I. Funkcja BMS
Najpierw omówimy szczegółowo cztery główne funkcje.
(1) Percepcja i pomiar Pomiar to percepcja stanu baterii
Jest to podstawowa funkcja BMS, w tym pomiar i obliczanie niektórych parametrów wskaźnikowych, w tym napięcia, prądu, temperatury, mocy, SOC (stan naładowania), SOH (stan zdrowia), SOP (stan mocy), SOE ( stan 能源). SOC można potocznie rozumieć jako ile energii pozostało w baterii, a jej wartość mieści się w przedziale 0-100%, co jest najważniejszym parametrem w BMS; SOH odnosi się do stanu baterii (lub stopnia zużycia baterii), który jest rzeczywistą pojemnością aktualnej baterii Stosunek pojemności znamionowej do pojemności znamionowej, gdy SOH jest niższy niż 80%, bateria nie może być używany w środowisku zasilania.
(2) Alarm i ochrona
Gdy bateria jest w nienormalnym stanie, BMS może wysłać alarm do platformy, aby chronić baterię i podjąć odpowiednie środki. W tym samym czasie wyśle ​​nieprawidłowe informacje o alarmie do platformy monitorowania i zarządzania oraz wygeneruje informacje o alarmach na różnych poziomach. Na przykład, gdy temperatura jest przegrzana, BMS bezpośrednio odłączy obwód ładowania i rozładowania, wykona ochronę przed przegrzaniem i wyśle ​​​​alarm do tła.
Baterie litowe generują alarmy głównie w przypadku następujących problemów: przeładowanie: pojedyncze przepięcie, całkowite przepięcie, przetężenie ładowania; nadmierne rozładowanie: pojedyncze podnapięcie, całkowite podnapięcie, przetężenie rozładowania; temperatura: temperatura ogniwa jest wysoka, temperatura otoczenia jest zbyt wysoka, temperatura MOS jest zbyt wysoka, temperatura akumulatora jest zbyt niska, temperatura otoczenia jest zbyt niska; status: zalanie, kolizja, inwersja itp.
(3) Zrównoważone zarządzanie
Konieczność zrównoważonego zarządzania wynika z niekonsekwencji w produkcji i użytkowaniu baterii. Z punktu widzenia produkcji każda bateria ma swój własny cykl życia i charakterystykę. Nie ma dwóch identycznych baterii. Ze względu na niespójność materiałów, takich jak separatory, katody i anody, pojemności różnych akumulatorów nie mogą być dokładnie takie same. Na przykład każde ogniwo akumulatora, które tworzy pakiet akumulatorów 48 V/20 AH, ma pewien zakres różnic we wskaźnikach konsystencji, takich jak różnica napięcia i rezystancja wewnętrzna. Z punktu widzenia użytkowania, w procesie ładowania i rozładowywania baterii, proces reakcji elektrochemicznej nigdy nie może być spójny. Nawet jeśli jest to ten sam akumulator, pojemność ładowania i rozładowania akumulatora będzie różna ze względu na różną temperaturę i wpływ, co skutkuje niespójną pojemnością komórek. Dlatego bateria wymaga zarówno pasywnego wyrównania, jak i aktywnego wyrównania. Czyli ustawić parę progów dla rozpoczęcia i zakończenia wyrównania: np. w grupie akumulatorów, gdy różnica między skrajną wartością napięcia indywidualnego a wartością średnią napięcia tej grupy osiągnie 50mV, następuje wyrównanie rozpoczęta, a wyrównywanie kończy się przy 5mV.
(4) Komunikacja i pozycjonowanie
BMS ma oddzielny moduł komunikacyjny, który jest używany odpowiednio do transmisji danych i pozycjonowania baterii i może przesyłać odpowiednie wykryte i zmierzone dane do platformy zarządzania operacjami w czasie rzeczywistym.
II. Zasada działania zabezpieczenia BMS
BMS obejmuje układ scalony sterujący, przełącznik MOS, bezpiecznik Bezpiecznik, termistor NTC, tłumik napięcia przejściowego TVS, kondensator i pamięć itp. Jego specyficzną postać pokazano na rysunku:

Na powyższym rysunku układ sterowania IC steruje przełącznikiem MOS w celu włączania i wyłączania obwodu w celu ochrony obwodu, a FUSE realizuje na tej podstawie zabezpieczenie wtórne; TH to wykrywanie temperatury, a wnętrze to 10K NTC; NTC realizuje głównie wykrywanie temperatury; TVS Głównie w celu stłumienia gwałtownego wzrostu.
(1) Pierwotny obwód zabezpieczający Układ scalony
sterujący Układ scalony sterujący na powyższym rysunku odpowiada za monitorowanie napięcia akumulatora i prądu pętli oraz sterowanie przełącznikami dwóch układów MOS. Kontrolny układ scalony można podzielić na AFE i MCU: AFE (aktywny interfejs przedni, analogowy układ przedni) to układ próbkujący akumulatora, który służy głównie do zbierania napięcia i prądu ogniwa akumulatora. MCU ((Jednostka mikrokontrolera, układ mikrokontrolera) głównie oblicza i kontroluje informacje gromadzone przez AFE.
Zależność między nimi pokazano na rysunku:

1. AFE
AFE to ogólnie 6-pinowy układ, CO, DO, VDD, VSS, DP i VM, wprowadzenie jest następujące:
CO: wyjście ładowania (kontrola ładowania);
DO: wyjście rozładowania (kontrola rozładowania);
VDD: napięcie zasilania, zwane również napięciem wyjściowym, to miejsce o najwyższym napięciu;
VSS: napięcie odniesienia, czyli miejsce o najniższym napięciu;
VM: Monitoruj wartość napięcia na MOS.
Kiedy BMS jest w normie, CO, DO, VDD są na wysokim poziomie, VSS, VM są na niskim poziomie, gdy jakikolwiek parametr VDD, VSS, VM ulegnie zmianie, zmieni się poziom terminala CO lub DO.
2. MCU
MCU odnosi się do mikrojednostki sterującej, znanej również jako mikrokomputer jednoukładowy, który ma zalety wysokiej wydajności, niskiego zużycia energii, programowalności i dużej elastyczności. Jest szeroko stosowany w elektronice użytkowej, samochodach, przemyśle, komunikacji, komputerach, sprzęcie gospodarstwa domowego, sprzęcie medycznym i innych dziedzinach. W BMS MCU działa jak mózg, przechwytując wszystkie dane z czujników za pośrednictwem swoich urządzeń peryferyjnych i przetwarzając dane w celu podjęcia odpowiednich decyzji w oparciu o profil zestawu baterii. Chip MCU przetwarza informacje zebrane przez chip AFE i pełni rolę obliczeniową (taką jak SOC, SOP itp.) i kontrolną (MOS wyłączony, włączony itp.), więc system zarządzania baterią ma wysokie wymagania dotyczące wydajność układu MCU. AFE i MCU realizują ochronę obwodu poprzez sterowanie MOS.
3.MOS
MOS to skrót od Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, określany jako tranzystor polowy, który działa jak przełącznik w obwodzie i steruje włączaniem i wyłączaniem odpowiednio obwodu ładowania i obwodu rozładowania. Jego rezystancja włączenia jest bardzo mała, więc jej rezystancja włączenia ma niewielki wpływ na wydajność obwodu. W normalnych warunkach prąd poboru prądu obwodu zabezpieczającego wynosi μA, zwykle mniej niż 7 μA.
4. Realizacja podstawowej ochrony BMS: powiązanie między układem sterowania IC a MOS
Jeśli bateria litowa zostanie przeładowana, nadmiernie rozładowana lub przeciążona, spowoduje to chemiczne reakcje uboczne wewnątrz baterii, co poważnie wpłynie na wydajność i żywotność baterii i może wytworzyć dużą ilość gazu, co szybko zwiększy ciśnienie wewnętrzne akumulatora i ostatecznie doprowadzić do uwolnienia ciśnienia. Zawór otwiera się i elektrolit jest wyrzucany, powodując ucieczkę termiczną.
Gdy wystąpi powyższa sytuacja, BMS uruchomi mechanizm zabezpieczający i wykona następujące czynności:

(1) Stan normalny
W stanie normalnym, zarówno styki „CO”, jak i „DO” w obwodzie mają wysoki poziom wyjściowy, oba MOS są w stanie przewodzenia, a akumulator można swobodnie ładować i rozładowywać.
(2) Zabezpieczenie przed przeładowaniem
Podczas ładowania AFE zawsze monitoruje napięcie między pinem 5 VDD i pinem 6 VSS. Gdy to napięcie jest większe niż napięcie odcięcia przeładowania, MCU kontroluje pin 3 CO (pin CO zmienia się z wysokiego poziomu na niski) Ping), aby zamknąć rurkę MOS M2, w tym czasie obwód ładowania jest odcięty, i akumulator można tylko rozładować. W tym czasie, dzięki obecności diody korpusowej V2 rurki M2, akumulator może rozładowywać zewnętrzne obciążenie przez tę diodę.
(3) Zabezpieczenie przed nadmiernym rozładowaniem
Podczas rozładowywania AFE zawsze monitoruje napięcie między pinem 5 VDD i pinem 6 VSS. Gdy to napięcie jest niższe niż napięcie odcięcia nadmiernego rozładowania, MCU przejdzie pin 1 DO (pin DO zmienia się z wysokiego poziomu na niski) Wyłącz rurkę MOS M1, następnie obwód rozładowania jest odcięty, a bateria można tylko obciążyć. W tym czasie, dzięki obecności diody korpusu V1 tranzystora MOS M1, ładowarka może ładować akumulator przez diodę.
(4) Zabezpieczenie nadprądowe
Podczas normalnego procesu rozładowania akumulatora, gdy prąd rozładowania przepływa przez dwa MOS połączone szeregowo, napięcie będzie generowane na obu końcach ze względu na rezystancję włączenia MOS. Wartość napięcia U=2IR, a R to rezystancja włączenia pojedynczego MOS. AFE pin 2 VM będzie cały czas monitorował wartość napięcia. Gdy prąd pętli jest tak duży, że napięcie U jest większe niż próg przetężenia, MCU wyłączy tranzystor MOS M1 przez pierwszy pin DO (styk DO zmienia się z poziomu wysokiego na niski), a pętla rozładowania zostaje odcięta wyłączony, tak że prąd w pętli wynosi zero. , aby pełnić rolę zabezpieczenia nadprądowego.
(5) Zabezpieczenie przed zwarciem
Podobnie do zasady działania zabezpieczenia nadprądowego, gdy prąd pętli jest tak duży, że napięcie U natychmiast osiąga próg zwarcia, MCU wyłączy lampę MOS M1 przez pierwszy pin DO (pin DO zmienia się z wysokiego poziomu na niski poziom) i odcięcie Obwód rozładowania działa jako zabezpieczenie przed zwarciem. Czas zwłoki zabezpieczenia zwarciowego jest bardzo krótki, zwykle poniżej 7 mikrosekund.

Powyższe można krótko scharakteryzować jako:

Stan obwodu	MOS1	MOS 2	Stan naładowania i rozładowania
Stan normalny	NA	NA	Możliwość ładowania i rozładowywania
Ochrona przed przeładowaniem	NA	WYŁĄCZONY	Rozładowywalne i nieładowalne
Zabezpieczenie przed nadmiernym rozładowaniem	WYŁĄCZONY	NA	ładowalny nierozładowywalny
Zabezpieczenie nadprądowe	WYŁĄCZONY	NA	Gdy nadmiar prądu zostanie zwolniony, można go ładować i rozładowywać
Zabezpieczenie przed zwarciem	WYŁĄCZONY	NA	Po zwolnieniu zwarcia można go ładować i rozładowywać

(2) Obwód zabezpieczenia wtórnego: bezpiecznik trójzaciskowy Bezpiecznik
Ze względów bezpieczeństwa należy jeszcze dodać mechanizm zabezpieczenia wtórnego. Na obecnym etapie REP (Resistor Embedded Protector, wbudowane zabezpieczenie rezystancyjne) jest szeroko stosowane, podczas gdy bezpiecznik z trzema zaciskami jest bardziej opłacalny w porównaniu.
Gdy prąd jest zbyt duży, bezpiecznik zostanie przepalony na tej samej zasadzie, co zwykły bezpiecznik; a gdy MOS znajduje się w nienormalnym stanie roboczym, główny sterownik automatycznie przepali bezpiecznik z trzema zaciskami. Głównymi zaletami tego mechanizmu ochrony bezpieczeństwa są niskie zużycie energii, szybka szybkość reakcji i dobry efekt ochrony. Na tym etapie ma duże zastosowanie i jest szeroko stosowany w pojazdach elektrycznych, telefonach komórkowych i innym sprzęcie.

Trójpoziomowy obwód ochronny: NTC i TVS1.Termistor NTC Termistor, który jest niezwykle wrażliwy na ciepło, jest rodzajem rezystora zmiennego, głównie podzielonego na PTC i NTC. PTC (dodatni współczynnik temperaturowy, termistor o dodatnim współczynniku temperaturowym), im wyższa temperatura, tym większy opór, stosowany głównie w zabójcach komarów, grzejnikach i innych produktach. NTC (ujemny współczynnik temperaturowy, termistor o ujemnym współczynniku temperaturowym) jest przeciwieństwem PTC. Im wyższa temperatura, tym mniejszy opór. Stosowany jest głównie jako rezystancyjny czujnik temperatury i urządzenie ograniczające prąd.

BMS baterii litowych zazwyczaj wykorzystuje NTC. Dla porównania, ten produkt zużywa mniej energii, ma wysoką dokładność i szybką reakcję oraz ma trzy główne funkcje.

(1) Pomiar temperatury
Korzystając z charakterystyki tego rezystora, można mierzyć następujące trzy kategorie temperatur: Temperatura ogniwa: Umieść termistor NTC między ogniwami, aby zmierzyć temperaturę ogniwa, należy wziąć pod uwagę liczbę ogniw objętych każdym NTC . Temperatura zasilania: umieść termistor NTC między MOS, aby zmierzyć temperaturę zasilania. Podczas instalacji należy upewnić się, że NTC jest w bliskim kontakcie z urządzeniem MOS. Temperatura otoczenia: umieść termistor NTC na płycie BMS, aby zmierzyć temperaturę otoczenia, a miejsce instalacji musi znajdować się daleko od urządzenia zasilającego.
(2) Kompensacja temperatury
Rezystancja większości elementów wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. W tym czasie należy użyć NTC do kompensacji, aby zrównoważyć błąd spowodowany temperaturą.
(3) Tłumienie prądu rozruchowego Udar
(przepięcie elektryczne), znany również jako przepięcie, to chwilowa wartość szczytowa poza wartością stabilną, w tym przepięcie i prąd udarowy. Gdy obwód elektroniczny jest włączony, generuje duży prąd udarowy, który łatwo może spowodować uszkodzenie komponentów. Użycie NTC może temu zapobiec i zapewnić normalne działanie obwodu. Do ochrony przeciwprzepięciowej potrzebny jest TVS.
2. Tłumik napięcia przejściowego TVS
TVS (Transient Voltage Suppressors) to przejściowe tłumiki napięcia, które szybko reagują i są odpowiednie do ochrony portów. Konkretna implementacja jest następująca: