Как да изградим ефективна система за управление на батерията (BMS)

При проектирането на мониторна схема за нова система, захранвана с батерии, оптимизирането на разходите и възможността за производство е критична задача. Първата стъпка е да се определи предпочитаната структура на системата и разположението на батериите и свързаните с тях електронни компоненти. След като основната структура е ясна, следващото предизвикателство е да се направят компромиси в топологията на схемата, за да се оптимизират комуникациите и взаимовръзките.

Влияние на размера на батерията върху проектирането на енергийната система

Размерът на батерията влияе пряко върху цялостната структура на енергийната система. Проектантите трябва да решат дали да използват много малки батерии, които да се поберат в сложен батериен модул или батериен пакет, или да изберат по-големи батерии, които могат да бъдат ограничени от ограниченията на теглото и размера. Например при проектирането на автомобили батериите могат да бъдат разпределени в различни пространства в автомобила, като по този начин максимално се използва пространството, ако батерията е инсталирана.

Взаимовръзки между системата за управление на батерията и тестовите сигнали

Една ефективна система за управление на батерията (BMS) трябва да отчита не само самата батерия, но и взаимовръзките между батерия, модул, BMS и крайния интерфейс на приложението за тестване и телеметрични сигнали. В много случаи схемите за събиране на данни са интегрирани в модула на батерията или пакета, така че важната информация, като например производствените идентификатори, данните за калибриране и спецификациите за използване, може да се пренася със сменяеми компоненти, като се свежда до минимум броят на проводниците с високо напрежение в кабелния сноп.

Точки за измерване на батерията и дизайн на хардуерна топология

В автомобилните приложения може да се наложи BMS да поддържа над 100 измервателни точки, а модулният дизайн на системата ще определи колко батерии може да измерва всяка система от вериги. За да се гарантира безопасността, батерия често се разделят на поне две подгрупи и се изолират чрез "сервизни щепсели", което гарантира, че напрежението остава под 200 V по време на повреда, като по този начин се свежда до минимум рискът от електрически удар за ремонтния персонал.

Дистанционно измерване и предаване на данни

Във високоефективните BMS за вътрешна комуникация между модулите се използват вериги за дистанционно измерване и протоколът на шината CAN. По този начин се намалява скоростта на предаване на данни и се смекчават проблемите с електромагнитните смущения (EMI). Протоколът на CAN шината позволява на множество малки процесори в системата да споделят изчислителни задачи, което подобрява цялостната ефективност и надеждност на системата.

Управление на температурата и балансиране на капацитета на батерията

Балансирането на капацитета на батерията е от решаващо значение за BMS, особено за литиево-йонните батерии. Дисбалансът може да доведе до проблеми с управлението на топлината, което се отразява на дългосрочната производителност. Проектантите трябва да вземат предвид разпределението на температурните сонди, за да могат точно да корелират състоянието на заряда на батерията с показанията на напрежението.

Ефективен мониторинг на батерията и събиране на данни

Например интегралната схема за мониторинг на акумулаторни батерии LTC6803 е идеален основен компонент за BMS. Тази ИС осигурява многоканална функционалност за събиране на данни, която позволява ефективно измерване на напрежението на батериите, както и допълнителни измервания на температурата, калибриращи сигнали и ток на натоварване.

Енергийна ефективност и рентабилност на системите за управление на батерии

Едно от важните подобрения в LTC6803 е възможността да се захранва директно от акумулаторната батерия, което повишава ефективността и рентабилността на системата. Чрез извършване на прецизни ADC измервания и оптимизиране на управлението на тока на батерията LTC6803 намалява консумацията на енергия от батерията и предотвратява дисбаланса на капацитета, причинен от несъобразени токове на батерията.

Заключение

Проектирането на BMS включва много сложни фактори, особено тези, които пряко засягат опаковката и структурата на системата. След внимателно обмисляне на механичните конструкции, електронните схеми и информационния поток, използването на мащабируеми решения за събиране на данни, като платформата LTC6803, може значително да подобри производителността и икономическата ефективност на системата.