Sfide di progettazione hardware del BMS della batteria

Al momento del rapido sviluppo della tecnologia delle batterie, il sistema di gestione delle batterie (BMS) è un componente chiave per garantire un funzionamento sicuro ed efficiente delle batterie,e la sua progettazione hardware affronta molte sfideEcco alcune delle principali sfide e tendenze del settore nella progettazione hardware BMS.

1. Sfida di precisione

• Il BMS richiede una misurazione accurata dei parametri di tensione, corrente e temperatura della batteria per stimare con precisione lo stato di carica (SOC) della batteria,stato di salute (SOH) e stato di potenza (SOP)Le caratteristiche chimiche delle batterie sono complesse e sono influenzate da vari fattori come la temperatura e l'invecchiamento.Per esempio:, le batterie al litio fosfato di ferro (LFP) hanno una bassa densità energetica ma un basso costo, una lunga durata di ciclo e sono stabili, mentre le batterie al litio al nichel-cobalto-manganese (NMC) hanno un'elevata densità energetica ma un costo elevato.
• La misurazione accurata della tensione della batteria è una delle sfide principali, che è influenzata da fattori quali l'auto-discarica e le variazioni di carico della batteria.Anche le variazioni di temperatura influenzeranno in modo significativo le prestazioni della batteria e la precisione della misurazioneAd esempio, le alte temperature accelereranno l'invecchiamento della batteria e ridurranno la capacità e le prestazioni della batteria.

2. Sfide in materia di sicurezza

• Uno dei compiti fondamentali del BMS è garantire che la batteria funzioni entro un intervallo di sicurezza e prevenire situazioni anormali quali sovraccarico, sovraccarico, sovracorrente e sovra-temperatura.,la sovraccarica farà sì che le reazioni chimiche all'interno della batteria perdano l'equilibrio, producano gas, aumentino la pressione all'interno della batteria e causino persino situazioni pericolose come il rigonfiamento,incendi o esplosioniLa sovraccarica può causare cambiamenti chimici irreversibili nei materiali degli elettrodi all'interno della batteria, riducendo le prestazioni e la durata della batteria.
• La gestione termica delle batterie è anche un importante problema di sicurezza nella progettazione dell'hardware BMS. Le batterie al litio di solito utilizzano elettroliti infiammabili.l'elettrolita si decompone e rilascia caloreAnche se non si raggiunge la fuga termica, alte temperature di funzionamento possono accelerare l'invecchiamento della batteria.

3Sfide della gestione termica

• Il BMS richiede una misurazione accurata dei parametri di tensione, corrente e temperatura della batteria per stimare con precisione lo stato di carica (SOC) della batteria,stato di salute (SOH) e stato di potenza (SOP)Le caratteristiche chimiche delle batterie sono complesse e sono influenzate da vari fattori come la temperatura e l'invecchiamento.Per esempio:, le batterie al litio-fosfato di ferro (LFP) hanno una bassa densità energetica ma basso costo, una lunga durata di ciclo e sono stabili,mentre le batterie al litio al nichel-cobalto-manganese (NMC) hanno un'elevata densità energetica ma un alto costo PDF.
• La misurazione accurata della tensione della batteria è una delle sfide principali, che è influenzata da fattori quali l'auto-discarica e le variazioni di carico della batteria.Anche le variazioni di temperatura influenzeranno in modo significativo le prestazioni della batteria e la precisione della misurazioneAd esempio, le alte temperature accelereranno l'invecchiamento della batteria e ridurranno la capacità e le prestazioni della batteria.

4Sfida dei costi

• La progettazione hardware del BMS deve trovare un equilibrio tra costo e prestazione.che aumenta il costo del sistemaPer esempio, l'uso di sensori ad alta precisione e di convertitori analogico-digitale può migliorare la precisione delle misurazioni, ma comporta anche costi più elevati.
• Per i sistemi a batteria su larga scala come i veicoli elettrici e i sistemi di stoccaggio dell'energia, il costo del BMS rappresenta una parte considerevole del costo complessivo del sistema,che possono ostacolare il suo uso diffuso in alcune applicazioni a basso costoPertanto, come ridurre i costi garantendo le funzioni e le prestazioni del BMS è una sfida importante per la progettazione dell'hardware.

5Sfide di scalabilità

• Progettare un'architettura BMS che possa adattarsi a diverse dimensioni di batteria, chimica e configurazioni è una sfida.Il BMS deve essere in grado di adattarsi alle esigenze future in modo flessibile senza modifiche o sostituzioni su larga scala.
• Ad esempio, nei veicoli elettrici, la capacità e la configurazione del pacchetto batterie possono variare a seconda del modello,e il BMS deve poter essere facilmente ampliato e adattato per soddisfare le esigenze di diversi modelliAllo stesso tempo, per l'utilizzazione secondaria delle batterie ritirate dai veicoli elettrici,Il BMS deve inoltre avere una buona scalabilità per soddisfare le esigenze di prestazioni e sicurezza di queste batterie invecchiate..

6Sfida sull' affidabilità

• L'hardware BMS deve funzionare in modo stabile in varie condizioni di funzionamento e ambienti per garantire l'affidabilità e la sicurezza del sistema di batterie.i componenti hardware possono non funzionare o le prestazioni possono peggiorare a causa di fattori quali le interferenze elettromagnetiche, vibrazioni e umidità.
• Ad esempio, durante un veicolo elettrico, il BMS è soggetto a interferenze elettromagnetiche causate da motori e altri dispositivi elettronici,che possono compromettere la normale comunicazione e trasmissione dei dati del BMSInoltre, la batteria sarà sottoposta a vibrazioni e scosse durante la guida del veicolo, che possono anche causare danni ai componenti hardware del BMS.

7. Sfide di conformità della certificazione

• La progettazione del BMS deve essere conforme a vari standard di sicurezza e prestazioni, come ISO 26262 per le applicazioni automobilistiche e UL 1973 per le batterie fisse.Il rispetto di questi requisiti di certificazione aumenta la complessità della progettazione e dello sviluppo.
• I requisiti di certificazione per il BMS variano a seconda dei settori e delle regioni di applicazione, i progettisti del BMS devono tenerli pienamente conto in ogni fase della progettazione,dalla selezione dei componenti alle prove di garanzia della qualità e alla preparazione della produzione per garantire che il prodotto possa superare la certificazione e essere immesso sul mercato con successo.

8Sfida della comunicazione

• Nei grandi sistemi di batterie, l'elettronica di monitoraggio e controllo è spesso distribuita su più componenti di circuiti stampati piuttosto che su un singolo computer BMS centralizzato.dati critici di misurazione, i dati di sicurezza e i dati sullo stato della batteria devono essere continuamente sincronizzati tra più nodi del microcontrollore.impedire la corretta valutazione della tensione della cella della batteria e innescare una risposta di protezione quando si verifica una condizione fuori raggio.
• Per esempio, nei veicoli elettrici è necessaria una comunicazione efficiente e affidabile tra il BMS e altri sistemi quali caricabatterie, inverter, ecc.per ottenere una precisa gestione e controllo della batteriaI guasti di comunicazione possono portare a una cattiva gestione della batteria, influenzando le prestazioni e la sicurezza del veicolo.

9. Tendenze future

• Internet integrato delle cose (IoT):Integrare il BMS con l'Internet delle cose per consentire il monitoraggio e il controllo remoto e migliorare l'efficienza operativa.BMS può individuare in anticipo i potenziali problemi della batteria e avvertirli per garantire il funzionamento stabile del sistema.
• Tecnologia delle batterie a stato solido:Le batterie a stato solido hanno attirato molta attenzione per la loro elevata densità energetica e buona sicurezza, ma le loro caratteristiche richiedono una gestione e un controllo accurati da parte del BMS.Il BMS deve essere ottimizzato per le caratteristiche delle batterie a stato solido per sfruttare appieno i loro vantaggi e affrontare le nuove sfide.
• Applicazione di utilizzo secondario:L'utilizzo di batterie di veicoli elettrici ritirate in scenari di utilizzo secondario come i sistemi di stoccaggio dell'energia impone requisiti più elevati per il BMS. Il BMS richiede la gestione delle batterie invecchiate,valutare accuratamente le loro prestazioni e lo stato di salute, e garantire sicurezza ed efficienza.