Thách thức thiết kế phần cứng của pin BMS

Vào thời điểm phát triển nhanh chóng của công nghệ pin, hệ thống quản lý pin (BMS) là một thành phần quan trọng để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của pin,và thiết kế phần cứng của nó phải đối mặt với nhiều thách thứcDưới đây là một số thách thức chính và xu hướng trong ngành trong thiết kế phần cứng BMS.

1Thách thức chính xác

• BMS đòi hỏi phải đo chính xác các thông số điện áp, dòng điện và nhiệt độ của pin để ước tính chính xác trạng thái sạc của pin (SOC),tình trạng sức khỏe (SOH) và tình trạng điện (SOP)Các đặc điểm hóa học của pin rất phức tạp và bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác nhau như nhiệt độ và lão hóa.Ví dụ:, pin lithium iron phosphate (LFP) có mật độ năng lượng thấp nhưng chi phí thấp, tuổi thọ chu kỳ dài và ổn định, trong khi pin lithium nickel-cobalt-manganese (NMC) có mật độ năng lượng cao nhưng chi phí cao.
• Việc đo lường chính xác điện áp pin là một trong những thách thức chính, bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như tự xả và thay đổi tải của pin.Thay đổi nhiệt độ cũng sẽ ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất pin và độ chính xác của phép đoVí dụ, nhiệt độ cao sẽ tăng tốc độ lão hóa của pin và làm giảm dung lượng và hiệu suất của pin.

2Những thách thức về an ninh

• Một trong những nhiệm vụ cốt lõi của BMS là đảm bảo rằng pin hoạt động trong phạm vi an toàn và ngăn ngừa các tình huống bất thường như sạc quá mức, xả quá mức, dòng điện quá mức và nhiệt độ quá mức.,sạc quá mức sẽ khiến các phản ứng hóa học bên trong pin mất cân bằng, tạo ra khí, làm tăng áp suất bên trong pin và thậm chí gây ra các tình huống nguy hiểm như phình ra,cháy hoặc nổ; quá mức xả có thể gây ra những thay đổi hóa học không thể đảo ngược trong vật liệu điện cực bên trong pin, làm giảm hiệu suất và tuổi thọ của pin.
• Quản lý nhiệt của pin cũng là một vấn đề an toàn quan trọng trong thiết kế phần cứng BMS. Pin lithium thường sử dụng chất điện giải dễ cháy.chất điện giải thể và giải phóng nhiệtNgay cả khi không đạt được nhiệt thoát, nhiệt độ hoạt động cao có thể tăng tốc độ lão hóa của pin.

3Các thách thức quản lý nhiệt

• BMS đòi hỏi phải đo chính xác các thông số điện áp, dòng điện và nhiệt độ của pin để ước tính chính xác trạng thái sạc của pin (SOC),tình trạng sức khỏe (SOH) và tình trạng điện (SOP)Các đặc điểm hóa học của pin rất phức tạp và bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác nhau như nhiệt độ và lão hóa.Ví dụ:, pin lithium iron phosphate (LFP) có mật độ năng lượng thấp nhưng chi phí thấp, tuổi thọ chu kỳ dài và ổn định,trong khi pin lithium nickel-cobalt-manganese (NMC) có mật độ năng lượng cao nhưng chi phí cao PDF.
• Việc đo lường chính xác điện áp pin là một trong những thách thức chính, bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như tự xả và thay đổi tải của pin.Thay đổi nhiệt độ cũng sẽ ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất pin và độ chính xác của phép đoVí dụ, nhiệt độ cao sẽ tăng tốc độ lão hóa của pin và làm giảm dung lượng và hiệu suất của pin.

4Thách thức chi phí

• Thiết kế phần cứng của BMS cần phải cân bằng giữa chi phí và hiệu suất.mà làm tăng chi phí của hệ thốngVí dụ, việc sử dụng các cảm biến chính xác cao và chuyển đổi từ analog sang kỹ thuật số có thể cải thiện độ chính xác đo lường, nhưng cũng có nghĩa là chi phí cao hơn.
• Đối với các hệ thống pin quy mô lớn như xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng, chi phí của BMS chiếm một tỷ lệ đáng kể trong tổng chi phí hệ thống,có thể cản trở việc sử dụng rộng rãi trong một số ứng dụng có chi phí nhạy cảmDo đó, làm thế nào để giảm chi phí trong khi đảm bảo chức năng và hiệu suất BMS là một thách thức quan trọng đối với thiết kế phần cứng.

5Những thách thức về khả năng mở rộng

• Thiết kế một kiến trúc BMS có thể thích nghi với các kích thước pin khác nhau, hóa học và cấu hình là một thách thức.BMS phải có khả năng thích nghi với nhu cầu trong tương lai một cách linh hoạt mà không cần sửa đổi hoặc thay thế quy mô lớn.
• Ví dụ, trong xe điện, dung lượng và cấu hình của bộ pin có thể khác nhau tùy thuộc vào mô hình,và BMS cần có thể dễ dàng mở rộng và điều chỉnh để đáp ứng nhu cầu của các mô hình khác nhauĐồng thời, đối với việc sử dụng phụ của pin đã nghỉ hưu từ xe điện,BMS cũng cần có khả năng mở rộng tốt để đáp ứng các nhu cầu về hiệu suất và an toàn của các pin cũ này.

6Thách thức độ tin cậy

• Phần cứng BMS phải hoạt động ổn định trong các điều kiện và môi trường hoạt động khác nhau để đảm bảo độ tin cậy và an toàn của hệ thống pin.Các thành phần phần cứng có thể bị hỏng hoặc hiệu suất giảm do các yếu tố như nhiễu điện từ, rung động, và độ ẩm.
• Ví dụ, trong một chiếc xe điện, BMS bị nhiễu điện từ do động cơ và các thiết bị điện tử khác gây ra,có thể ảnh hưởng đến giao tiếp và truyền dữ liệu bình thường của BMSNgoài ra, bộ pin sẽ bị rung động và sốc trong khi lái xe, điều này cũng có thể gây hư hại cho các thành phần phần cứng của BMS.

7Những thách thức về chứng nhận tuân thủ

• Thiết kế BMS phải tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn và hiệu suất khác nhau, chẳng hạn như ISO 26262 cho các ứng dụng ô tô và UL 1973 cho pin cố định.Đáp ứng các yêu cầu chứng nhận này làm tăng sự phức tạp của thiết kế và phát triển.
• Các yêu cầu chứng nhận cho BMS khác nhau trong các lĩnh vực và khu vực ứng dụng khác nhau.Từ lựa chọn thành phần đến kiểm tra đảm bảo chất lượng và chuẩn bị sản xuất để đảm bảo sản phẩm có thể vượt qua chứng nhận và được đưa ra thị trường thành công.

8Thách thức giao tiếp

• Trong các hệ thống pin lớn, điện tử giám sát và điều khiển thường được phân phối trên nhiều thành phần bảng mạch in thay vì một máy tính BMS tập trung duy nhất.Dữ liệu đo quan trọng, dữ liệu an toàn và dữ liệu tình trạng pin phải được đồng bộ liên tục giữa nhiều nút vi điều khiển.ngăn chặn việc đánh giá chính xác điện áp pin và kích hoạt phản ứng bảo vệ khi xảy ra tình trạng ngoài phạm vi.
• Ví dụ, trong xe điện, giao tiếp hiệu quả và đáng tin cậy là cần thiết giữa BMS và các hệ thống khác như bộ sạc trên xe, biến tần, v.v.để đạt được quản lý và kiểm soát chính xác của pinCác lỗi liên lạc có thể dẫn đến quản lý pin kém, ảnh hưởng đến hiệu suất và an toàn của xe.

9Xu hướng trong tương lai

• Internet của vật thể tích hợp (IoT):Tích hợp BMS với Internet of Things để cho phép giám sát và điều khiển từ xa và cải thiện hiệu quả hoạt động.BMS có thể xác định các vấn đề pin tiềm ẩn trước và cảnh báo chúng để đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống.
• Công nghệ pin trạng thái rắnPin trạng thái rắn đã thu hút nhiều sự chú ý do mật độ năng lượng cao và an toàn tốt của chúng, nhưng các đặc điểm của chúng đòi hỏi quản lý và kiểm soát chính xác bởi BMS.BMS cần được tối ưu hóa cho các đặc điểm của pin trạng thái rắn để tận dụng đầy đủ những lợi thế của chúng và đáp ứng những thách thức mới.
• Ứng dụng sử dụng thứ cấp:Việc sử dụng pin xe điện đã ngừng hoạt động trong các kịch bản sử dụng thứ cấp như hệ thống lưu trữ năng lượng đặt ra các yêu cầu cao hơn đối với BMS.đánh giá chính xác hiệu suất và tình trạng sức khỏe của họ, và đảm bảo an toàn và hiệu quả.