Grundstruktur und Funktionsprinzip des BMS für New Energy Vehicles

Es gibt keine strenge Definition eines Batteriemanagementsystems (BMS). Wir können es wie folgt verstehen: Ein Batteriemanagementsystem ist ein Gerät, das zur sicheren Überwachung und effektiven Verwaltung des Batteriepakets dient, um den normalen Betrieb des Stromversorgungssystems aufrechtzuerhalten und die Batterielebensdauer zu verlängern. Es ist allgemein als Batterie-Nanny oder Batteriemanager bekannt. Es kann den Betriebsstatus der Batterie (Batteriespannung, -strom und -temperatur) überwachen, die Batteriekapazität (SOC) und die entsprechende verbleibende Reichweite vorhersagen und die Batterie verwalten, um Tiefentladung, Überladung, Überhitzung und schwerwiegende Spannungsungleichgewichte zwischen einzelnen Zellen zu vermeiden und so die Nutzung der Batteriespeicherkapazität und die Lebensdauer zu maximieren.

Einstufung:

Batteriemanagementsysteme können aufgrund ihrer Struktur in verteilte Systeme, zentralisierte Systeme und integrierte Systeme eingeteilt werden.

1. Verteiltes System

Kerndefinition:

Ein verteiltes BMS, auch modulares BMS genannt, zeichnet sich durch „dezentrale Funktionen und zentrale Verwaltung“ aus. Es verteilt die Batteriedatenerfassung und einige Verarbeitungsfunktionen auf mehrere unabhängige Slave-Steuergeräte innerhalb des Batteriemoduls oder Batteriepakets, während ein Master-Steuergerät für erweiterte Algorithmen und Fahrzeugkommunikation verantwortlich ist.

Analyse beruflicher Merkmale:

Vorteile:

• Hohe Skalierbarkeit und Modularität: Durch das Hinzufügen oder Entfernen von Slave-Steuereinheiten kann es problemlos an Plattformen mit unterschiedlichen Leistungs- und Spannungsniveaus angepasst werden, was ein plattformbasiertes Design erleichtert.
• Einfache Verkabelung und hohe Zuverlässigkeit: Der Abtastkabelbaum jedes Moduls ist extrem kurz und übersichtlich, wodurch das Risiko von Störungen durch analoge Signalübertragung über große Entfernungen verringert und die Messgenauigkeit sowie die elektromagnetische Verträglichkeit des Systems verbessert werden.
• Hohe Sicherheit: Hochspannungs-Probenahmepunkte sind verteilt, wodurch das Risiko eines Eindringens von Hochspannung in Niederspannungssysteme verringert wird. Die Hauptsteuereinheit kann außerhalb des Hochspannungsbereichs angebracht werden.

Nachteile:

• Hohe Systemkomplexität: Erfordert die Entwicklung und Verwaltung von zwei Hardwareeinheiten (Master und Slave) und komplexe Kommunikationsprotokolle.
• Relativ hohe Kosten: Die gesamten Hardwarekosten mehrerer Slave-Steuergeräte können höher sein.
• Typische Anwendungen: Elektrofahrzeuge, große Energiespeichersysteme-, Roboter und andere Szenarien, die eine hohe Modularität, Skalierbarkeit, Sicherheit und Genauigkeit erfordern.

2. Zentralisiertes System

Kerndefinition:

Das zentralisierte BMS übernimmt eine Architektur mit „integrierter Erfassung und zentralisierter Verarbeitung“. Alle Funktionen sind in einem einzigen zentralen Controller integriert, und alle Spannungs- und Temperatursignale der Batteriezellen werden über lange Kabelbäume direkt mit den Erfassungsanschlüssen des zentralen Controllers verbunden.

Analyse beruflicher Merkmale:

Vorteile:

• Einfache Struktur, niedrige Kosten: Einzelner Controller, kein Master-{0}Slave-Kommunikationsprotokoll, relativ einfache Softwareentwicklung und die niedrigsten Gesamtkosten in Systemen mit kleiner Kapazität.
• Direkte Datenverarbeitung: Alle Daten werden in einem einzigen Chip verarbeitet, wodurch die Notwendigkeit einer knotenübergreifenden Synchronisierung und Übertragungsverzögerungen entfällt.

Nachteile:

• Schlechte Skalierbarkeit: Die I/O-Ports des Controllers sind fest, was die Anpassung an Systeme mit unterschiedlicher Anzahl von Batterien erschwert.
• Hohes Zuverlässigkeitsrisiko: Probenahmekabel über große Entfernungen sind anfällig für Störungen, was zu einer verringerten Messgenauigkeit führt. Die zahlreichen und langen Kabelbäume führen zu einer hohen Ausfallrate der Steckverbinder.
• Unflexible Anordnung: Die zentrale Steuerung muss sich in der Nähe des Batteriepakets befinden und die Kabelbaumanordnung ist festgelegt, was der Gesamtanordnung des Fahrzeugs nicht förderlich ist.
• Sicherheitsrisiken: Alle Hochspannungs-Probenahmepunkte sind an einem Ort konzentriert, wodurch das Risiko eines Ausfalls einzelner Punkte besteht, der zum Ausfall des gesamten Systems führen kann.

Typische Anwendungen: Elektrofahrzeuge mit niedriger{0}}Geschwindigkeit, Elektrowerkzeuge, Energiespeicherschränke-mit geringer Kapazität und Unterhaltungselektronik mit extrem strengen Kosten- und Platzanforderungen.

3. Integriertes System

Kerndefinition:

Das integrierte BMS ist das Produkt einer tiefen Integration elektrischer und mechanischer Komponenten und verkörpert „Hardware- und Software-Integration, hohen Integrationsgrad“. Es integriert die Kern-Hardwarefunktionen des BMS (wie AFE, MCU) direkt auf der Steuer- und Schutzplatine des Batteriepakets und manchmal sogar physisch in andere Komponenten innerhalb des Batteriepakets (wie Hochspannungs-Trennvorrichtungen, Stromsensoren).

Analyse beruflicher Merkmale:

Vorteile:

• Geringe Größe, extrem hohe Platzausnutzung: Sehr gut geeignet für Anwendungen mit begrenztem Platz{0}}.
• Kosten- und Lieferkettenoptimierung: Reduziert Materialien wie Gehäuse und Anschlüsse und vereinfacht so Produktion und Montage.
• Starke Leistungsausrichtung: Optimiertes Design für bestimmte Akkupacks, um optimale Leistung zu erzielen.

Nachteile:

• Nahezu keine Skalierbarkeit: Da es tief in das Batteriepaket integriert ist, kann es nicht für Batteriesysteme anderer Spezifikationen verwendet werden.
• Schwierige Wartung und Austausch: Im Falle eines Ausfalls ist in der Regel ein Austausch der gesamten Steuerplatine oder sogar des gesamten Batteriemoduls erforderlich.
• Herausforderungen bei der Wärmeableitung und Isolierung: Die Integration mit hoher -Dichte bringt Herausforderungen beim Design der Wärmeableitung und höhere Anforderungen an das Design der Isolierung von Hoch- und Niederspannungsschaltungen mit sich.

Zu den typischen Anwendungen gehören: Unterhaltungselektronik, elektrische Zweiräder, kompakte Energiespeicherprodukte für Privathaushalte und Batteriepakete für einige PHEV/HEV-Fahrzeuge, bei denen maximale Raumausnutzung im Vordergrund steht.

Das Batteriemanagementsystem besteht im Wesentlichen aus folgenden Teilen: einer Zentraleinheit (auch Hauptsteuermodul oder ECU genannt), einer Datenerfassungseinheit (Erfassungsmodul BMU), einer Ausgleichseinheit, einer Anzeigeeinheit, Steuerkomponenten (Relais, Sicherungen) und Erkennungskomponenten (Leckageerkennung, Stromsensoren, Temperatursensoren usw.).

Die Zentraleinheit besteht aus einer Hauptsteuerplatine und einem Hochspannungssteuerkreis; Die Datenerfassungseinheit besteht aus einem Temperaturerfassungsmodul und einem Spannungserfassungsmodul. In den meisten Anwendungen sind das Ausgleichsmodul und das Erkennungsmodul miteinander integriert; Die Anzeigeeinheit besteht aus einer Anzeigetafel, einem LCD-Bildschirm, einer Tastatur und einem Host-Computer. Um die Informationskommunikation zwischen diesen Komponenten und mit dem Multienergiesystem des Fahrzeugs zu realisieren, wird im Allgemeinen die CAN-Feldbustechnologie eingesetzt.

Im Batteriemanagementsystem einer Lithium-{0}Ionen-Batterie eines Herstellers neuer Energiefahrzeuge nimmt das System eine Master-{1}Slave-Struktur an. Ein BMS-Hauptsteuermodul kann bis zu 256 Erfassungsmodule steuern, und jedes Erfassungsmodul kann bis zu 16 Spannungskanäle und 8 Temperaturkanäle erfassen und verarbeiten. Es kann eine Echtzeitüberwachung des Lade- und Entladestatus der Batterie, Datenverarbeitung, SOC-Schätzung, Reichweitenschätzung, Lade- und Entladesteuerung und andere Funktionen durchführen.

Das Hauptarbeitsprinzip des BMS lässt sich einfach wie folgt zusammenfassen: Nachdem die Datenerfassungsschaltung Informationen zum Batteriestatus erfasst hat, verarbeitet und analysiert die elektronische Steuereinheit die Daten und gibt dann auf der Grundlage der Analyseergebnisse Steuerbefehle an die relevanten Funktionsmodule innerhalb des Systems aus und überträgt Informationen an die Außenwelt.

ACEY-BP24-300A400ABMS-Testmaschine, hoher Automatisierungsgrad, schnelle Prüfgeschwindigkeit und hohe Prüfgenauigkeit. Mit Testfunktion für Überladeschutz, Überladungswiederherstellung, Tiefentladungsschutz, Tiefentladungswiederherstellung, Überstromschutz (Überladestrom und Tiefentladestrom), Innenwiderstand, Eigenverbrauch, Kurzschlussschutz, Überladeschutzzeit, Überstromschutzzeit, Tiefentladeschutzzeit, Ausgleichsstrom, Ausgleichsspannung usw.

Der Einsatz von Batterien in Automobilantriebssystemen ist ein komplexer Prozess. Batterien müssen die Sicherheit, Leistungsdichte und Energiedichte verbessern und die Selbstentladungsrate und Kosten reduzieren. Darüber hinaus müssen viele spezielle Aspekte im Zusammenhang mit ihrer Verwendung in Fahrzeugen berücksichtigt werden, wie z. B. Batteriekonsistenz, Verbindungen zwischen den Batterien, Auslaufschutz und Hochspannungssicherheit, Belüftung und Wärmeableitung, Wasser- und Staubdichtigkeit des Batteriesatzes sowie Wartbarkeit des Systems. Nur durch die Lösung dieser Probleme können Leistungsbatterien in Elektrofahrzeugen weit verbreitet eingesetzt werden.

Acey Intelligentist auf die Bereitstellung integrierter Lösungen für halbautomatische und vollautomatische Montagelinien für Lithium-Ionen-Batteriepakete spezialisiert, die in Energiespeichersystemen (ESS), unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs), Elektrofahrrädern, Elektrorollern, Elektrowerkzeugen, Zwei- und Dreirädern und verwandten Anwendungen verwendet werden. Darüber hinaus liefern wir ein komplettes Sortiment an Batteriepack-Montagegeräten, darunter Zellensortiermaschinen, Batteriesortiermaschinen, Isolierpapier-Klebemaschinen, CCD-Tester, manuelle/automatische Batteriepunktschweißgeräte, BMS-Tester, Batterie-Kompletttester und Batteriepack-Testsysteme.

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