מערכות הגנה על מארז סוללות: איך הן פועלות?

ערכות סוללות ליתיום מפעילות כל דבר, החל מאופניים חשמליים- וכלים חשמליים ועד למערכות אחסון אנרגיה. אולם הכימיה בתוך התאים הללו הופכת אותם לרגישים. דחף מתח גבוה מדי, רוקן אותם נמוך מדי, או תן לזרם לזנק, ואתה מסתכן בנזק קבוע או, במקרים הגרועים ביותר,בריחה תרמית.

מערכות הגנת סוללותלשבת בין התאים לעולם החיצון. הם עוקבים אחר פרמטרים מרכזיים בזמן אמת ומנתקים חשמל כאשר דברים נעים מחוץ לגבולות בטוחים. בְּGEB, אנו בונים את המערכות הללו בכל חבילה שאנו מייצרים מכיוון ששכבת הגנה טובה היא שהופכת אוסף של תאים למוצר אמין שלקוחות יכולים לסמוך עליו במשך שנים.

ישנן שתי גישות נפוצות: הפשוטה יותרמודול מעגל הגנה (PCM)וכמה שיותר מסוגליםמערכת ניהול סוללות (BMS). הבנת איך כל אחד עובד עוזר כשאתה בוחר או מציין חבילה.

מהן מערכות הגנת מארז סוללות?

מערכת הגנה על ערכת סוללות היא מערכה אלקטרונית שצופה ברציפות במתח, זרם וטמפרטורה, ואז מבצעת פעולותעל כדי לשמור את החפיסה בתוך אזור ההפעלה הבטוח שלה (SOA).

• PCM (מודול מעגל הגנה)היא הגרסה הבסיסית. זהו למעשה לוח הגנה בנוי סביב IC הגנה אחד או שנייםMOSFETס. העבודה שלו פשוטה: לזהות תנאים מסוכנים ולנתק את המעגל. רוב החבילות הקטנות 1S עד 4S משתמשותPCMכי הוא קומפקטי ובעלות-נמוכה.
• BMS (מערכת ניהול סוללות)הולך רחוק יותר. תחשוב על זה כמו המוח של החפיסה. הוא משתמש במספר חיישנים, מיקרו-בקר ותוכנה כדי לנטר כל תא בנפרד, לחשבמצב טעינה (SOC)ומצב בריאות (SOH), מאזן תאים, ולעתים קרובות מתקשר עם המכשיר המארח באמצעות CAN, UART או Bluetooth.

הנה מבט ברור-לצד-באופן שבו הם שונים בפועל:

PCM נותן לך הגנה חיונית ללא מורכבות נוספת.BMSמספק חיים ארוכים יותר, ביצועים טובים יותר ושילוב-ברמת המערכת כאשר היישום שלך דורש זאת.

כיצד פועלות מערכות הגנת ערכת סוללות

תהליך הליבה זהה בין אם אתה משתמש ב-PCM או BMS: צג ← החליט ← פעל ← שחזור.

חיישנים (או IC ההגנה ב-PCM פשוט יותר) מודדים כל הזמן מתח על פני תאים, זרם זורם פנימה או החוצה וטמפרטורה בנקודות מפתח. לוגיקית הבקרה משווה את הקריאות הללו מול ערכי סף מוגדרים מראש. כאשר ערך חוצה גבול, המערכת מכבה את מתגי ה-MOSFET כדי לשבור את המעגל. ברגע שהמצב מתבטל (לדוגמה, אתה מתחיל לטעון אחבילה-פרוקה יותר), המערכת מתחברת מחדש.

ב-PCM טיפוסי המשתמש במשהו כמו DW01+ IC בשילוב עם 8205A MOSFETs:

• פעולה רגילה (מתח תאים בערך 2.5 וולט - 4.3 וולט): ה-IC שומר על ה-MOSFETs פועלים, כך שהזרם זורם בחופשיות.
• כאשר המתח יורד נמוך מדי במהלך הפריקה, ה-IC חותך את נתיב הפריקה.
• כאשר המתח עולה גבוה מדי במהלך הטעינה, הוא חותך את נתיב הטעינה.
• זרם יתר או קצר חשמלי מזוהים באמצעות ההתנגדות הקטנה של -ה-MOSFETs עצמם -. נפילת מתח פתאומית על פניהם מאותתת על זרם מוגזם ומפעילה כיבוי.

BMS מלא מוסיף שכבות על זה. הוא אוסף נתונים מחיישנים מרובים, מריץ אלגוריתמים במיקרו-בקר שלו, ויכול לקבל החלטות חכמות יותר כמו הפחתת זרם הטעינה במקום ניתוק קשה או העברת אנרגיה פעילה בין תאים כדי לשמור עליהם מאוזנים.

התוצאה זהה בשני המקרים: החבילה נשארת בתוך חלונות בטוחים של מתח, זרם וטמפרטורה, כך שהכימיה בתוך התאים אינה מתכלה במהירות או בורחת.

פונקציות הגנה מפתחות מוסבר

להלן ההגנות העיקריות שתתקלו בהן ומדוע הן חשובות.

הגנה מפני טעינת יתר

אם מתח התא מטפס מעל המקסימום הבטוח שלו (בדרך כלל בסביבות 4.2 V - 4.25 V עבור רוב תאי NMC או LCO), מעגל ההגנה מנתק את נתיב הטעינה. טעינת יתר מתמשכת מפרקת את האלקטרוליט, מייצרת חום ויכולה להתחילבריחה תרמית. מערכות טובות כוללות סף התאוששות מעט נמוך יותר כך שהטעינה יכולה לחדש ברגע שהמתח מתיישב.

הגנת-פריקת יתר

פריקה מתחת ל-2.5 וולט - 3.0 וולט לתא, גורמת לפירוק נחושת על האנודה ולאובדן קיבולת קבוע. מערכת ההגנה מנתקת את זרם הפריקה לפני שהמתח יורד כל כך רחוק. חבילות רבות מאפשרות התאוששות אוטומטית ברגע שמטען מחובר ומחזירה את המתח לטווח.

הגנה מפני זרם יתר וקצר חשמלי

זרם גבוה מייצר חום ומלחיץ את התאים.PCMו-BMS שניהם עוקבים אחר זרם, לעתים קרובות באמצעות נפילת המתח על פני ה-MOSFETs. קצר חשמלי הוא פשוט גרסה קיצונית של זרם יתר - המערכת מגיבה באלפיות שניות כדי למנוע נזק או שריפה.

ניהול טמפרטורה ותרמי

הטמפרטורה היא קריטית. רוב תאי הליתיום מתפקדים בצורה הטובה ביותר בין 15 מעלות ל-35 מעלות. מעבר לטווח זה, במיוחד במהלך טעינה מהירה או פריקה כבדה, חום מצטבר במהירות. יחידות BMS עוקבות אחר הטמפרטורה במספר נקודות ויכולות להצר את הזרם או לכבות לחלוטין. בערכות הספק גבוהות יותר-אנו מוסיפים גם אמצעים פסיביים כגון מחסומים תרמיים בין תאים או נתיבי קירור אקטיביים.

איזון תאים

בכל חבילה עם מספר תאים בסדרה, הבדלים קטנים בקיבולת גורמים לתאים מסוימים להתמלא או להתרוקן מוקדם יותר מאחרים. ללא איזון, אתה מאבד קיבולת שמישה ומסתכן ב-לחץ על תאים בודדים. בְּסִיסִיPCMלעיתים רחוקות מאזן. BMS תקין מעביר באופן אקטיבי או פסיבי אנרגיה כך שכל התאים נשארים בהתאמה הדוקה, מה שמשפר ישירות את חיי המחזור והבטיחות.

פונקציות אלו פועלות יחד. חבילה שיש לה רק הגנת מתח אך מתעלמת מטמפרטורה היא עדיין פגיעה. ב-GEB אנו מעצבים את שכבת ההגנה כמערכת שלמה ולא כתכונות מבודדות.

PCM לעומת BMS: בחירת הגישה הנכונה

עבור פרויקטים רגישים-נמוכים או בעלי עלות-הרבה, די ב-PCM מעוצב היטב-. הוא מטפל בארבע הגנות הליבה (טעינת יתר,-פריקת יתר, זרם יתר, קצר חשמלי) באופן אמין ושומר על החבילה קטנה ובמחיר סביר.

עבור ל-BMS כאשר היישום שלך זקוק לאחת מהאפשרויות הבאות:

• חיי מחזור ארוכים יותראיזון תאים
• מידע SOC מדויק עבור המשתמש או המערכת
• תקשורת עם מטענים, ממירים או בקרי רכב
• פעולה בסביבות טמפרטורה משתנות או קשות
• מרווחי בטיחות גבוהים יותר עבור חבילות גדולות יותר

אנחנו רואים את הבחירה הזו מתנגנת מדי שבוע עם הלקוחות. יצרן מכשירים ניידים בדרך כלל נשאר עם PCM. פרויקט -אופניים חשמליים או אחסון סולארי עובר כמעט תמיד ל-BMS מכיוון שהניטור והאיזון הנוספים מחזירים במהירות-בביצועים בעולם האמיתי ופחות בעיות אחריות.

מדוע חשובה הגנה חזקה עבור ערכת הסוללות שלך

חבילה מוגנת כהלכה מחזיקה מעמד זמן רב יותר, פועלת באופן עקבי יותר ויוצרת הרבה פחות כאבי ראש במורד הזרם. זה מפחית כשלים בשטח, מפשט את ההסמכה ונותן ללקוחות הקצה שלך ביטחון שהמוצר לא יאכזב אותם ברגע קריטי.

בְּGEB אנו מתייחסים להגנה לא כתוספת- אלא כחלק מרכזי בעיצוב החבילה. בין אם אנו משתמשים בקומפקטPCMעבור סוללת כלי קומפקטית או סוללה- מלאהBMSעִםתקשורת CANעבור מערכת אחסון אנרגיה, המטרה נשארת זהה: לשמור על התאים לפעול בבטחה בתוך הגבולות המתוכננים שלהם למשך כמה שיותר מחזורים.

סוף סוף

מערכות הגנה על ערכת סוללות - בין אם PCM פשוט או מתקדמותBMS- הם שהופכים תאי ליתיום גולמיים למוצרים בטוחים ושמישים. הם עוקבים אחר מתח, זרם וטמפרטורה, ואז פועלים במהירות כאשר מתקרבים לגבולות. הבנת המנגנונים הללו עוזרת לך לציין את הפתרון הנכון עבור היישום שלך ולהימנע ממלכודות נפוצות המקצרות את חיי הסוללה או יוצרות סיכונים בטיחותיים.

אם אתה מפתח מוצר חדש או מחפש לשפר מוצר קייםערכת סוללות, אל תהסס לפנות. ב-GEB אנו מתכננים ומייצרים את שניהםPCM-מוגןוBMS-מצוידערכות סוללות ליתיום המותאמות לרמות הספק, סביבות וצרכי ​​ביצועים שונים. ספר לנו על הדרישות שלך ונוכל להמליץ ​​על גישת ההגנה המתאימה ביותר.