سیستم های حفاظت از بسته باتری: چگونه کار می کنند؟

بسته‌های باتری لیتیومی انرژی همه چیز را از دوچرخه‌های الکترونیکی و ابزار برقی گرفته تا سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی تامین می‌کنند. با این حال، شیمی درون این سلول ها آنها را حساس می کند. فشار ولتاژ بیش از حد بالا، تخلیه آنها خیلی کم، یا اجازه دهید جریان بالا بیاید، و شما در معرض آسیب دائمی قرار می گیرید یا در بدترین موارد،فرار حرارتی.

سیستم های حفاظت از بسته باتریبین سلول ها و دنیای بیرون بنشینید. آنها پارامترهای کلیدی را در زمان واقعی نظارت می کنند و هنگامی که چیزها خارج از محدوده ایمن حرکت می کنند، برق را قطع می کنند. درGEBما این سیستم‌ها را در هر بسته‌ای که تولید می‌کنیم می‌سازیم زیرا یک لایه حفاظتی خوب، مجموعه‌ای از سلول‌ها را به محصولی قابل اعتماد تبدیل می‌کند که مشتریان می‌توانند سال‌ها به آن اعتماد کنند.

دو رویکرد رایج وجود دارد: ساده ترماژول مدار حفاظتی (PCM)و توانمندترسیستم مدیریت باتری (BMS). درک نحوه عملکرد هر کدام به هنگام انتخاب یا تعیین بسته کمک می کند.

سیستم های حفاظت از بسته باتری چیست؟

سیستم حفاظت از بسته باتری یک راه اندازی الکترونیکی است که به طور مداوم ولتاژ، جریان و دما را تماشا می کند، سپس عمل می کند.روشن است تا بسته را در داخل منطقه عملیاتی ایمن خود (SOA) نگه دارد..

• PCM (ماژول مدار حفاظتی)نسخه اصلی است. این در اصل یک برد حفاظتی است که حول یک یا دو آی سی حفاظتی ساخته شده استماسفتس کار آن ساده است: شناسایی شرایط خطرناک و قطع مدار. اکثر بسته های کوچک 1S تا 4S استفاده می کنندPCMزیرا فشرده و کم هزینه-است.
• BMS (سیستم مدیریت باتری)فراتر می رود به آن به عنوان مغز گروه فکر کنید. از چندین سنسور، یک میکروکنترلر و نرم افزار برای نظارت بر هر سلول به صورت جداگانه استفاده می کندوضعیت شارژ (SOC)ووضعیت سلامت (SOH)، سلول ها را متعادل می کند و اغلب از طریق CAN، UART یا بلوتوث با دستگاه میزبان ارتباط برقرار می کند.

در اینجا یک نگاه واضح-به-در مورد تفاوت آنها در عمل آمده است:

PCM بدون پیچیدگی اضافی به شما حفاظت اساسی می دهد.BMSعمر طولانی‌تر، عملکرد بهتر و یکپارچگی در سطح سیستم{0}}در صورت نیاز برنامه شما ارائه می‌کند.

سیستم های حفاظت از بسته باتری چگونه کار می کنند

فرآیند اصلی یکسان است چه از PCM یا BMS استفاده کنید: نظارت → تصمیم گیری → عمل → بازیابی.

سنسورها (یا آی سی حفاظتی در PCM ساده تر) دائماً ولتاژ بین سلول ها، جریان ورودی یا خروجی و دما را در نقاط کلیدی اندازه گیری می کنند. منطق کنترل این قرائت ها را با آستانه های از پیش تعیین شده مقایسه می کند. هنگامی که یک مقدار از یک حد عبور می کند، سیستم سوئیچ های ماسفت را خاموش می کند تا مدار قطع شود. پس از برطرف شدن شرایط (به عنوان مثال، شما شروع به شارژ کردن می کنیدبیش از-بسته تخلیه شده است، سیستم دوباره وصل می شود.

در یک PCM معمولی که از چیزی مانند آی سی DW01+ جفت شده با ماسفت های 8205A استفاده می کند:

• عملکرد عادی (ولتاژ سلول تقریباً 2.5 ولت - 4.3 ولت): آی سی ماسفت ها را روشن نگه می دارد، بنابراین جریان آزادانه جریان می یابد.
• هنگامی که ولتاژ در هنگام تخلیه بسیار کم می شود، آی سی مسیر تخلیه را قطع می کند.
• هنگامی که ولتاژ در هنگام شارژ خیلی زیاد می شود، مسیر شارژ را قطع می کند.
• جریان اضافه یا اتصال کوتاه از طریق مقاومت کوچک-خود ماسفت‌ها - تشخیص داده می‌شود که افت ولتاژ ناگهانی در آن‌ها سیگنال جریان بیش از حد را نشان می‌دهد و باعث خاموش شدن می‌شود.

یک BMS کامل لایه هایی را در بالای آن اضافه می کند. داده‌ها را از چندین حسگر جمع‌آوری می‌کند، الگوریتم‌هایی را در میکروکنترلر خود اجرا می‌کند و می‌تواند تصمیمات هوشمندانه‌تری مانند کاهش جریان شارژ به جای قطع سخت یا حرکت فعال انرژی بین سلول‌ها برای حفظ تعادل آنها اتخاذ کند.

نتیجه در هر دو مورد یکسان است: بسته در پنجره های ولتاژ، جریان و دمای ایمن باقی می ماند تا مواد شیمیایی داخل سلول ها به سرعت تحلیل نرود یا از بین نرود.

توابع حفاظت کلیدی توضیح داده شده است

در اینجا محافظت‌های اصلی که با آن‌ها مواجه خواهید شد و دلیل اهمیت آن‌ها آمده است.

حفاظت از شارژ بیش از حد

اگر ولتاژ سلول به بالاتر از حداکثر ایمن خود برسد (معمولاً در حدود 4.2 ولت تا 4.25 ولت برای اکثر سلول های NMC یا LCO)، مدار حفاظت مسیر شارژ را قطع می کند. شارژ بیش از حد مداوم الکترولیت را تجزیه می کند، گرما تولید می کند و می تواند شروع شودفرار حرارتی. سیستم‌های خوب شامل آستانه بازیابی کمی پایین‌تر می‌شوند، بنابراین پس از حل شدن ولتاژ، شارژ می‌تواند از سر گرفته شود.

حفاظت از تخلیه بیش از-

تخلیه کمتر از 2.5 ولت تا 3.0 ولت در هر سلول باعث انحلال مس در آند و از دست دادن ظرفیت دائمی می شود. سیستم حفاظتی جریان تخلیه را قبل از کاهش ولتاژ قطع می کند. بسیاری از بسته‌ها به محض اتصال شارژر امکان بازیابی خودکار را می‌دهند و ولتاژ را به محدوده بازمی‌گردانند.

حفاظت در برابر جریان بیش از حد و اتصال کوتاه

جریان زیاد گرما تولید می کند و سلول ها را تحت فشار قرار می دهد.PCMو BMS هر دو جریان را کنترل می کنند و اغلب از افت ولتاژ در ماسفت ها استفاده می کنند. یک اتصال کوتاه صرفاً یک نسخه شدید از جریان اضافه است - که سیستم در میلی ثانیه واکنش نشان می دهد تا از آسیب یا آتش سوزی جلوگیری کند.

مدیریت دما و حرارت

دما بحرانی است. اکثر سلول های لیتیومی بین 15 تا 35 درجه بهترین عملکرد را دارند. بالاتر از این محدوده، به خصوص در هنگام شارژ سریع یا تخلیه سنگین، گرما به سرعت ایجاد می شود. واحدهای BMS دما را در چندین نقطه کنترل می کنند و می توانند جریان را کاهش دهند یا به طور کامل خاموش کنند. در بسته‌های برق{6} بالاتر، اقدامات غیرفعال مانند موانع حرارتی بین سلول‌ها یا مسیرهای خنک‌کننده فعال را نیز اضافه می‌کنیم.

تعادل سلولی

در هر بسته با چندین سلول به صورت سری، تفاوت های کوچک در ظرفیت باعث می شود که برخی از سلول ها زودتر از سایرین پر یا خالی شوند. بدون ایجاد تعادل، ظرفیت قابل استفاده را از دست می‌دهید و در خطر-تحت فشار قرار دادن سلول‌ها هستید. اساسیPCMبه ندرت تعادل برقرار می کند. یک BMS مناسب به طور فعال یا غیرفعال انرژی را انتقال می دهد تا همه سلول ها به طور نزدیک با هم مطابقت داشته باشند، که به طور مستقیم عمر چرخه و ایمنی را بهبود می بخشد.

این توابع با هم کار می کنند. بسته ای که فقط حفاظت ولتاژ دارد اما دما را نادیده می گیرد همچنان آسیب پذیر است. در GEB ما لایه حفاظتی را به‌عنوان یک سیستم کامل و نه ویژگی‌های مجزا طراحی می‌کنیم.

PCM در مقابل BMS: انتخاب رویکرد مناسب

برای بسیاری از پروژه‌های کم‌مصرف-یا کم هزینه-، یک PCM{2}}که به خوبی طراحی شده باشد کافی است. این چهار محافظ اصلی (شارژ بیش از-تخلیه، جریان بیش از حد، اتصال کوتاه) را به طور قابل اعتمادی کنترل می کند و بسته را کوچک و مقرون به صرفه نگه می دارد.

زمانی که برنامه شما به یکی از موارد زیر نیاز دارد به BMS بروید:

• طول عمر چرخه طولانی ترتعادل سلولی
• اطلاعات دقیق SOC برای کاربر یا سیستم
• ارتباط با شارژرها، اینورترها یا کنترلرهای خودرو
• عملکرد در محیط‌های دمایی متفاوت یا سخت
• حاشیه های ایمنی بالاتر برای بسته های بزرگتر

ما شاهد انجام این انتخاب هر هفته با مشتریان هستیم. سازنده دستگاه های قابل حمل معمولاً با PCM می ماند. یک -دوچرخه یا پروژه ذخیره‌سازی خورشیدی تقریباً همیشه به BMS منتقل می‌شود، زیرا نظارت و تعادل اضافی در عملکرد واقعی{3}}جهانی و مشکلات ضمانت کمتر به سرعت بازپرداخت می‌کند.

چرا حفاظت قوی برای بسته باتری شما مهم است؟

بسته ای که به درستی محافظت شده باشد، ماندگاری بیشتری دارد، عملکرد ثابت تری دارد و سردردهای بسیار کمتری در پایین دست ایجاد می کند. خرابی های میدانی را کاهش می دهد، صدور گواهینامه را ساده می کند و به مشتریان نهایی شما اطمینان می دهد که محصول در یک لحظه حساس آنها را ناامید نخواهد کرد.

درGEB ما حفاظت را نه به عنوان یک افزودنی- بلکه به عنوان بخش اصلی طراحی بسته در نظر می گیریم. این که آیا ما از یک فشرده استفاده می کنیمPCMبرای یک باتری ابزار جمع و جور یا یک{0}}پر ویژگیBMSباارتباط CANبرای یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی، هدف ثابت می‌ماند: سلول‌ها را به طور ایمن در محدوده‌های طراحی‌شده خود برای حداکثر چرخه‌های ممکن حفظ کنید.

فینال Thoughe

سیستم های حفاظتی بسته باتری - چه PCM ساده و چه پیشرفتهBMS- سلول‌های لیتیوم خام را به محصولات قابل استفاده و ایمن تبدیل می‌کنند. آنها ولتاژ، جریان و دما را کنترل می کنند، سپس با نزدیک شدن به محدودیت ها به سرعت عمل می کنند. درک این مکانیسم ها به شما کمک می کند تا راه حل مناسب را برای برنامه خود مشخص کنید و از مشکلات رایجی که عمر باتری را کوتاه می کند یا خطرات ایمنی ایجاد می کند اجتناب کنید.

اگر در حال توسعه یک محصول جدید هستید یا به دنبال بهبود محصول موجود هستیدبسته باتری، با خیال راحت تماس بگیرید. در GEB ما هر دو را طراحی و تولید می کنیمPCM-محافظت شده استومجهز به BMS-بسته‌های باتری لیتیومی متناسب با سطوح مختلف قدرت، محیط‌ها و نیازهای عملکردی. نیازهای خود را به ما بگویید و ما می‌توانیم روش حفاظتی را که به بهترین وجه مناسب است توصیه کنیم.