バッテリー管理システム (BMS) は何を管理しますか?

新エネルギー車、エネルギー貯蔵発電所、リチウム電池機器において、リチウム電池パックの安全で効率的かつ長寿命な動作は、BMS（電池管理システム）に大きく依存しています。{0}多くの人は、バッテリーに電力が供給され、エネルギーを蓄えることができることだけを知っていますが、BMS がバッテリーの重要な「頭脳」であることには気づいていません。この記事では、5 つのコア機能を組み合わせて、BMS によって管理されるバッテリー管理の重要な側面を完全に分析します。

BMS チップ全体は 5 つの次元で動作し、感知、保護、バランス、熱管理、通信という完全なバッテリー管理の閉ループを形成します。

1. センシング:リアルタイムのモニタリング、バッテリーの完全な状態の把握-

BMS はバッテリーの「五感」のようなもので、電圧、電流、温度という 3 つのコア データ ポイントを 24 時間年中無休で継続的に収集します。合計電圧、個々のセル電圧、合計回路電流、複数ポイントの温度データ収集を通じて、各セルのリアルタイム動作条件を正確に捕捉し、すべての機能のデータ基盤を提供します。-

2.保護:バッテリーの安全を守る 4 重シールド。-センサーによって収集されたデータに基づいて、BMS には過充電保護、過放電保護、過電流保護、および過熱保護の 4 層の安全保護メカニズムが組み込まれています。-、バッテリーの火災、膨張、故障のリスクを排除します。-データが危険なしきい値に達すると、回路は直ちに遮断され、電力が制限されます。

3. バランス調整:同期した充電と放電のためのセル調整。リチウム- イオン バッテリー パックは、直列に接続された数十、場合によっては数百のセルで構成されます。工場出荷時と長期使用の間ではセルの容量と電圧に差が生じる可能性があり、「最弱リンク」効果によりパック全体の使用可能な容量が大幅に減少します。-バランシング機能によりセル電圧が統一され、電圧差がなくなり、全体的なバッテリー容量と寿命が向上します。

4. 熱管理:最適なバッテリー動作温度を維持します。リチウム-イオン バッテリーの性能は温度に大きく依存します。-、低温での充電ではリチウム メッキやセルの損傷が容易に発生しますが、高温での充放電では劣化が促進され、安全上の危険が生じます。 BMS は、熱管理システムと連携して、低温では発熱体を作動させてバッテリーを予熱し、高温ではファンと液体冷却パイプを作動させて熱を放散させ、バッテリーを最適な動作範囲内に固定します。

5. コミュニケーション:上下通信により、車両とユーザー間の情報交換が容易になります。

BMS はバッテリーの外部の「スポークスマン」として機能します。内部的には、デイジーチェーン接続を介して各セルからデータを収集します。-外部的には、CAN バスを介して車両の VCU および充電ステーションと通信し、同時にデータをクラウドおよびモバイル アプリに同期します。電力とバッテリーレベルの信号を車両に出力し、残りの航続可能距離とバッテリーの健康状態を所有者に表示できます。

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1. 電池生データの網羅的収集

BMS は、データ センシングを実現するために 4 種類のデータ収集ハードウェアに依存しています。

• 総電圧測定: バッテリーパックの全体電圧を検出して、全体のエネルギー予備量を決定します。
• 個別セル電圧測定: 個別セルの電圧を収集し、電圧が異常な故障セルを正確に特定します。
• 総電流測定: 充放電回路電流を監視して充放電量を計算します。
• 多点温度測定: バッテリー パック内の複数の場所に温度プローブを配置し、セル温度の上昇をリアルタイムで監視します。

生データを収集した後、BMS は 4 つのコア状態パラメーターを自動的に計算し、生データをユーザーと車両が理解できる効果的な情報に変換します。

2. 4重の保護シールド-

異常なデータを検出すると、BMS は直ちに階層型保護をアクティブにして、熱暴走の発生源からのリスクを排除します。

• 過充電保護: 充電中にセル電圧が上限 (従来のリチウム電池の場合は 4.25V) に達すると、充電回路が自動的に切断され、さらなる充電とセルの膨張や発火を防ぎます。
• 過放電保護-: 放電電圧が下限（従来のリチウム電池の場合は 2.8V）まで低下すると、セルの深い消耗による永久的な損傷を防ぐために放電出力が遮断されます。
• 過電流保護: 充放電電流が安全しきい値を超えると、ヒューズまたは高電圧スイッチが作動して切断され、大電流によるセルの破壊が防止されます。{0}}
• 過熱保護: バッテリー温度が安全限界（通常 55 度）を超えると、出力電力が制限されるかシャットダウンされ、冷却と放熱が開始されます。{0}}

つまり、感知は BMS の目であり、保護はその手足です。危険を正確に特定することによってのみ、バッテリーの安全を保護するための措置を迅速に講じることができます。

1. セルバランス: バレル効果を克服し、バッテリー容量を最大化
複数のセルが並列または直列に接続されている場合、大きな電圧差が発生します。充電中、最も高い電圧のセルが最初に完全に充電され、システムは強制的に充電を停止しますが、残りの低電圧セルは完全に充電できません。-放電中は、電圧が最も低いセルが最初に放電され、システムが強制的にシャットダウンされますが、高電圧セルはまだ大量の電荷を保持しています。-これはバレル効果であり、最も弱いリンク セルがバッテリー パックの全体的な使用可能容量を決定します。 BMS は、次の 2 つのバランス方法を通じてセル電圧の差を平滑化します。

パッシブバランシング:抵抗器を利用して、高電圧セルからの過剰な電荷を熱として放散します。{0}}この方法は構造が簡単で低コストですが、エネルギーの無駄が発生します。これは主に、低コストのエネルギー貯蔵や低速機器で使用されます。-

アクティブバランシング:コンデンサとインダクタをエネルギー キャリアとして使用し、過剰な電荷を高電圧セルから低電圧セルに転送します。{0}{1}この方法はエネルギーの無駄がなく、バランス効率が高いため、主流の新エネルギー車やハイエンドのエネルギー貯蔵に広く使用されています。{3}}

バランスをとった後はセル電圧が一定になり、バッテリーパックの使用可能な容量が増加し、サイクル寿命が大幅に延長されます。

2. データの相互運用性を実現するデュアルレイヤ通信ネットワーク-

BMS 通信は、内部ネットワークと外部ネットワークの 2 つのネットワークで構成されます。

• 内部通信 (デイジー-): セル取得チップは直列に接続され、各セルから電圧と温度のデータを同期して収集し、メイン制御 MCU に集約されます。
• 外部通信 (CAN バス + クラウド): CAN ラインを介して車両コントローラー (VCU) および充電パイルと通信します。同時に、データがクラウド プラットフォームとモバイル アプリにアップロードされるため、所有者はいつでもバッテリー レベル、航続距離、バッテリーの状態、障害アラームを確認できるようになります。

リチウム電池は温度に非常に敏感なエネルギー貯蔵コンポーネントです。周囲温度が低いと、充電中にセル内にリチウムが析出して、電池容量に永久的な損傷を与える可能性があります。{0}高温での継続的な大電力の充放電は電解液の分解を促進し、熱暴走を引き起こしやすくなります。- BMS (バッテリー管理システム) は、熱管理システム全体と連携して動作し、双方向の温度制御を実現します。

• 低温状態: -内蔵の発熱体が作動してバッテリー パックを均一に加熱し、適切な温度に達した場合にのみ高出力の充電と放電が可能になります。-
• 高温状態: 冷却ファンと液体冷却パイプが作動してセルから熱を除去し、バッテリー パック全体の温度を下げると同時に、さらなる過熱を防ぐために出力電力を制限します。安定した温度制御環境は、バッテリーのサイクル寿命を延ばし、安全事故を防ぐために非常に重要です。

リチウム バッテリー パックを倉庫に、セルを電気エネルギーを蓄える棚に例えると、BMS は執事、ボディガード、医師、コーディネーターの役割を担う万能の管理者です。{0}

新エネルギー乗用車、電動三輪車、電動自転車、産業用および商業用エネルギー貯蔵装置、ポータブル リチウム電池装置のいずれであっても、適切に設計され完全に機能する BMS は、リチウム電池システムを安全かつ安定して動作させるための中核前提条件であり、リチウム電池業界の研究、開発、生産、リサイクル プロセスにおいて不可欠な中核コンポーネントです。{0}

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