หน้าที่ของ BMS คืออะไร?

ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) คือระบบอิเล็กทรอนิกส์ใดๆ ที่จัดการแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ (เซลล์หรือชุดแบตเตอรี่) เช่น โดยการป้องกันแบตเตอรี่จากการทำงานนอกพื้นที่ปฏิบัติการที่ปลอดภัย การตรวจสอบสถานะของแบตเตอรี่ การคำนวณข้อมูลทุติยภูมิ การรายงานข้อมูลนั้น การควบคุม สภาพแวดล้อม รับรองความถูกต้อง และ/หรือปรับสมดุล

ชุดแบตเตอรี่ที่สร้างขึ้นพร้อมกับระบบการจัดการแบตเตอรี่พร้อมบัสข้อมูลการสื่อสารภายนอกคือชุดแบตเตอรี่อัจฉริยะต้องชาร์จแบตเตอรี่อัจฉริยะด้วยเครื่องชาร์จแบตเตอรี่อัจฉริยะ

การป้องกัน

BMS อาจปกป้องแบตเตอรี่โดยป้องกันไม่ให้ทำงานนอกแบตเตอรี่พื้นที่ปฏิบัติงานที่ปลอดภัย, เช่น:

• ชาร์จเกิน
• การคายประจุมากเกินไป
• กระแสเกินระหว่างการชาร์จ
• กระแสเกินระหว่างการคายประจุ
• แรงดันเกินระหว่างการชาร์จมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับกรดตะกั่ว,ลิเธียมไอออนและLiFePO4เซลล์
• แรงดันต่ำระหว่างการคายประจุ มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับเซลล์ Li-ion และ LiFePO4
• อุณหภูมิสูงเกินไป
• ชาร์จไฟขณะอยู่ในอุณหภูมิต่ำ
• แรงดันเกิน (NiMHแบตเตอรี่)
• การตรวจจับความผิดปกติของกราวด์หรือกระแสไฟฟ้ารั่ว (ระบบตรวจสอบว่าแบตเตอรี่แรงดันสูงถูกตัดการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าจากวัตถุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าที่สัมผัสได้เพื่อใช้งาน เช่น ตัวรถ)

BMS อาจป้องกันการทำงานนอกพื้นที่ปฏิบัติการที่ปลอดภัยของแบตเตอรี่โดย:

• รวมทั้งภายในสวิตช์(เช่น กรีเลย์หรือมอสเฟต) ซึ่งจะเปิดขึ้นหากใช้งานแบตเตอรี่นอกพื้นที่ปฏิบัติงานที่ปลอดภัย
• ขอให้อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อแบตเตอรี่ลดหรือหยุดใช้งานหรือชาร์จแบตเตอรี่
• ควบคุมสภาพแวดล้อมอย่างแข็งขัน เช่น ผ่านเครื่องทำความร้อน พัดลม เครื่องปรับอากาศ หรือการระบายความร้อนด้วยของเหลว

สมดุล

เพื่อเพิ่มความจุของแบตเตอรี่ให้สูงสุด และป้องกันการชาร์จน้อยเกินไปหรือเกินพิกัด BMS อาจทำให้แน่ใจว่าเซลล์ทั้งหมดที่ประกอบเป็นแบตเตอรี่มีแรงดันไฟฟ้าหรือสถานะการชาร์จเท่ากันผ่านการปรับสมดุลBMS สามารถปรับสมดุลเซลล์โดย:

• การสูญเสียพลังงานจากเซลล์ที่มีประจุมากที่สุดโดยต่อเข้ากับโหลด(เช่นผ่าน passiveหน่วยงานกำกับดูแล)
• การสับเปลี่ยนพลังงานจากเซลล์ที่มีประจุมากที่สุดไปยังเซลล์ที่มีประจุน้อยที่สุด (บาลานเซอร์)
• การลดกระแสชาร์จให้อยู่ในระดับต่ำเพียงพอซึ่งจะไม่ทำลายเซลล์ที่มีประจุเต็ม ในขณะที่เซลล์ที่มีประจุน้อยอาจยังคงชาร์จต่อไปได้ (ใช้ไม่ได้กับเซลล์เคมีลิเธียม)

การต่อแบตเตอรี่กับวงจรโหลด

นอกจากนี้ BMS ยังอาจมีระบบการชาร์จล่วงหน้าซึ่งช่วยให้สามารถเชื่อมต่อแบตเตอรี่กับโหลดต่างๆ ได้อย่างปลอดภัย และกำจัดกระแสที่ไหลเข้ามากเกินไปไปยังโหลดตัวเก็บประจุ

โดยปกติการเชื่อมต่อกับโหลดจะถูกควบคุมผ่านรีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้าที่เรียกว่าคอนแทควงจรพรีชาร์จสามารถเป็นตัวต้านทานไฟฟ้าที่ต่ออนุกรมกับโหลดจนกระทั่งตัวเก็บประจุถูกชาร์จอีกทางหนึ่ง กแหล่งจ่ายไฟสลับโหมดที่ต่อขนานกับโหลดสามารถใช้เพื่อชาร์จแรงดันไฟฟ้าของวงจรโหลดให้อยู่ในระดับที่ใกล้เคียงกับแรงดันแบตเตอรี่ เพื่อให้สามารถปิดหน้าสัมผัสระหว่างแบตเตอรี่และวงจรโหลดได้BMS อาจมีวงจรที่สามารถตรวจสอบว่ารีเลย์ปิดอยู่หรือไม่ก่อนที่จะทำการชาร์จล่วงหน้า (เช่น เนื่องจากการเชื่อม) เพื่อป้องกันกระแสไหลเข้าที่จะเกิดขึ้น

การสื่อสาร

ตัวควบคุมส่วนกลางของ BMS จะสื่อสารภายในกับฮาร์ดแวร์ที่ทำงานในระดับเซลล์ หรือภายนอกกับฮาร์ดแวร์ระดับสูง เช่น แล็ปท็อปหรือHMI.

การสื่อสารภายนอกระดับสูงทำได้ง่ายและมีหลายวิธี

• ประเภทต่างๆการสื่อสารแบบอนุกรม.
• สามารถโดยสารรถประจำทางการสื่อสารที่ใช้กันทั่วไปในสภาพแวดล้อมของยานยนต์
• ประเภทต่างๆการสื่อสารไร้สาย.

BMS แบบรวมศูนย์แรงดันต่ำส่วนใหญ่ไม่มีการสื่อสารภายใน

BMS แบบกระจายหรือแบบโมดูลาร์ต้องใช้ตัวควบคุมเซลล์ภายในระดับต่ำ (สถาปัตยกรรมโมดูลาร์) หรือการสื่อสารแบบคอนโทรลเลอร์-คอนโทรลเลอร์ (สถาปัตยกรรมแบบกระจาย)การสื่อสารประเภทนี้ทำได้ยากโดยเฉพาะกับระบบไฟฟ้าแรงสูงปัญหาคือการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าระหว่างเซลล์สัญญาณกราวด์เซลล์แรกอาจสูงกว่าสัญญาณกราวด์เซลล์อื่นหลายร้อยโวลต์นอกเหนือจากโปรโตคอลของซอฟต์แวร์แล้ว ยังมีสองวิธีในการสื่อสารฮาร์ดแวร์สำหรับระบบเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าตัวแยกแสงและการสื่อสารไร้สาย.ข้อจำกัดอีกประการสำหรับการสื่อสารภายในคือจำนวนเซลล์สูงสุดสำหรับสถาปัตยกรรมโมดูลาร์ ฮาร์ดแวร์ส่วนใหญ่จำกัดไว้ที่ 255 โหนดสำหรับระบบไฟฟ้าแรงสูง เวลาในการค้นหาเซลล์ทั้งหมดเป็นข้อจำกัดอีกอย่างหนึ่ง การจำกัดความเร็วบัสขั้นต่ำ และการสูญเสียตัวเลือกฮาร์ดแวร์บางอย่างต้นทุนของระบบโมดูลาร์มีความสำคัญ เนื่องจากอาจเทียบได้กับราคาเซลล์ การรวมข้อจำกัดของฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ทำให้เกิดตัวเลือกบางอย่างสำหรับการสื่อสารภายใน:

• การสื่อสารแบบอนุกรมที่แยกได้
• การสื่อสารแบบอนุกรมแบบไร้สาย

เพื่อหลีกเลี่ยงข้อจำกัดด้านพลังงานของสาย USB ที่มีอยู่เนื่องจากความร้อนจากกระแสไฟฟ้า โปรโตคอลการสื่อสารจึงนำมาใช้ในที่ชาร์จโทรศัพท์มือถือสำหรับการต่อรองแรงดันไฟฟ้าสูงได้รับการพัฒนาซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดวอลคอมม์ชาร์จด่วนและMediaTek ปั๊มด่วน."วีโอซี" โดย Oppo (หรือชื่อแบรนด์ว่า "Dash Charge" กับ "OnePlus") เพิ่มกระแสไฟแทนแรงดันโดยมีจุดประสงค์เพื่อลดความร้อนที่เกิดขึ้นในอุปกรณ์จากการแปลงแรงดันไฟฟ้าที่ยกระดับลงภายในเป็นแรงดันการชาร์จที่ขั้วแบตเตอรี่ ซึ่งทำให้ เข้ากันไม่ได้กับสาย USB ที่มีอยู่ และอาศัยสาย USB กระแสสูงพิเศษที่มีสายทองแดงหนาขึ้น เมื่อเร็ว ๆ นี้การส่งพลังงาน USBมาตรฐานมีจุดมุ่งหมายสำหรับโปรโตคอลการเจรจาที่เป็นสากลในอุปกรณ์ต่างๆ ที่มีขนาดไม่เกิน 240 วัตต์

การคำนวณ

นอกจากนี้ BMS อาจคำนวณค่าตามรายการด้านล่าง เช่น:[การอ้างอิงที่จำเป็น]

• แรงดันไฟฟ้า: แรงดันเซลล์ต่ำสุดและสูงสุด
• สถานะของค่าใช้จ่าย(สอค.)หรือความลึกของการปล่อย(DoD) เพื่อระบุระดับการชาร์จของแบตเตอรี่
• สถานะของสุขภาพ(SoH) การวัดความจุที่เหลืออยู่ของแบตเตอรี่ที่กำหนดไว้อย่างหลากหลายเป็น % ของความจุดั้งเดิม
• สถานะของอำนาจ(SoP) ปริมาณพลังงานที่ใช้ได้สำหรับช่วงเวลาที่กำหนด โดยพิจารณาจากการใช้พลังงาน อุณหภูมิ และเงื่อนไขอื่นๆ ในปัจจุบัน
• สถานะความปลอดภัย (SOS)
• กระแสชาร์จสูงสุดเป็น aชาร์จวงเงินปัจจุบัน(ส.ค.ส.)
• กระแสไฟขาออกสูงสุดเป็นขีด จำกัด กระแสไฟขาออก(ดีซีแอล)
• พลังงาน [kWh] ส่งตั้งแต่การชาร์จครั้งล่าสุดหรือรอบการชาร์จ
• ความต้านทานภายในของเซลล์ (เพื่อกำหนดแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด)
• ชาร์จ [Ah] ส่งหรือจัดเก็บ (บางครั้งเรียกคุณสมบัตินี้ว่าเคาน์เตอร์คูลอมบ์)
• พลังงานทั้งหมดที่ได้รับตั้งแต่ใช้งานครั้งแรก
• เวลาใช้งานทั้งหมดตั้งแต่ใช้งานครั้งแรก
• จำนวนรอบทั้งหมด
• การตรวจสอบอุณหภูมิ
• การไหลของน้ำหล่อเย็นสำหรับแบตเตอรี่ที่ระบายความร้อนด้วยอากาศหรือของเหลว

เฝ้าสังเกต

BMS อาจตรวจสอบสถานะของแบตเตอรี่ตามรายการต่างๆ เช่น:

• แรงดันไฟฟ้า: แรงดันรวม แรงดันของแต่ละเซลล์ หรือแรงดันของก๊อกเป็นระยะ
• อุณหภูมิ: อุณหภูมิเฉลี่ย, อุณหภูมิน้ำหล่อเย็นเข้า, อุณหภูมิน้ำหล่อเย็นออก หรืออุณหภูมิของแต่ละเซลล์
• การไหลของน้ำหล่อเย็น: สำหรับแบตเตอรี่ที่ระบายความร้อนด้วยของเหลว
• ปัจจุบัน: กระแสเข้าหรือออกจากแบตเตอรี่
• สุขภาพของแต่ละเซลล์
• สถานะของความสมดุลของเซลล์