I. وظيفة BMS
أولاً ، سنقوم بتفصيل وظائفها الأربعة الرئيسية.
(1) الإدراك والقياس القياس هو تصور حالة البطارية
هذه هي الوظيفة الأساسية لـ BMS ، بما في ذلك قياس وحساب بعض معلمات المؤشر ، بما في ذلك الجهد والتيار ودرجة الحرارة والطاقة و SOC (حالة الشحن) و SOH (الحالة الصحية) و SOP (حالة الطاقة) و SOE ( دولة 能源). يمكن فهم SOC بشكل عام على أنه مقدار الطاقة المتبقية في البطارية ، وقيمتها بين 0-100٪ ، وهي أهم معلمة في BMS ؛ يشير SOH إلى الحالة الصحية للبطارية (أو درجة تدهور البطارية) ، وهي السعة الفعلية للبطارية الحالية نسبة السعة المقدرة إلى السعة المقدرة ، عندما يكون SOH أقل من 80٪ ، البطارية لا يمكن استخدامها في بيئة طاقة.
(2) الإنذار والحماية
عندما تكون البطارية في حالة غير طبيعية ، يمكن لنظام إدارة المباني إرسال إنذار إلى المنصة لحماية البطارية واتخاذ الإجراءات المناسبة. في الوقت نفسه ، سترسل معلومات الإنذار غير الطبيعية إلى منصة المراقبة والإدارة وتولد معلومات الإنذار بمستويات مختلفة. على سبيل المثال ، عندما ترتفع درجة الحرارة بشكل مفرط ، يقوم نظام إدارة المباني بفصل دائرة الشحن والتفريغ مباشرة ، ويؤدي الحماية من الحرارة الزائدة ، ويرسل إنذارًا إلى الخلفية.
تصدر بطاريات الليثيوم بشكل أساسي إنذارات للمشكلات التالية: الشحن الزائد: الجهد الزائد الفردي ، إجمالي الجهد الزائد ، شحن التيار الزائد ؛ الإفراط في التفريغ: الجهد المنخفض الفردي ، الجهد الكلي للجهد المنخفض ، التيار الزائد التفريغ ؛ درجة الحرارة: درجة حرارة الخلية أعلى ، ودرجة الحرارة المحيطة مرتفعة جدًا ، ودرجة حرارة MOS مرتفعة جدًا ، ودرجة حرارة البطارية منخفضة جدًا ، ودرجة الحرارة المحيطة منخفضة جدًا ؛ الحالة: فيضان ، تصادم ، انعكاس ، إلخ.
(3) إدارة متوازنة
تأتي ضرورة الإدارة المتوازنة من عدم الاتساق في إنتاج البطاريات واستخدامها. من منظور الإنتاج ، كل بطارية لها دورة حياتها وخصائصها. لا توجد بطاريتان متطابقتان. نظرًا لعدم تناسق المواد مثل الفواصل والكاثود والأنودات ، لا يمكن أن تكون سعة البطاريات المختلفة متطابقة تمامًا. على سبيل المثال ، كل خلية بطارية تشكل حزمة بطارية 48V / 20AH لها نطاق معين من الاختلافات في مؤشرات الاتساق مثل فرق الجهد والمقاومة الداخلية. من وجهة نظر الاستخدام ، في عملية شحن البطارية وتفريغها ، لا يمكن أن تكون عملية التفاعل الكهروكيميائي متسقة أبدًا. حتى لو كانت نفس حزمة البطارية ، فإن سعة الشحن والتفريغ للبطارية ستكون مختلفة بسبب اختلاف درجة الحرارة والتأثير ، مما يؤدي إلى سعة خلية غير متسقة. لذلك ، تحتاج البطارية إلى معادلة سلبية ومعادلة نشطة. هذا هو تعيين زوج من العتبات لبدء ونهاية المعادلة: على سبيل المثال ، في مجموعة من البطاريات ، عندما يصل الفرق بين القيمة القصوى للجهد الفردي ومتوسط ​​قيمة الجهد لهذه المجموعة إلى 50 مللي فولت ، يكون المعادلة هي بدأ ، وانتهى التعادل عند 5mV.
(4) الاتصالات وتحديد المواقع
BMS لديها وحدة اتصالات منفصلة ، والتي تستخدم لنقل البيانات وتحديد المواقع على التوالي ، ويمكن أن تنقل البيانات ذات الصلة المستشعرة والمقاسة لمنصة إدارة التشغيل في الوقت الحقيقي.
ثانيًا. يشمل مبدأ عمل حماية BMS
BMS التحكم IC ، مفتاح MOS ، فتيل الصمامات ، الثرمستور NTC ، مثبط الجهد العابر TVS ، المكثف والذاكرة ، إلخ. يظهر شكله المحدد في الشكل:

في الشكل أعلاه ، يتحكم IC في مفتاح التحكم MOS لتشغيل وإيقاف الدائرة لحماية الدائرة ، ويحقق FUSE الحماية الثانوية على هذا الأساس ؛ TH هو الكشف عن درجة الحرارة ، والداخل هو 10K NTC ؛ NTC يدرك بشكل أساسي الكشف عن درجة الحرارة ؛ أجهزة التلفاز بشكل أساسي لمنع زيادة التيار.
(1) دائرة الحماية الأولية
Control IC إن IC التحكم في الشكل أعلاه مسؤول عن مراقبة جهد البطارية وتيار الحلقة ، والتحكم في مفاتيح اثنين من MOS. يمكن تقسيم IC التحكم إلى AFE و MCU: AFE (Active Front End ، شريحة أمامية تمثيلية) هي شريحة أخذ عينات من البطارية ، والتي تستخدم بشكل أساسي لجمع الجهد والتيار لخلية البطارية. MCU ((وحدة متحكم دقيق ، رقاقة متحكم) تحسب وتتحكم بشكل أساسي في المعلومات التي تم جمعها بواسطة AFE.
العلاقة بين الاثنين موضحة في الشكل:

1. AFE
AFE عبارة عن رقاقة ذات 6 سنون ، CO ، DO ، VDD ، VSS ، DP و VM ، المقدمة على النحو التالي:
CO: خرج الشحن (التحكم في الشحن) ؛
هل: إخراج التفريغ (التحكم في التفريغ) ؛
VDD: جهد إمداد الطاقة ، المعروف أيضًا باسم جهد الخرج ، هو المكان الذي يحتوي على أعلى جهد ؛
VSS: الجهد المرجعي ، وهو المكان الذي يحتوي على أقل جهد ؛
VM: راقب قيمة الجهد عبر MOS.
عندما يكون BMS طبيعيًا ، يكون CO ، DO ، VDD عالي المستوى ، VSS ، VM منخفض المستوى ، عندما تتغير أي معلمة VDD أو VSS أو VM ، يتغير مستوى CO أو DO.
2. MCU
يشير MCU إلى وحدة التحكم الدقيقة ، والمعروفة أيضًا باسم الكمبيوتر المصغر أحادي الشريحة ، والذي يتميز بمزايا الأداء العالي ، والاستهلاك المنخفض للطاقة ، والقابل للبرمجة ، والمرونة العالية. يستخدم على نطاق واسع في الإلكترونيات الاستهلاكية والسيارات والصناعة والاتصالات والحوسبة والأجهزة المنزلية والمعدات الطبية وغيرها من المجالات. في BMS ، تعمل MCU بمثابة الدماغ ، حيث تلتقط جميع البيانات من أجهزة الاستشعار من خلال الأجهزة الطرفية وتعالج البيانات لاتخاذ القرارات المناسبة بناءً على ملف تعريف حزمة البطارية. تعالج شريحة MCU المعلومات التي تم جمعها بواسطة شريحة AFE ، وتلعب دور الحساب (مثل SOC و SOP وما إلى ذلك) والتحكم (MOS off ، on ، إلخ) ، وبالتالي فإن نظام إدارة البطارية لديه متطلبات عالية على أداء شريحة MCU. يدرك كل من AFE و MCU حماية الدائرة من خلال التحكم في MOS.
3.MOS
MOS هو اختصار لترانزستور تأثير المجال وأكسيد المعادن وأشباه الموصلات ، والمشار إليه باسم ترانزستور تأثير المجال ، والذي يعمل كمفتاح في الدائرة ويتحكم في تشغيل وإيقاف دائرة الشحن ودائرة التفريغ على التوالي. مقاومتها صغيرة جدًا ، لذا فإن مقاومتها لها تأثير ضئيل على أداء الدائرة. في ظل الظروف العادية ، يكون تيار الاستهلاك لدائرة الحماية هو مستوى μA ، وعادة ما يكون أقل من 7μA.
4. تحقيق الحماية الأولية BMS: الربط بين التحكم IC و MOS
في حالة زيادة شحن بطارية الليثيوم أو الإفراط في تفريغها أو زيادة التيار ، سيؤدي ذلك إلى حدوث تفاعلات كيميائية جانبية داخل البطارية ، مما سيؤثر بشكل خطير على أداء البطارية وعمر خدمتها ، وقد يولد كمية كبيرة من الغاز ، مما يؤدي إلى زيادة الضغط الداخلي بسرعة البطارية ويؤدي في النهاية إلى تحرير الضغط. يفتح الصمام ويخرج المنحل بالكهرباء لإحداث هروب حراري.
عند حدوث الموقف أعلاه ، ستقوم BMS بتنشيط آلية الحماية وتنفيذها على النحو التالي:

(1) الحالة الطبيعية
في الحالة العادية ، كل من دبابيس "CO" و "DO" في الدائرة الكهربائية ذات المستوى العالي ، وكلاهما MOS في حالة التوصيل ، ويمكن شحن البطارية وتفريغها بحرية.
(2) حماية الشحن الزائد
عند الشحن ، سوف يقوم AFE دائمًا بمراقبة الجهد بين السن 5 VDD والدبوس 6 VSS. عندما يكون هذا الجهد أكبر من جهد قطع الشحن الزائد ، ستتحكم MCU في دبوس 3 CO (يتغير دبوس ثاني أكسيد الكربون من مستوى عالٍ إلى مستوى منخفض) Ping) لإغلاق أنبوب MOS M2 ، في هذا الوقت يتم قطع دائرة الشحن ، و لا يمكن تفريغ البطارية إلا. في هذا الوقت ، نظرًا لوجود الصمام الثنائي للجسم V2 لأنبوب M2 ، يمكن للبطارية تفريغ الحمل الخارجي من خلال هذا الصمام الثنائي.
(3) حماية الإفراط في التفريغ
عند التفريغ ، تراقب AFE دائمًا الجهد بين السن 5 VDD والدبوس 6 VSS. عندما يكون هذا الجهد أقل من جهد قطع التفريغ الزائد ، سوف تقوم MCU بتمرير الدبوس 1 DO (يتغير دبوس DO من مستوى عالٍ إلى مستوى منخفض) قم بإيقاف تشغيل أنبوب MOS M1 ، ثم يتم قطع دائرة التفريغ والبطارية لا يمكن إلا أن تكون مشحونة. في هذا الوقت ، نظرًا لوجود الصمام الثنائي للجسم V1 من ترانزستور MOS M1 ، يمكن للشاحن شحن البطارية من خلال الصمام الثنائي.
(4) حماية التيار الزائد
أثناء عملية التفريغ العادية للبطارية ، عندما يمر تيار التفريغ من خلال اثنين من MOSs على التوالي ، سيتم إنشاء جهد في كلا الطرفين بسبب مقاومة MOS. قيمة الجهد U = 2IR ، و R هي مقاومة MOS واحدة. سيراقب AFE pin 2 VM قيمة الجهد طوال الوقت. عندما يكون تيار الحلقة كبيرًا جدًا بحيث يكون الجهد U أكبر من عتبة التيار الزائد ، ستقوم MCU بإيقاف تشغيل ترانزستور MOS M1 من خلال أول دبوس DO (يتغير دبوس DO من مستوى عالٍ إلى مستوى منخفض) ، ويتم قطع حلقة التفريغ ، بحيث يكون التيار في الحلقة صفرًا. ، لتلعب دور حماية التيار الزائد.
(5) حماية ماس كهربائى
على غرار مبدأ العمل للحماية من التيار الزائد ، عندما يكون تيار الحلقة كبيرًا جدًا بحيث يصل الجهد U على الفور إلى عتبة الدائرة القصيرة ، فإن MCU ستقوم بإيقاف تشغيل أنبوب MOS M1 من خلال أول دبوس DO (يتغير دبوس DO من مستوى عالٍ إلى مستوى منخفض) ، وقطع دائرة التفريغ بمثابة حماية ماس كهربائى. وقت تأخير الحماية من الماس الكهربائي قصير جدًا ، وعادة ما يكون أقل من 7 ميكروثانية.

يمكن وصف ما سبق باختصار على أنه:

حالة الدائرة	موس 1	موس 2	حالة الشحن والتفريغ
الوضع الطبيعي	على	على	قابلة للشحن وقابلة للشحن
على مدى حماية تهمة	على	عن	قابلة للشحن وغير قابلة لإعادة الشحن
على مدى حماية التفريغ	عن	على	قابلة لإعادة الشحن غير قابلة لإعادة الشحن
على الحماية الحالية	عن	على	عندما يتم تحرير التيار الزائد ، يمكن شحنها وتفريغها
حماية ماس كهربائى	عن	على	عندما يتم تحرير الدائرة القصيرة ، يمكن شحنها وتفريغها

(2) دائرة الحماية الثانوية: فتيل ثلاثي الأطراف
لأسباب أمنية ، لا تزال هناك حاجة إلى إضافة آلية حماية ثانوية. في المرحلة الحالية ، يتم تطبيق REP (واقي مقاوم مدمج ، واقي مقاومة مدمج) بشكل كبير ، في حين أن الصمامات ثلاثية الأطراف أكثر فعالية من حيث التكلفة بالمقارنة.
عندما يكون التيار كبيرًا جدًا ، سيتم تفجير المصهر بنفس مبدأ المصهر العادي ؛ وعندما يكون MOS في حالة تشغيل غير طبيعية ، فإن جهاز التحكم الرئيسي سوف يفجر المصهر ثلاثي الأطراف تلقائيًا. تتمثل المزايا الرئيسية لآلية الحماية الأمنية هذه في انخفاض استهلاك الطاقة وسرعة الاستجابة وتأثير الحماية الجيد. في هذه المرحلة ، يتمتع بإمكانية تطبيق عالية ويستخدم على نطاق واسع في السيارات الكهربائية والهواتف المحمولة وغيرها من المعدات.

دائرة حماية ثلاثية المستويات: NTC و TVS1.NTC الثرمستور الثرمستور ، وهو حساس للغاية للحرارة ، هو نوع من المقاوم المتغير ، ينقسم بشكل أساسي إلى PTC و NTC. PTC (معامل درجة الحرارة الإيجابية ، الثرمستور ذو معامل درجة الحرارة الإيجابي) ، كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زادت المقاومة ، وتستخدم بشكل أساسي في قاتلات البعوض والسخانات وغيرها من المنتجات. NTC (معامل درجة الحرارة السالبة ، الثرمستور معامل درجة الحرارة السالبة) هو عكس PTC. كلما ارتفعت درجة الحرارة ، انخفضت المقاومة. يتم استخدامه بشكل أساسي كمستشعر درجة حرارة المقاومة وجهاز تحديد التيار.

تستخدم BMS لبطاريات الليثيوم بشكل عام NTC. وبالمقارنة ، فإن هذا المنتج يستهلك طاقة أقل ، ولديه دقة عالية واستجابة سريعة ، وله ثلاث وظائف رئيسية.

(1) قياس درجة الحرارة
باستخدام خصائص هذا المقاوم ، يمكن قياس فئات درجات الحرارة الثلاث التالية: درجة حرارة الخلية: ضع الثرمستور NTC بين الخلايا لقياس درجة حرارة الخلية ، ويجب مراعاة عدد الخلايا التي يغطيها كل NTC . درجة حرارة الطاقة: ضع الثرمستور NTC بين MOS لقياس درجة حرارة الطاقة. من الضروري التأكد من أن NTC على اتصال وثيق بجهاز MOS أثناء التثبيت. درجة الحرارة المحيطة: ضع الثرمستور NTC على لوحة BMS لقياس درجة الحرارة المحيطة ، ويجب أن يكون موقع التثبيت بعيدًا عن جهاز الطاقة.
(2) تعويض درجة الحرارة
ستزداد مقاومة معظم المكونات مع ارتفاع درجة الحرارة. في هذا الوقت ، يجب استخدام NTC للتعويض لتعويض الخطأ الناجم عن درجة الحرارة.
(3) قمع اندفاع تيار الاندفاع
(اندفاع التيار الكهربائي) ، والمعروف أيضًا باسم الطفرة ، هو قيمة الذروة اللحظية التي تتجاوز القيمة الثابتة ، بما في ذلك زيادة الجهد والتيار. عندما يتم تشغيل الدائرة الإلكترونية ، فإنها ستولد تيارًا تصاعديًا كبيرًا ، مما يسهل إلحاق الضرر بالمكونات. يمكن أن يؤدي استخدام NTC إلى منع حدوث ذلك وضمان التشغيل الطبيعي للدائرة. للحماية من زيادة التيار ، هناك حاجة إلى TVS.
2. TVS القامع الجهد العابر
TVS (كوابح الجهد العابر) هي مثبطات الجهد العابر ، والتي تستجيب بسرعة وتكون مناسبة لحماية المنفذ. التنفيذ المحدد هو كما يلي: