Προκλήσεις σχεδιασμού υλικού των μπαταριών BMS

Κατά τη στιγμή της ταχείας ανάπτυξης της τεχνολογίας μπαταριών, το σύστημα διαχείρισης μπαταριών (BMS) αποτελεί βασικό στοιχείο για τη διασφάλιση της ασφαλούς και αποτελεσματικής λειτουργίας των μπαταριών,και το σχεδιασμό του υλικού του αντιμετωπίζει πολλές προκλήσειςΑκολουθούν ορισμένες από τις κύριες προκλήσεις και τάσεις της βιομηχανίας στον σχεδιασμό υλικού BMS.

1Δύσκολη ακρίβεια

• Το BMS απαιτεί ακριβή μέτρηση των παραμέτρων τάσης, ρεύματος και θερμοκρασίας της μπαταρίας για την ακριβή εκτίμηση της κατάστασης φόρτισης της μπαταρίας (SOC),κατάσταση υγείας (SOH) και κατάσταση ισχύος (SOP)Τα χημικά χαρακτηριστικά των μπαταριών είναι περίπλοκα και επηρεάζονται από διάφορους παράγοντες όπως η θερμοκρασία και η γήρανση.Για παράδειγμα:, οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου (LFP) έχουν χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα αλλά χαμηλό κόστος, μακρά διάρκεια κύκλου και σταθερή, ενώ οι μπαταρίες λιθίου νικελίου-κοβαλτίου-μαγγανίου (NMC) έχουν υψηλή ενεργειακή πυκνότητα αλλά υψηλό κόστος.
• Η ακριβής μέτρηση της τάσης της μπαταρίας αποτελεί μία από τις βασικές προκλήσεις, η οποία επηρεάζεται από παράγοντες όπως η αυτοαποφόρτιση και οι αλλαγές φορτίου της μπαταρίας.Οι αλλαγές θερμοκρασίας θα επηρεάσουν επίσης σημαντικά τις επιδόσεις της μπαταρίας και την ακρίβεια της μέτρησηςΓια παράδειγμα, οι υψηλές θερμοκρασίες θα επιταχύνουν τη γήρανση της μπαταρίας και θα μειώσουν την χωρητικότητα και την απόδοση της μπαταρίας.

2Προκλήσεις ασφάλειας

• Ένα από τα βασικά καθήκοντα του BMS είναι να διασφαλίζει ότι η μπαταρία λειτουργεί εντός ασφαλούς εύρους και να αποτρέπει μη φυσιολογικές καταστάσεις όπως υπερφόρτιση, υπερφόρτιση, υπερστροφή και υπερθέρμανση.,Η υπερφόρτιση θα προκαλέσει χημικές αντιδράσεις στο εσωτερικό της μπαταρίας να χάσουν την ισορροπία, να παράγουν αέριο, να αυξήσουν την πίεση στο εσωτερικό της μπαταρίας και ακόμη και να προκαλέσουν επικίνδυνες καταστάσεις, όπως πρήξιμο,φωτιά ή έκρηξηΗ υπερβολική εκφόρτιση μπορεί να προκαλέσει μη αναστρέψιμες χημικές αλλαγές στα υλικά των ηλεκτροδίων εντός της μπαταρίας, μειώνοντας την απόδοση και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
• Η θερμική διαχείριση των μπαταριών είναι επίσης ένα σημαντικό ζήτημα ασφάλειας στο σχεδιασμό υλικού BMS. Οι μπαταρίες λιθίου χρησιμοποιούν συνήθως εύφλεκτα ηλεκτρολύματα.Ο ηλεκτρολύτης θα αποσυντεθεί και θα απελευθερώσει θερμότητα.Ακόμη και αν δεν επιτευχθεί η θερμική απόδραση, υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας μπορούν να επιταχύνουν τη γήρανση της μπαταρίας.

3Προκλήσεις στη διαχείριση της θερμότητας

• Το BMS απαιτεί ακριβή μέτρηση των παραμέτρων τάσης, ρεύματος και θερμοκρασίας της μπαταρίας για την ακριβή εκτίμηση της κατάστασης φόρτισης της μπαταρίας (SOC),κατάσταση υγείας (SOH) και κατάσταση ισχύος (SOP)Τα χημικά χαρακτηριστικά των μπαταριών είναι περίπλοκα και επηρεάζονται από διάφορους παράγοντες όπως η θερμοκρασία και η γήρανση.Για παράδειγμα:, οι μπαταρίες φωσφορικού λιθίου σιδήρου (LFP) έχουν χαμηλή πυκνότητα ενέργειας αλλά χαμηλό κόστος, μακρά διάρκεια κύκλου και σταθερότητα,ενώ οι μπαταρίες λιθίου νικελίου-κοβαλτίου-μαγγανίου (NMC) έχουν υψηλή πυκνότητα ενέργειας αλλά υψηλό κόστος.
• Η ακριβής μέτρηση της τάσης της μπαταρίας αποτελεί μία από τις βασικές προκλήσεις, η οποία επηρεάζεται από παράγοντες όπως η αυτοαποφόρτιση και οι αλλαγές φορτίου της μπαταρίας.Οι αλλαγές θερμοκρασίας θα επηρεάσουν επίσης σημαντικά τις επιδόσεις της μπαταρίας και την ακρίβεια της μέτρησηςΓια παράδειγμα, οι υψηλές θερμοκρασίες θα επιταχύνουν τη γήρανση της μπαταρίας και θα μειώσουν την χωρητικότητα και την απόδοση της μπαταρίας.

4Δύσκολο κόστος

• Το σχεδιασμό υλικού BMS πρέπει να επιτυγχάνει ισορροπία μεταξύ κόστους και απόδοσης.που αυξάνει το κόστος του συστήματοςΓια παράδειγμα, η χρήση αισθητήρων υψηλής ακρίβειας και μετατροπών αναλογικού σε ψηφιακό μπορεί να βελτιώσει την ακρίβεια των μετρήσεων, αλλά σημαίνει επίσης υψηλότερα κόστη.
• Για τα συστήματα μπαταριών μεγάλης κλίμακας, όπως τα ηλεκτρικά οχήματα και τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, το κόστος του BMS αντιπροσωπεύει σημαντικό ποσοστό του συνολικού κόστους του συστήματος,οι οποίες ενδέχεται να εμποδίσουν την ευρεία χρήση του σε ορισμένες εφαρμογές με υψηλό κόστοςΩς εκ τούτου, ο τρόπος μείωσης του κόστους, εξασφαλίζοντας ταυτόχρονα τις λειτουργίες και τις επιδόσεις του BMS, αποτελεί μια σημαντική πρόκληση που αντιμετωπίζει ο σχεδιασμός υλικού.

5. Προκλήσεις κλιμακωτότητας

• Ο σχεδιασμός μιας αρχιτεκτονικής BMS που μπορεί να προσαρμοστεί σε διαφορετικά μεγέθη μπαταριών, χημεία και διαμορφώσεις είναι μια πρόκληση.Το BMS πρέπει να είναι σε θέση να προσαρμόζεται στις μελλοντικές ανάγκες με ευελιξία, χωρίς μεγάλες τροποποιήσεις ή αντικαταστάσεις..
• Για παράδειγμα, στα ηλεκτρικά οχήματα, η χωρητικότητα και η διαμόρφωση της μπαταρίας μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με το μοντέλο,και το BMS πρέπει να είναι σε θέση να επεκταθεί και να προσαρμοστεί εύκολα για να καλύψει τις ανάγκες των διαφόρων μοντέλωνΤαυτόχρονα, για τη δευτερογενή χρήση μπαταριών που έχουν αποσυρθεί από ηλεκτρικά οχήματα,Το BMS απαιτείται επίσης να έχει καλή επεκτασιμότητα για να καλύπτει τις ανάγκες απόδοσης και ασφάλειας αυτών των παλαιών μπαταριών..

6Πρόκληση αξιοπιστίας

• Το υλικό BMS πρέπει να λειτουργεί σταθερά σε διάφορες συνθήκες λειτουργίας και περιβάλλοντα για να εξασφαλίζεται η αξιοπιστία και η ασφάλεια του συστήματος μπαταρίας.τα εξαρτήματα υλικού ενδέχεται να αποτύχουν ή να υποβαθμιστούν οι επιδόσεις λόγω παραγόντων όπως η ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή, δονήσεις και υγρασία.
• Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια ενός ηλεκτρικού οχήματος, το BMS υπόκειται σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές που προκαλούνται από κινητήρες και άλλες ηλεκτρονικές συσκευές,που μπορεί να επηρεάσει την κανονική επικοινωνία και μετάδοση δεδομένων του BMSΕπιπλέον, το πακέτο μπαταρίας θα υποβάλλεται σε δονήσεις και σοκ κατά τη διάρκεια της οδήγησης του οχήματος, γεγονός που μπορεί επίσης να προκαλέσει ζημιά στα εξαρτήματα υλικού του BMS.

7Προκλήσεις συμμόρφωσης πιστοποίησης

• Ο σχεδιασμός του BMS πρέπει να συμμορφώνεται με διάφορα πρότυπα ασφάλειας και απόδοσης, όπως το ISO 26262 για εφαρμογές αυτοκινήτων και το UL 1973 για σταθερές μπαταρίες.Η εκπλήρωση αυτών των απαιτήσεων πιστοποίησης αυξάνει την πολυπλοκότητα σχεδιασμού και ανάπτυξης.
• Οι απαιτήσεις πιστοποίησης για τα BMS διαφέρουν ανάλογα με τους τομείς εφαρμογής και τις περιοχές.από την επιλογή των συστατικών μέχρι τις δοκιμές διασφάλισης της ποιότητας και την προετοιμασία της κατασκευής, ώστε να εξασφαλίζεται ότι το προϊόν μπορεί να περάσει την πιστοποίηση και να διατεθεί με επιτυχία στην αγορά.

8Δύσκολη επικοινωνία

• Σε μεγάλα συστήματα μπαταριών, τα ηλεκτρονικά παρακολούθησης και ελέγχου συχνά κατανέμονται σε πολλά συστατικά πλακέτων εκτυπωμένων κυκλωμάτων αντί για έναν ενιαίο κεντρικό υπολογιστή BMS.κρίσιμα δεδομένα μέτρησης, τα δεδομένα ασφάλειας και τα δεδομένα υγείας της μπαταρίας πρέπει να συγχρονίζονται συνεχώς μεταξύ πολλαπλών κόμβων μικροελέγχου.που εμποδίζει την ορθή αξιολόγηση της τάσης της κυψέλης μπαταρίας και ενεργοποιεί μια ανταπόκριση προστασίας όταν εμφανίζεται κατάσταση εκτός εύρους.
• Για παράδειγμα, στα ηλεκτρικά οχήματα, απαιτείται αποτελεσματική και αξιόπιστη επικοινωνία μεταξύ του BMS και άλλων συστημάτων, όπως φορτιστήρια, μετατροπείς κλπ.για την επίτευξη ακριβούς διαχείρισης και ελέγχου της μπαταρίαςΟι αστοχίες επικοινωνίας μπορεί να οδηγήσουν σε κακή διαχείριση της μπαταρίας, επηρεάζοντας τις επιδόσεις και την ασφάλεια του οχήματος.

9. Μελλοντικές τάσεις

• Ενσωματωμένο Διαδίκτυο Πράξεων (IoT):Ενσωμάτωση του BMS με το Διαδίκτυο των Πραγμάτων για να καταστεί δυνατή η απομακρυσμένη παρακολούθηση και έλεγχος και να βελτιωθεί η λειτουργική αποτελεσματικότητα.Το BMS μπορεί να εντοπίσει εκ των προτέρων πιθανά προβλήματα στη μπαταρία και να τα προειδοποιήσει για να εξασφαλίσει τη σταθερή λειτουργία του συστήματος.
• Τεχνολογία μπαταριών στερεού αέρα:Οι μπαταρίες στερεού αέρα έχουν προσελκύσει μεγάλη προσοχή λόγω της υψηλής ενεργειακής τους πυκνότητας και της καλής ασφάλειάς τους, αλλά τα χαρακτηριστικά τους απαιτούν ακριβή διαχείριση και έλεγχο από το BMS.Το BMS πρέπει να βελτιστοποιηθεί για τα χαρακτηριστικά των μπαταριών στερεού αέρα, ώστε να αξιοποιηθούν πλήρως τα πλεονεκτήματά τους και να αντιμετωπιστούν νέες προκλήσεις.
• Εφαρμογή δευτερογενούς χρήσης:Η χρήση αποσυρμένων μπαταριών ηλεκτρικών οχημάτων σε σενάρια δευτερογενούς χρήσης, όπως συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, θέτει υψηλότερες απαιτήσεις για το BMS.να αξιολογούν με ακρίβεια την απόδοσή τους και την κατάσταση της υγείας τους, και διασφάλιση της ασφάλειας και της αποτελεσματικότητας.