Che cos'è il BMS (Battery Manager System)
Che cosa significa BMS?
Un sistema di gestione delle batterie (BMS) è un sistema elettronico, di solito un circuito stampato, che gestisce le batterie ricaricabili (celle o pacchi). Può prolungare la durata della batteria e proteggere la sicurezza dei prodotti elettronici proteggendo la batteria dal funzionamento entro un intervallo prestabilito.
Perché abbiamo bisogno del BMS?
Monitoraggio della temperatura:
Se la batteria eroga una grande quantità di corrente per un lungo periodo di tempo, può causare l'esaurimento del controllo della batteria, con conseguente incendio. Le sostanze chimiche utilizzate per la produzione delle batterie sono altamente volatili e anche la perforazione da parte di oggetti appuntiti può causare l'incendio delle batterie. Tra l'altro, i dati sulla temperatura possono essere utilizzati per determinare se la batteria deve essere caricata o scaricata.
Analisi e previsione dei dati:
I dati raccolti dal BMS possono essere utilizzati per analizzare lo stato e le prestazioni della batteria. Attraverso l'analisi dei dati storici, il BMS può prevedere lo stato futuro e i potenziali problemi della batteria.
Stima dello stato:
Il BMS calcola i parametri di stato della batteria, come la capacità residua (SOC) e lo stato di salute (SOH). Queste informazioni aiutano gli utenti a capire lo stato attuale e la durata prevista della batteria.
Diagnosi dei guasti:
Il BMS è in grado di diagnosticare potenziali problemi della batteria analizzando i dati storici e le tendenze dei parametri della batteria. Ciò include l'identificazione di celle della batteria non corrispondenti, degrado delle prestazioni e altre anomalie.
Manipolazione pericolosa:
Se viene rilevato un problema alla batteria, il BMS interviene immediatamente per proteggere la batteria e l'utente.
Spegnimento sicuro:
Quando si verificano situazioni pericolose come sovraccarico, sovrascarico, surriscaldamento o cortocircuito, il BMS interrompe immediatamente l'alimentazione della batteria per evitare che la situazione si deteriori ulteriormente.
Allarme e notifica:
Quando il BMS rileva un problema, avvisa l'utente o il personale addetto alla manutenzione e, se necessario, fornisce informazioni sulla diagnosi dei guasti, in modo da poter adottare tempestivamente misure di riparazione o sostituzione.
Come funziona il sistema di gestione della batteria (BMS)?
Il monitoraggio della tensione di ciascuna cella di un pacco batteria è fondamentale per determinarne lo stato di salute generale. Tutte le batterie hanno un intervallo di tensione. Per garantire il normale funzionamento e la durata della batteria, assicurarsi di caricarla e scaricarla entro tale intervallo.
Nel caso delle batterie agli ioni di litio, la tensione di esercizio è tipicamente compresa tra 2,5 e 4,2 V. L'intervallo di tensione dipende dalla composizione chimica. Il funzionamento della batteria al di fuori dell'intervallo di tensione riduce notevolmente la durata della batteria e può causarne il guasto.
SOC (State of Charge) e SOH (State of Health) sono due parametri importanti utilizzati dal BMS per valutare e monitorare lo stato della batteria:
SOC (Stato di carica):
Si tratta di una misura della potenza residua di una batteria, solitamente espressa in percentuale.
SOC Il BMS calcola il SOC in tempo reale monitorando la corrente di carica e di scarica, la tensione e altri parametri della batteria, in modo che gli utenti sappiano quando è necessario caricarla.
SOH (Stato di salute):
Si tratta di una misura dello stato di salute della batteria, solitamente espressa in percentuale.
SOH riflette le prestazioni e la capacità attuali della batteria rispetto allo stato nuovo. L'SOH della batteria diminuisce con il tempo e l'uso, a causa della diminuzione della capacità e dell'aumento della resistenza interna provocati dall'invecchiamento della batteria e dall'uso a lungo termine.
Il BMS valuta l'SOH della batteria monitorando a lungo termine lo stato di carica, la temperatura, il numero di cicli di carica e scarica e altri fattori.
Monitorando SOC e SOH, il BMS può ottimizzare il processo di carica e scarica della batteria. Il BMS utilizza i dati SOC e SOH per prevenire situazioni potenzialmente pericolose come il sovraccarico, la scarica eccessiva e il surriscaldamento della batteria. Prolungare la vita della batteria e garantire che le batterie funzionino al meglio. Il personale addetto alla manutenzione può identificare e risolvere tempestivamente i problemi.
Differenze tra BMS per auto e BMS per l'accumulo di energia in casa:
Sebbene i BMS per autoveicoli e i BMS per l'accumulo di energia domestica siano simili nelle funzioni di base, ossia il monitoraggio e la gestione dello stato della batteria per garantire la sicurezza e migliorare l'efficienza, presentano alcune differenze nella progettazione e nei requisiti funzionali:
| Categoria | BMS per autoveicoli | Accumulo di energia in casa BMS |
|---|---|---|
| Adattabilità ambientale | Deve adattarsi a un intervallo di temperature più ampio e a condizioni ambientali più difficili. Progettato per essere più robusto, per garantire il normale funzionamento in varie condizioni, come vibrazioni forti, alte o basse temperature. | In genere opera in un ambiente relativamente stabile e controllato, quindi potrebbe non avere bisogno di una forte adattabilità ambientale. |
| Requisiti di prestazione | Deve supportare la carica e la scarica ad alta velocità. Deve monitorare e gestire lo stato della batteria in tempo reale per adattarsi alle richieste di carico che cambiano dinamicamente. | Di solito affronta cicli di carica e scarica stabili con variazioni di carico ridotte, quindi requisiti di prestazione immediati più bassi. |
| Funzionalità e complessità | Può integrare funzioni più avanzate per le esigenze di applicazioni complesse del veicolo, come lo scambio di dati, la diagnosi dei guasti e la gestione del recupero energetico. | Si concentra maggiormente sulla gestione della durata della batteria, sull'ottimizzazione dell'energia e sulla protezione della sicurezza, importante per l'interoperabilità con i sistemi HEMS o le reti intelligenti. |
Altri elementi del sistema di gestione delle batterie
Altri blocchi funzionali del BMS sono l'autenticazione della batteria, l'orologio in tempo reale, la memoria e la catena a margherita. L'orologio in tempo reale e la memoria sono utilizzati nelle applicazioni black box, in cui l'RTC è utilizzato per i timestamp e la memoria per memorizzare i dati, consentendo agli utenti di comprendere il comportamento del pacco batteria prima che si verifichi un evento catastrofico.
Il blocco di autenticazione della batteria impedisce all'elettronica del BMS di essere collegata a pacchi batteria di terzi. I riferimenti/regolatori di tensione sono utilizzati per alimentare i circuiti periferici del sistema BMS.
Infine, i circuiti a margherita sono utilizzati per semplificare i collegamenti tra i dispositivi impilati. I moduli a margherita sostituiscono la necessità di optoaccoppiatori o altri circuiti di spostamento di livello.
Qual è il ruolo di BMS?
Nell'uso reale, le batterie sono collegate in serie o in parallelo per formare un pacco batterie. Il collegamento in parallelo aumenta l'intensità di corrente del pacco batterie, mentre il collegamento in serie aumenta la tensione complessiva.
Le prestazioni di carica di una batteria cambiano con la quantità di carica al suo interno: al tempo zero, le celle del pacco si caricano e si scaricano alla stessa velocità. Man mano che ogni cella passa dalla carica alla scarica, la velocità di carica e di scarica di ciascuna cella cambia, determinando condizioni di potenza variabili nell'intero pacco batteria.
L'introduzione del BMS per il controllo della batteria consente di evitare efficacemente la situazione in cui alcune batterie sono completamente cariche e altre no, proteggendo così la batteria e prolungandone la durata.
Per garantire la sicurezza della batteria:
Il BMS è in grado di monitorare i parametri chiave della batteria, come la tensione, la corrente e la temperatura, e di rilevare e prevenire tempestivamente situazioni pericolose come il sovraccarico, la scarica eccessiva, il surriscaldamento e così via, evitando danni alla batteria e potenziali incidenti di sicurezza. Ad esempio, se il BMS rileva che la temperatura della batteria è troppo elevata, può attivare il sistema di raffreddamento o interrompere l'alimentazione per evitare un evento di fuga termica.
Migliorare le prestazioni e l'efficienza della batteria:
Assicurando il funzionamento ottimale della batteria, il BMS contribuisce a migliorare l'efficienza energetica e le prestazioni complessive del sistema. Ad esempio, il BMS può garantire che il pacco batterie si carichi e si scarichi in modo uniforme, bilanciando lo stato di carica tra le celle della batteria, il che contribuisce a migliorare le prestazioni e l'efficienza complessiva del pacco batterie.
Prolungare la durata della batteria:
Il BMS riduce l'invecchiamento e l'usura delle batterie controllando il processo e le condizioni di carica e scarica, prolungandone la durata. Ad esempio, prevenendo la scarica profonda e il sovraccarico delle batterie, il BMS può ridurre l'usura della batteria e prolungarne la durata.
Monitoraggio e diagnosi in tempo reale:
Il BMS fornisce informazioni in tempo reale sullo stato della batteria, tra cui l'energia residua (SOC) e lo stato di salute (SOH), aiutando gli utenti a comprendere lo stato della batteria e a prendere decisioni appropriate sull'utilizzo. Inoltre, il BMS può anche aiutare a diagnosticare i problemi della batteria e a ripararla o sostituirla in tempo.
Soddisfare i requisiti normativi:
In molti Paesi e settori, per garantire la sicurezza dei veicoli elettrici e dei sistemi di accumulo dell'energia a batteria, esistono normative chiare che richiedono l'installazione di BMS.
Qual è il miglior BMS?
Di solito non esistono standard fissi o unici per i BMS. La portata del progetto tecnico e le funzionalità implementate sono tipicamente legate ai seguenti fattori:
- Costo, complessità e dimensioni del pacco batterie.
- Applicazione della batteria ed eventuali problemi di sicurezza, longevità e garanzia.
- I requisiti di certificazione imposti da varie normative governative, i costi e le sanzioni saranno critici se le misure di sicurezza funzionale sono inadeguate.
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