電池管理系統(tǒng)(bms)是一個電子系統(tǒng)或電路，監(jiān)測充電，放電，溫度和其他影響電池或電池組狀態(tài)的因素。它用于監(jiān)視和維護(hù)電池的健康狀況和容量。
今天的 bms 設(shè)備是*的，經(jīng)常會提供彈出式通知，就像你在筆記本電腦或智能手機(jī)上經(jīng)歷的那樣。這些系統(tǒng)至少應(yīng)提供:
• 電池壽命和整體健康狀況(健康狀況)
• 溫度和狀態(tài)監(jiān)測(安全操作區(qū))
• 電壓監(jiān)視(充電狀態(tài))
• 充電時間
電池管理系統(tǒng)也可能根據(jù)應(yīng)用程序提供額外的特性。例如，在電動汽車中，一個 bts 顯示器可以報(bào)告在下一次充電前車輛可以安全行駛多少英里或公里。
在本文中，我們將了解電池管理系統(tǒng)如何工作，包括如何計(jì)算和監(jiān)視電池壽命。
由 bms 提供的筆記本電腦需要充電前電池壽命的典型指示。
了解 bms 電池管理系統(tǒng)可以預(yù)測電池的健康狀況和容量，其總體目標(biāo)是準(zhǔn)確地顯示剩余的使用時間。它還經(jīng)常監(jiān)控電池的充電和放電。
一般來說，bms 從電池接收輸入信號，監(jiān)控信號，在算法中處理，然后生成輸出信號。輸出數(shù)據(jù)包括變化狀態(tài)(soc)、健康狀態(tài)(soh)以及故障和狀態(tài)信號。
bms 可以用于單個電池或多個電池組。下面的電路顯示三個單元串聯(lián)在一起，bms 測量總電壓，以及每個單元的電壓。它還通過分流電流或霍爾效應(yīng)傳感器監(jiān)測電流。
還有金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(mosfet) ，如充電或放電控制場效應(yīng)發(fā)射器(cfets 和 dfet) ，提供集成的充電和放電能力。這些 mosfet 提供了額外的安全優(yōu)勢，在故障條件下終止充電或負(fù)載。在這種情況下，充電器和負(fù)載連接到“通信”
安全操作區(qū)
一個 bms 提供安全和可靠的電池使用。例如，它可以保護(hù)電池免受過高或過低的溫度條件，免受過充或過放電。
工作溫度和工作電壓應(yīng)該始終在安全工作區(qū)域(soa)內(nèi)，如下面的電壓與溫度曲線圖所示。圖中的數(shù)值應(yīng)該始終跟隨 bms 制造商的數(shù)據(jù)表，因?yàn)椴煌南到y(tǒng)是可用的。
如果電池的溫度超過 soa 由于過熱或過熱的條件，這是一個超溫條件。它被認(rèn)為是危險(xiǎn)的，因?yàn)樗梢匀诨姵睾碗娐贰Ｒ粋€塑料電池盒通常會在華氏200度左右開始軟化，在華氏300度以上開始融化。在情況下，電池也可能熔化或爆炸。
就像高溫會加速化學(xué)反應(yīng)一樣，低溫也會減慢化學(xué)反應(yīng)的速度。低溫狀態(tài)可能由低溫或冰凍溫度引起，這也可能影響電池及其提供電力的能力。
如果電壓超過其理想狀態(tài)極限，并且超過 soa，那么就是過充電，這會損壞電池，使其失去功能。當(dāng)電壓下降到其狀態(tài)極限以下時，就被認(rèn)為是欠充電。這四種情況都可能損壞電池，或者有危險(xiǎn)。
一個可靠的 bms 監(jiān)視電路中的每個單元，并提供保護(hù)，如果電池的充電理想狀態(tài)，則終止電池的充電。
健康狀態(tài)
健康狀態(tài)(soh)是指電池與其理想狀態(tài)相比的容量或電流狀態(tài)。soh 幫助確定可用或剩余電池壽命的百分比。
在下圖中，電池的容量隨著充電或放電循環(huán)而減少。
如何確定 soh？
隨著電池壽命的延長，電池的阻抗、電導(dǎo)等參數(shù)會發(fā)生變化，這些參數(shù)可以用來確定電池的 soh。當(dāng)這些參數(shù)增加時，電池的性能隨著溫度的升高而降低。
阻抗是測量電路在施加電壓時對電流的阻抗。電導(dǎo)是物體導(dǎo)電的程度，計(jì)算方法是電流的比率。
為了測量 soh，需要記錄初始阻抗或電導(dǎo)，這通常在制造商的數(shù)據(jù)表中提供。為了測試電池的阻抗或電導(dǎo)，在電池上施加一個已知頻率和振幅為“ e”的小交流電壓，并測量相應(yīng)流動的同相交流電流“ i”。
阻抗為 z = e/i (“ e”是電池上的交流電壓，“ i”是流過電池的交流電流)
電導(dǎo)為 c = i/e
比如說..。
e = 0.0024 v，i = 0.0033 a z = 0.0024/0.0033 = 0.072歐姆
阻抗和電導(dǎo)呈反比關(guān)系，阻抗增大，電導(dǎo)減小。
現(xiàn)在，假設(shè)我們接收到一個測量70毫歐姆的阻抗，但是，一開始，它是50毫歐姆。
阻抗百分比 = (電流阻抗/初始阻抗) x100
= (70/50) x100
增加阻抗百分比 = 阻抗百分比 -100
= 140-100 = 40%
阻抗增加了40% ?，F(xiàn)在，讓我們計(jì)算 soh。
該電池的初始容量為1000mah，阻抗增加了40% 。
容量損失 = (阻抗百分比/100) x 總初始容量
= (40/100) x1000 = 400mah
初始容量損失總額
溫度也可以通過阻抗百分比來測量，假設(shè)初始百分比是40攝氏度。
電流溫度 = (阻抗百分比/100) x 初始溫度 + 初始溫度
= (40/100) x40 + 40
= 56 c
在這種情況下，隨著阻抗的增加，電池的溫度也會增加，如下圖所示。
荷電狀態(tài)荷電狀態(tài)(soc)
表示電池中剩余的電量或能量，并用電池剩余容量超過電池總?cè)萘康闹祦碛?jì)算。電荷狀態(tài)可以用百分比表示如下..。
soc 百分比 = (soh/總?cè)萘? x100
雖然這個公式提供了 soc 的百分比，但它并不準(zhǔn)確，因?yàn)樗鼪]有考慮到電池的總?cè)萘繒S著時間的推移而減少這一事實(shí)。最終，電池將無法實(shí)現(xiàn)99% 的充電。因此，公式中的總?cè)萘烤褪?soh 值。
如果最初的電池容量是1000mah，而 soh 現(xiàn)在是500mah，剩余容量是300mah，那么..
有機(jī)碳百分比 = (300/500) x100 = 60%
soc 是如何確定的？
確定充電狀態(tài)的方法是測量電池的充放電電壓。然而，這并不是測量電池容量的理想方法，因?yàn)殡姵貨]有一個線性的充電或放電曲線。所以，并不是每一個讀數(shù)都能被準(zhǔn)確地表達(dá)出來。
例如，考慮一下下面圖表中的鋰離子電池的充電和放電曲線。充電和放電電壓逐漸改變電池的狀態(tài)，直到最終放電保持穩(wěn)定。
測量電池容量的理想方法是通過庫侖計(jì)數(shù)，測量隨時間變化的輸入和輸出電流。它計(jì)算了一段時間內(nèi)的放電電流，如果充電電流是相同的方式，則從值中減去它。
總?cè)萘?(放電電流-充電電流)
根據(jù)電池測量系統(tǒng)的不同，有幾種不同的方法可用來測量電流中的放電或充電。這里有一些:
電流分流器: 分流器是一個低歐姆電阻器，用于測量電流，通常，當(dāng)電流超過測量裝置的范圍時。整個電流流過分流器并產(chǎn)生一個電壓降，然后進(jìn)行測量。這種方法有一個輕微的功率損失跨電阻和加熱電池。
霍爾效應(yīng): 當(dāng)器件置于磁場中時，該傳感器測量器件電壓的變化。它消除了電流分流器典型的功率損耗問題，但成本昂貴，無法承受大電流。
巨磁阻效應(yīng)(gmr) : 這些傳感器用作磁場探測器，比霍爾效應(yīng)傳感器更靈敏(也更昂貴)。它們非常精確。
庫侖計(jì)數(shù): 如前所述，庫侖涉及測量流入或流出電池的電流量。下面是一個圖表，描繪了在不同時間測量的電流，以確定總放電電流相對于時間。
庫侖測量是相當(dāng)復(fù)雜的，但可以由單片機(jī)完成。
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