Zaščitni sistemi baterij: kako delujejo?

Litijevi akumulatorji napajajo vse, od e-koles in električnih orodij do sistemov za shranjevanje energije. Toda zaradi kemije v teh celicah so občutljive. Povečajte napetost previsoko, jih izpraznite prenizko ali pustite, da tok skokovito naraste, in tvegate trajno poškodbo ali, v najslabšem primeru,toplotni beg.

Zaščitni sistemi baterijskega paketasedi med celicami in zunanjim svetom. Spremljajo ključne parametre v realnem času in prekinejo napajanje, ko stvari presežejo varne meje. priGEB, te sisteme vgradimo v vsako pakiranje, ki ga proizvedemo, ker je dobra zaščitna plast tista, ki zbirko celic spremeni v zanesljiv izdelek, ki mu stranke lahko zaupajo leta.

Obstajata dva običajna pristopa: enostavnejšiModul zaščitnega vezja (PCM)in bolj sposobniSistem za upravljanje baterije (BMS). Razumevanje, kako vsak deluje, vam pomaga, ko izbirate ali določate paket.

Kaj so zaščitni sistemi akumulatorja?

Zaščitni sistem baterije je elektronska nastavitev, ki nenehno spremlja napetost, tok in temperaturo, nato pa se aktiviravklopljen, da paket ostane v varnem območju delovanja (SOA).

• PCM (modul zaščitnega vezja)je osnovna verzija. To je v bistvu zaščitna plošča, zgrajena okoli enega ali dveh zaščitnih IC inMOSFETs. Njegovo delo je preprosto: zazna nevarne razmere in odklopi tokokrog. Večina majhnih paketov od 1S do 4S uporabljaPCMker je kompakten in nizek-cen.
• BMS (sistem za upravljanje baterije)gre dlje. Pomislite na to kot na možgane tropa. Uporablja več senzorjev, mikrokrmilnik in programsko opremo za spremljanje vsake celice posebej, izračunavanjeStanje napolnjenosti (SOC)inZdravstveno stanje (SOH), uravnotežijo celice in pogosto komunicirajo z gostiteljsko napravo prek CAN, UART ali Bluetooth.

Tu je jasen-ob-pogled, kako se razlikujejo v praksi:

PCM vam nudi bistveno zaščito brez dodatne zapletenosti.BMSzagotavlja daljšo življenjsko dobo, boljše delovanje in integracijo-na ravni sistema, ko to zahteva vaša aplikacija.

Kako delujejo zaščitni sistemi akumulatorja

Osnovni postopek je enak, ne glede na to, ali uporabljate PCM ali BMS: spremljajte → odločite → ukrepajte → obnovite.

Senzorji (ali zaščitni IC v enostavnejšem PCM) nenehno merijo napetost v celicah, tok, ki teče v ali iz njega, in temperaturo na ključnih točkah. Kontrolna logika primerja te odčitke s prednastavljenimi pragovi. Ko vrednost preseže mejo, sistem izklopi stikala MOSFET, da prekine vezje. Ko se stanje odpravi (na primer, začnete zaračunavatičez-razpraznjen paket), se sistem ponovno poveže.

V tipičnem PCM z uporabo nečesa podobnega DW01+ IC v paru z MOSFET-ji 8205A:

• Normalno delovanje (napetost celice približno 2,5 V – 4,3 V): IC ohranja vklopljene MOSFET-je, tako da tok prosto teče.
• Ko napetost med praznjenjem pade prenizko, IC prekine pot praznjenja.
• Ko napetost med polnjenjem naraste previsoko, prekine pot polnjenja.
• Prekomerni tok ali kratek stik je zaznan zaradi majhne-upornosti samih MOSFET-ov - nenaden padec napetosti na njih signalizira prevelik tok in sproži zaustavitev.

Popoln BMS poleg tega doda še plasti. Zbira podatke iz več senzorjev, izvaja algoritme v svojem mikrokrmilniku in lahko sprejema pametnejše odločitve, kot je zmanjšanje polnilnega toka namesto trdega izklopa ali aktivno premikanje energije med celicami, da jih ohranja v ravnovesju.

Rezultat je v obeh primerih enak: paket ostane znotraj varnih oknov napetosti, toka in temperature, tako da se kemija znotraj celic ne razgradi hitro ali pobegne.

Razložene ključne zaščitne funkcije

Tu so glavne zaščite, s katerimi se boste srečali, in zakaj so pomembne.

Zaščita pred preobremenitvijo

Če napetost celice naraste nad svojo varno največjo vrednost (običajno okoli 4,2 V – 4,25 V za večino celic NMC ali LCO), zaščitno vezje prekine polnilno pot. Nadaljnje prekomerno polnjenje razgradi elektrolit, ustvari toploto in se lahko zaženetoplotni beg. Dobri sistemi vključujejo nekoliko nižji obnovitveni prag, tako da se lahko polnjenje nadaljuje, ko se napetost umiri.

Zaščita pred-praznjenjem

Praznjenje pod približno 2,5 V – 3,0 V na celico povzroči raztapljanje bakra na anodi in trajno izgubo zmogljivosti. Zaščitni sistem prekine tok praznjenja, preden napetost tako močno pade. Številni paketi omogočajo samodejno obnovitev, ko je priključen polnilnik in vrne napetost nazaj v doseg.

Zaščita pred prevelikim tokom in kratkim stikom

Visok tok ustvarja toploto in obremenjuje celice.PCMin BMS oba spremljata tok, pri čemer pogosto uporabljata padec napetosti na MOSFET-jih. Kratek stik je preprosto skrajna različica nadtoka - sistem se odzove v milisekundah in prepreči poškodbe ali požar.

Temperatura in toplotno upravljanje

Temperatura je kritična. Večina litijevih celic najbolje deluje med 15 in 35 stopinjami. Nad tem razponom, zlasti med hitrim polnjenjem ali močnim praznjenjem, se toplota hitro poveča. Enote BMS spremljajo temperaturo na več točkah in lahko dušijo tok ali se popolnoma izklopijo. Pri močnejših-paketih dodamo tudi pasivne ukrepe, kot so toplotne pregrade med celicami ali aktivne hladilne poti.

Uravnoteženje celic

V vsakem paketu z več celicami v nizu majhne razlike v zmogljivosti povzročijo, da se nekatere celice napolnijo ali izpraznijo prej kot druge. Brez uravnoteženja izgubite uporabno zmogljivost in tvegate preveliko-obremenitev posameznih celic. OsnovnoPCMredko uravnoteži. Ustrezen BMS aktivno ali pasivno prenaša energijo, tako da vse celice ostanejo tesno povezane, kar neposredno izboljša življenjsko dobo in varnost.

Te funkcije delujejo skupaj. Paket, ki ima le napetostno zaščito, ne upošteva pa temperature, je še vedno ranljiv. Pri GEB načrtujemo zaščitni sloj kot celoten sistem in ne kot izolirane funkcije.

PCM proti BMS: Izbira pravega pristopa

Za številne nizko-energijske ali stroškovno-občutljive projekte zadostuje dobro-zasnovan PCM. Zanesljivo upravlja s štirimi osnovnimi zaščitami (prenapolnjenost, prekomerna-praznjenost, previsok tok, kratek stik) in poskrbi, da je paket majhen in cenovno dostopen.

Preklopite na BMS, ko vaša aplikacija potrebuje kar koli od naslednjega:

• Daljša življenjska doba ciklauravnoteženje celic
• Natančne informacije o SOC za uporabnika ali sistem
• Komunikacija s polnilniki, pretvorniki ali krmilniki vozil
• Delovanje v spremenljivih ali težkih temperaturnih okoljih
• Višje varnostne meje za večja pakiranja

Vsak teden vidimo, da se ta izbira izvaja s strankami. Proizvajalec prenosnih naprav običajno ostane pri PCM. Projekt e-električnega kolesa ali solarnega shranjevalnika se skoraj vedno preseli v BMS, ker se dodatno spremljanje in uravnoteženje hitro povrneta v realnem{3}}zmogljivosti in manj težav z garancijo.

Zakaj je močna zaščita pomembna za vaš paket baterij

Pravilno zaščiten paket traja dlje, deluje bolj dosledno in povzroča veliko manj preglavic. Zmanjšuje napake na terenu, poenostavlja certificiranje in daje vašim končnim strankam zaupanje, da jih izdelek v kritičnem trenutku ne bo pustil na cedilu.

priGEB zaščite ne obravnavamo kot dodatek-, ampak kot osrednji del zasnove paketa. Ne glede na to, ali uporabljamo kompaktnoPCMza kompaktno baterijo orodja ali-polnofunkcionalnoBMSzCAN komunikacijapri sistemu za shranjevanje energije ostaja cilj enak: ohraniti varno delovanje celic v svojih načrtovanih mejah čim več ciklov.

Končno Čeprav

Zaščitni sistemi baterijskih paketov - bodisi preprosti PCM ali napredniBMS- spreminjajo surove litijeve celice v varne, uporabne izdelke. Spremljajo napetost, tok in temperaturo, nato pa hitro ukrepajo, ko se približajo mejam. Razumevanje teh mehanizmov vam pomaga določiti pravo rešitev za vašo aplikacijo in se izogniti pogostim pastem, ki skrajšajo življenjsko dobo baterije ali ustvarjajo varnostna tveganja.

Če razvijate nov izdelek ali želite izboljšati obstoječegabaterijski paket, vas prosimo, da se obrnete. V podjetju GEB načrtujemo in izdelujemo obojePCM-zaščiteninOpremljen-BMSlitijeve baterije, prilagojene različnim nivojem moči, okoljem in potrebam po zmogljivosti. Povejte nam svoje zahteve in priporočili vam bomo pristop zaščite, ki vam najbolj ustreza.