőmérséklete alapján, például egy 1C töltési sebességet használva 25 fokon, és redukálja azt 0. 5C -re 40 fokon. Amikor az egyes cellákban a 4,2 V-ot meghaladó vagy a 2,5 V alá esik a feszültségek kimutatása, a BMS azonnal levágja az áramkört, hogy megakadályozza a túlterhelést és a túlterhelést. Ezenkívül a rendszer rövidzárlat védelmét tartalmazza, amely képes a hibás áramkörök 10 mikrosekundumon belüli leválasztására, hogy elkerülje a termikus kiszabadult eseményeket.
(3) Hőgazdálkodás és sejtek kiegyensúlyozása
A termálkezelés a BMS egyik alapvető funkciója. A rendszer fenntartja az akkumulátor -csomag hőmérsékletét az optimális tartományon belül olyan eszközökön keresztül, mint a folyadékhűtési lemezek, a léghűtő ventilátorok vagy a fűtőfilmek. Például a Tesla 3. modellben található BMS egy szerpentin folyadékhűtőcső kialakítását alkalmazza az akkumulátor -csomag hőmérsékleti különbségeinek ± 2 fokos szabályozására. Az aktív vagy passzív technikák révén elért sejtek kiegyensúlyozása az egyes sejtek közötti következetlenséggel foglalkozik. Az aktív kiegyensúlyozás a DC-DC átalakítókat felhasználja az energia átadására a nagy kapacitású sejtekből az alacsony kapacitású, a 90%-ot meghaladó kiegyensúlyozás eléréséhez, míg a passzív kiegyensúlyozás ellenállások révén eloszlatja a túlzott energiát, a költségérzékeny alkalmazásokhoz alkalmas.
(4) Kommunikáció és adat interakció
A BMS kommunikál a járművezérlőkkel, a töltőállomásokkal és más eszközökkel olyan interfészeken keresztül, mint a CAN Bus és az RS485. Az elektromos járművekben a BMS az akkumulátor állapotát, beleértve a SOC -t, a SOH -t és a hőmérséklet -eloszlást, a járművezérlő rendszert 100 milliszekundumonként. A rendszer támogatja a diagnosztikai protokollokat is, háromszintű riasztásokat váltva ki és korlátozza a jármű teljesítményét, amikor a szigetelési ellenállás 100st\/v alá esik. A fejlett BMS rendszerek távoli megfigyelési képességeket kínálnak, az adatok feltöltését a felhőplatformokra 4G\/5G hálózatokon keresztül a prediktív karbantartás céljából.
Iii. A BMS műszaki kihívásai és fejlesztési trendei
A jelentős előrelépések ellenére a BMS technológia továbbra is több kihívással néz szembe. Először is, a nagy pontosságú megfigyelés elérése megköveteli az érzékelő pontosságának és költségeinek kiegyensúlyozását, például a 0. 1mV feszültség-mintavételi pontosságának elérését és a hőmérséklet-szabályozási pontosságot ± 0. 5 fok. Másodszor, a komplex algoritmusok valós idejű teljesítményének további javulását igényel, különösen a nagy sebességű töltési és kisülési forgatókönyvek során, ahol az SOC becslési algoritmusoknak 10 milliszekundumon belül kell iterálniuk. Ezenkívül a különböző lítium akkumulátorok (pl. NMC, LFP) változó kémiai tulajdonságai nagyobb alkalmazkodóképességet igényelnek a BMS -től.
A jövőre nézve a BMS a nagyobb pontosság, intelligencia és integráció felé fejlődik. Egyrészt az AI algoritmusok integrációja több mint 95%-ra növeli a hiba előrejelzési pontosságát, például az LSTM neurális hálózatok segítségével az akkumulátor fennmaradó élettartamának előrejelzésére. Másrészt a BMS mélyen integrálódik az akkumulátorcsomagokkal, és olyan "intelligens akkumulátor" megoldásokat képez, amelyek 20%-kal növelhetik a térfogati sűrűségt. Ezenkívül a vezeték nélküli BMS technológia kialakulása csökkenti a vezetékköteg használatát, csökkenti a rendszer súlyát és költségeit, és támogatja az elektromos járművek könnyű kialakítását.
Következtetés
Mivel a lítium akkumulátorok "agya" a BMS a valós idejű megfigyelés, a pontos ellenőrzés és az intelligens kezelés révén a biztonsággal, a konzisztenciával és az élettartammal kapcsolatos alapvető kérdésekkel foglalkozik. Az új energiaipar gyors fejlődésével a BMS technológiai szintje közvetlenül befolyásolja az akkumulátor rendszerek teljesítményének mennyezetét. A jövőben a BMS intelligens frissítése, valamint az IoT és a Big Data Technologies integrációja megbízhatóbb technikai támogatást nyújt a lítium akkumulátorok széles körű alkalmazásához, az új energiaforradalom magasabb szintre történő elősegítésével.