BMS atsako laikas, paaiškintas: greičiau ne visada geriau

TheBMS reakcijos laikasyra pagrindinė metrika, skirta įvertinti akumuliatoriaus sistemos saugą ir{0}}valdymo realiuoju laiku galimybes.

Akumuliatoriaus energijos kaupimo ir maitinimo sistemose saugumas ir stabilumas visada yra pagrindiniai dizainerių tikslai.

Įsivaizduokite tai:Kai paleidžiamas AGV (automatizuotas valdomas automobilis), jei BMS reaguoja per greitai be filtravimo algoritmo, ji gali suaktyvinti dažną „klaidingo išjungimo“ apsaugą. Kita vertus, energijos kaupimo stotyje, jei trumpojo jungimo atsakas vėluoja net 1 milisekundę, gali išdegti visas MOSFET rinkinys. Kaip turėtume rasti pusiausvyrą tarp šių reikalavimų?

BMS, kaip akumuliatoriaus smegenys, reakcijos greitis-jo atsako laikas-tiesiogiai lemia sistemos išgyvenamumą ekstremaliomis darbo sąlygomis.

Nesvarbu, ar susiduriate su momentiniais trumpaisiais jungimais, ar valdote smulkius įtampos svyravimus, net milisekundžių reakcijos laiko skirtumas gali būti ta riba tarp saugaus veikimo ir įrangos gedimo.

Šiame straipsnyje bus gilinamasi į BMS atsako laiko sudėtį ir įtakojančius veiksnius bei nagrinėjama, kaip jis užtikrina sudėtingų sistemų, tokių kaipLiFePO4 baterijos.

Kas yra BMS atsako laikas?

BMS atsako laikasreiškia intervalą nuo baterijos valdymo sistemos nenormalios būklės (pvz., viršsrovės, viršįtampio ar trumpojo jungimo) aptikimo ir apsauginio veiksmo (pvz., relės atjungimo arba srovės nutraukimo) atlikimo.

Tai pagrindinė metrika, leidžianti įvertinti akumuliatoriaus sistemos saugą ir{0}}valdymo realiuoju laiku galimybes.

Reagavimo laiko komponentai

Bendras BMS reakcijos laikas paprastai susideda iš trijų etapų:

• Mėginių ėmimo laikotarpis:Laikas, per kurį jutikliai surenka srovės, įtampos ar temperatūros duomenis ir konvertuoja juos į skaitmeninius signalus.
• Loginio apdorojimo laikas:Laikas, per kurį BMS procesorius (MCU) turi analizuoti surinktus duomenis, nustatyti, ar jie neviršija saugos slenksčių, ir duoti apsaugines komandas.
• Įjungimo laikas:Laikas, per kurį pavaros (pvz., relės, MOSFET tvarkyklės grandinės arba saugikliai) turi fiziškai atjungti grandinę.

Kaip greitai BMS turėtų reaguoti?

BMS atsako laikas nėra fiksuotas; ji skirstoma pagal gedimų sunkumą, kad būtų užtikrinta tikslesnė apsauga.

Pagrindinių reagavimo laiko nuorodų lentelė

LiFePO4 arba NMC sistemose BMS turi laikytis apsaugos logikos „nuo greito iki lėto“.

Veiksniai, turintys įtakos BMS atsako laikui

Akumuliatoriaus valdymo sistemos (BMS) atsako greitis yra kombinuoto fizinio{0}}sluoksnio atrankos, loginio-sluoksnio apdorojimo ir vykdymo-sluoksnio operacijų rezultatas.

1. Aparatinės įrangos architektūra ir analoginė sąsaja (AFE)

Aparatinė įranga nustato atsako greičio „apatinę ribą“.

• Atrankos dažnis:AFE (Analog Front End) lustas stebi atskirų elementų įtampas ir sroves tam tikru dažniu. Jei mėginių ėmimo laikotarpis yra 100 ms, BMS gali aptikti problemas tik po 100 ms.
• Aparatinės įrangos apsauga prieš programinės įrangos apsaugą:Pažangiuose AFE lustuose integruotos „aparatinės įrangos tiesioginio valdymo apsaugos“ funkcijos. Trumpojo jungimo atveju AFE gali apeiti MCU (mikrovaldiklį) ir tiesiogiai išjungti MOSFET. Ši analoginė aparatinės įrangos apsauga paprastai veikia mikrosekundžių (µs) lygiu, o skaitmeninė apsauga naudojant programinės įrangos algoritmus veikia milisekundžių (ms) lygiu.

2. Programinės įrangos algoritmai ir programinės įrangos logika

Tai pati „lanksčiausia“ reakcijos laiko dalis.

• Filtravimas ir atšaukimas:Kad būtų išvengta klaidingų paleidimų dėl srovės triukšmo (pvz., momentinių viršįtampių variklio paleidimo metu), BMS programinė įranga paprastai įgyvendina „patvirtinimo delsą“. Pavyzdžiui, sistema gali išjungti tik tris kartus iš eilės aptikusi viršsrovę. Kuo sudėtingesnis algoritmas ir kuo didesnis filtravimo skaičius, tuo didesnis stabilumas-bet tuo ilgesnis atsako laikas.
• MCU apdorojimo našumas:Sudėtingose ​​sistemose MCU turi apskaičiuoti SOC, SOH ir vykdyti sudėtingas valdymo strategijas. Jei procesorius yra perkrautas arba apsaugos komandų prioritetai nėra tinkamai valdomi, gali atsirasti loginių delsų.

3. Ryšio delsa

Paskirstytoje arba pagrindinėje{0}}pagrindinėje BMS architektūroje komunikacija dažnai yra didžiausia kliūtis.

• Autobuso apkrova:Įtampos atrankos duomenys paprastai perduodami iš pavaldinių modulių (LECU) į pagrindinį modulį (BMU) per CAN magistralę. Jei CAN magistralė yra labai apkrauta arba kyla ryšio konfliktų, informacija apie gedimą gali būti vėluojama dešimtimis milisekundžių.
• Belaidžio BMS iššūkiai:BMS, naudojanti belaidį perdavimą (pvz., „Zigbee“ arba patentuotus belaidžius protokolus), sumažina laidų sudėtingumą, tačiau didelio{0}}trikdymo aplinkoje pakartotinio perdavimo mechanizmai gali padidinti atsako laiko neapibrėžtumą.

4. Pavaros ir fizinės jungtys

Tai paskutinis žingsnis, kai signalas paverčiamas fiziniu veiksmu.

MOSFET ir relė (kontaktorius):

• MOSFET:Elektroninis jungiklis su itin dideliu išjungimo greičiu, paprastai per 1 ms.
• Relė / kontaktas:Mechaninis jungiklis, veikiamas elektromagnetinės ritės ir kontakto eigos, kurio įprastas veikimo laikas yra 30–100 ms.
• Kilpos varža ir talpinė apkrova:Induktyvumas ir talpa aukštos{0}}įtampos kilpoje gali sukelti elektros pereinamuosius įvykius, turinčius įtakos tikram laikui, reikalingam srovei nutraukti.

Veiksnių, turinčių įtakos BMS atsako laikui, palyginimo lentelė

Kaip BMS atsako laikas veikia lifepo4 akumuliatoriaus stabilumą?

Ličio geležies fosfato baterijosyra žinomi dėl didelio saugumo ir ilgo tarnavimo laiko, tačiau jų stabilumas labai priklauso nuoBMS reakcijos laikas.

Kadangi įtampaLFP akumuliatoriaikeičiasi labai palaipsniui, įspėjamieji ženklai dažnai nėra akivaizdūs.Jei BMS reaguoja per lėtai, galite net nepastebėti, kada kyla akumuliatoriaus problema.

Toliau aprašoma specifinė BMS reakcijos trukmės įtaka LiFePO4 akumuliatorių stabilumui:

1. Laikinas stabilumas reaguojant į staigius įtampos šuolius arba kritimus

Vienas ryškus bruožasLiFePO4 baterijosyra tai, kad jų įtampa išlieka labai stabili tarp 10–90 % įkrovos būsenos (SOC), tačiau ji gali smarkiai pasikeisti pasibaigus įkrovimui arba iškrovimui.

• Apsaugos nuo perkrovimo atsakas:Kai vienas elementas artėja prie 3,65 V, jo įtampa gali labai greitai pakilti. Jei BMS atsako laikas yra per ilgas (pvz., daugiau nei 2 sekundes), elementas gali akimirksniu viršyti saugos slenkstį (pvz., virš 4,2 V), sukeldamas elektrolito skilimą arba katodo struktūros pažeidimą, o tai laikui bėgant gali žymiai sutrumpinti akumuliatoriaus ciklo trukmę.
• Apsaugos nuo perkrovos atsakas:Panašiai, pasibaigus iškrovimui, įtampa gali greitai nukristi. Dėl lėto atsako ląstelė gali patekti į per didelės iškrovos sritį (<2.0V), leading to dissolution of the copper foil current collector, resulting in permanent battery failure that cannot be recovered.

2. Mikrosekundžių-lygio trumpas-grandinės apsauga ir terminis stabilumas

Nors LiFePO4 baterijos turi geresnį šiluminį stabilumą nei NMC (trijų dalių ličio) baterijos, trumpojo jungimo srovės vis tiek gali siekti kelis tūkstančius amperų.

• Laimėjimas milisekundėmis:Ideali trumpojo -jungimo reakcijos laikas turėtų būti 100–500 mikrosekundžių (µs).
• Aparatinės įrangos apsaugos stabilumas:Jei atsakas atidėtas ilgiau nei 1 ms, dėl itin didelio Džaulio šilumos gali perdegti arba sudegti BMS viduje esantis MOSFET, dėl ko gali sugesti apsaugos grandinė. Tokiu atveju srovė teka toliau, o tai gali sukelti akumuliatoriaus išsipūtimą ar net gaisrą.

3. Sistemos dinaminės energijos balanso stabilumas

Didelėse LiFePO4 energijos kaupimo sistemose atsako laikas turi įtakos išėjimo galios sklandumui.

• Galios sumažinimas:Kai temperatūra artėja prie kritinio taško (pvz., 55 laipsnių), BMS turi duoti sumažinimo komandas realiuoju laiku. Jei komandos atsakymas atidėtas, sistema gali pasiekti „kietojo atjungimo“ slenkstį, todėl visa energijos kaupimo stotis gali staiga išsijungti, o ne palaipsniui mažinti galią. Tai gali sukelti didelius tinklelio arba apkrovos svyravimus.

4. Cheminis stabilumas žemos temperatūros įkrovimo metu

LiFePO4 akumuliatoriai yra labai jautrūs įkrovimui žemoje{1}}temperatūrose.

• Ličio dengimo rizika:Įkrovimas žemesnėje nei 0 laipsnių temperatūroje gali sukelti ličio metalo kaupimąsi ant anodo paviršiaus (ličio dengimo), sudarydamas dendritus, kurie gali pradurti separatorių.
• Stebėjimo delsa:Jei temperatūros jutikliai ir BMS procesorius nereaguoja greitai, gali prasidėti didelės{0}}srovės įkrovimas, kol kaitinimo elementai pakelia akumuliatorių iki saugios temperatūros, o tai gali negrįžtamai prarasti talpą.

Kaip „Copow BMS“ atsako laikas užtikrina akumuliatoriaus saugumą sudėtingose ​​sistemose?

Sudėtingose ​​akumuliatorių sistemoseakumuliatoriaus valdymo sistemos atsako laikasyra ne tik saugos parametras, bet ir sistemos nervinės reakcijos greitis.

Pavyzdžiui, didelis{0}}našumas„Copow BMS“ naudoja pakopinį atsako mechanizmą, kad užtikrintų stabilumą esant dinaminėms ir sudėtingoms apkrovoms.

1. Milisekundės/mikrosekundės-lygis: trumpalaikis trumpasis-grandinės apsauga (paskutinė gynybos linija)

Sudėtingose ​​sistemose trumpieji jungimai arba momentinės viršįtampio srovės gali sukelti katastrofiškų pasekmių.

• Ekstremalus greitis:Išmanusis „Copow BMS“ apsaugos mechanizmas gali sureaguoti per 100–300 mikrosekundžių (µs).
• Saugos reikšmė:Šis greitis yra daug didesnis nei fizinių saugiklių lydymosi laikas. Jis atjungia grandinę per didelės spartos MOSFET masyvą, kol srovė nepakyla tiek, kad kiltų gaisras arba pradurtų elementų separatorių, taip išvengiant nuolatinio aparatūros pažeidimo.

"Kaip parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje (bangos forma išmatuota mūsų laboratorijoje), kai įvyksta trumpasis jungimas, srovė smarkiai padidėja per itin trumpą laiką. Mūsų BMS gali tiksliai aptikti tai ir suaktyvinti aparatinės įrangos apsaugą, visiškai nutraukdama grandinę maždaug per 200 μs. Šis mikrosekundžių-lygio atsakas apsaugo galios MOSFET nuo gedimų ir apsaugo akumuliatoriaus elementus nuo didelių-srovių viršįtampių, taip užtikrinant viso akumuliatoriaus paketo saugumą."

2. Šimto-milisekundžių-lygis: prisitaikanti dinaminės apkrovos apsauga

Sudėtingose ​​sistemose dažnai paleidžiami{0}}didelės galios varikliai arba perjungiamas keitiklis, sukuriantis labai trumpą{1}}įprastą viršįtampio srovę.

• Pakopinis sprendimų{0}}priėmimas:BMS naudoja išmaniuosius algoritmus, kad per 100–150 milisekundžių (ms) nustatytų, ar srovė yra „įprastas paleidimo viršįtampis“, ar „tikrasis viršsrovės gedimas“.
• Balansavimo stabilumas:Jei atsakas per greitas (mikrosekundės{0}}lygis), sistema gali dažnai suaktyvinti nereikalingus išjungimus; jei per lėtas, ląstelės gali būti pažeistos dėl perkaitimo. „Copow“ šimto{2}}milisekundžių-lygio atsakas užtikrina elektros saugą ir apsaugo nuo klaidingų trikdžių dėl triukšmo.

3. Antrasis-lygis: visas-sistemos šilumos ir įtampos valdymas

Sudėtingose ​​didelės apimties sistemose dėl daugybės jutiklių ir ilgų ryšio jungčių BMS atsako laikas apima visos sistemos uždaros{1} kilpos valdymą.

• Terminio pabėgimo prevencija:Temperatūros pokyčiai turi inerciją. „Copow“ baterijų BMS realiu laiku sinchronizuoja duomenis iš kelių elementų grupių, stebint 1–2 sekundes.
• Komunikacijos koordinavimas:BMS bendrauja realiu laiku su sistemos valdikliu (VCU/PCS), naudodama tokius protokolus kaip CAN arba RS485. Šis antrojo-lygio sinchronizavimas užtikrina, kad aptikus įtampos nuokrypius, sistema sklandžiai sumažina išeinančią galią (sumažinimą), o ne iš karto nutraukia, taip išvengiama elektros tinklo ar variklių smūgių.

Realus atvejis-

„Bendradarbiaudami su pirmaujančiu Šiaurės Amerikos golfo krepšelių tinkinimo įtaisu susidūrėme su tipišku iššūkiu: važiuojant įkalnėje arba visiškai-apkrovos įsibėgėjimo metu, momentinė variklio viršįtampio srovė dažnai suaktyvindavo numatytąją BMS apsaugą.

Atlikus techninę diagnostiką,optimizavome šios Li{0}}jonų baterijos BMS partijos antrinės viršsrovės patvirtinimo delsą nuo numatytosios 100 ms iki 250 ms.

Šis tikslus{0}}derinimas efektyviai išfiltravo nekenksmingus srovės šuolius paleidžiant, visiškai išspręsdamas kliento „giliojo-akceleratoriaus išjungimo“ problemą, kartu užtikrindamas saugų išjungimą esant nuolatinei perkrovai. Ši pritaikyta „dinaminė-statinė“ logika labai padidino akumuliatoriaus patikimumą sudėtingose ​​​​vietose, pralenkdama konkuruojančius produktus.

Siekdama patenkinti specifinius skirtingų klientų poreikius, „Copow“ siūlo pritaikytus BMS sprendimus, užtikrinančius, kad mūsų ličio geležies fosfato (LiFePO4) akumuliatoriai saugiai ir patikimai veiktų jūsų regione.

Susisiekite su mumis

Pagrindinės Copow BMS atsako metrikos nuoroda

Rekomenduojamų LiFePO4 BMS atsako parametrų lentelė

Išvada: Balansas yra svarbiausia

BMS atsako laikasnėra „kuo greičiau, tuo geriau“; tai subtilus greičio ir tvirtumo balansas.

• Itin{0}}greiti atsakymai (mikrosekundės-lygis)yra būtini norint pašalinti staigius fizinius gedimus, tokius kaip trumpasis jungimas, ir užkirsti kelią šiluminiam pabėgimui.
• Pakopinės delsos (milisekundės- iki antrojo-lygio)padėti filtruoti sistemos triukšmą ir atskirti įprastus apkrovos svyravimus, užkertant kelią klaidingiems išjungimams ir užtikrinant nuolatinį sistemos veikimą.

Didelis{0}}našumasBMS vienetai, pvz., „Copow“ serija, pasiekia šią „greitai veikianti, stabili ramybės būsenoje“ apsaugos logiką, naudodama kelių{0}}sluoksnių architektūrą, apjungiančią aparatinės įrangos atranką, algoritminį filtravimą ir suderintą ryšį.

Šių laiko parametrų logikos supratimas kuriant ar renkantis sistemą yra labai svarbus ne tik siekiant apsaugoti bateriją, bet ir užtikrinti ilgalaikį- visos energijos sistemos patikimumą ir ekonominį efektyvumą.

Turi tavolifepo4 baterijataip pat patyrė netikėtų išjungimų dėl srovės svyravimų?Mūsų techninė komanda gali suteikti jums nemokamą konsultaciją dėl BMS atsako parametrų optimizavimo.Pasikalbėkite su inžinieriumi internete.