BMS versus PCM: diferenças e sinergias fundamentais na proteção de baterias de lítio

No sistema de baterias de lítio, o sistema de gestão de baterias (BMS) e o módulo de circuito de proteção (PCM) são dois tipos principais de tecnologias de proteção, que apresentam diferenças significativas na hierarquia funcional,Este trabalho analisa em pormenor cinco aspectos: definição, função, relação hierárquica, diferenças fundamentais e sinergia de aplicações.

O que são BMS e PCM?

BMS (Sistema de Gestão de Baterias)

Um sistema eletrónico inteligente que ajusta dinamicamente as estratégias de carga e descarga através da monitorização em tempo real dos parâmetros da bateria (voltagem, corrente, temperatura, etc.).) e integra a comunicação, equalização, cálculo de dados e outras funções para gerir de forma abrangente a segurança e o desempenho da bateria.

• Gestão inteligente multidimensional
• Apoio à comunicação e à transferência de dados
• Tecnologia de gestão equilibrada
  

PCM (Módulo de Circuito de Proteção)

Um circuito de proteção baseado em hardware é usado principalmente para evitar problemas de segurança fundamentais, como sobrecarga, sobre descarga, curto-circuito,e sobrecorrente durante o processo de carga e descarga de uma bateria de lítio.

• Proteção básica do hardware
• Proteção contra sobrecarga/descarga
• Protecção contra curto-circuito

Funções essenciais do BMS

• Detecção e controlo:Monitorização da tensão única, da tensão total, da corrente, da temperatura, do SOC (potência residual), do SOH (grau de saúde), etc.
• Proteção ativa:Desligar o contato principal ou ajustar os parâmetros de carga e descarga de acordo com o nível de falha (por exemplo, sobre-voltagem, sub-voltagem, sobre-corrente, temperatura anormal).
• Gestão da compensação:Reduzir a diferença entre as células através da tecnologia de equalização passiva ou ativa para prolongar a vida útil da bateria.
• Comunicação e gestão de dados:Suporte ao bus CAN, Bluetooth e outros protocolos de comunicação para transmitir o estado da bateria para dispositivos ou plataformas externas.

Funções essenciais do PCM

• Proteção contra sobrecarga: corte do circuito de carga quando a tensão da unidade exceder o valor limite (por exemplo, 4,25 V)
• Protecção contra a sobre descarga: evitar que a tensão da unidade individual caia abaixo do limiar mínimo (por exemplo, 2,3 V)
• Protecção contra a sobrecorrência e o curto-circuito: Limitar a corrente anormal pelo tubo ou fusível MOS.
• Proteção básica da temperatura: alguns PCM integram sensores de temperatura, mas a função é mais simples

Relações hierárquicas e integração de sistemas

hierarquia funcional

• O PCM é a camada básica de proteção: focando na proteção imediata do hardware, geralmente como a “primeira linha de defesa” para células individuais ou pequenos pacotes de baterias.
• O BMS é a camada de gestão avançada: algoritmos inteligentes, comunicações e funções de equalização estão em camadas em cima do PCM para sistemas complexos de baterias (por exemplo, veículos elétricos,armazenamento industrial de energia).

Método de integração

• Sistemas de baixa tensão: por exemplo, bicicletas elétricas, eletrônicos de consumo, PCM podem funcionar de forma independente.
• Sistemas de alta tensão: por exemplo, veículos elétricos, armazenamento de energia da rede, o BMS geralmente integra a função de proteção de hardware do PCM para formar uma arquitetura de proteção de vários níveis.

Comparação das diferenças de funcionalidade básica

Cenários de aplicação e colaboração

Cenários de aplicação autónomos

• Cenários de PCM dominantes

Pacotes de baterias de célula única ou de série baixa (por exemplo, telemóveis, baterias recarregáveis), que dependem de uma resposta rápida do hardware

• Cenários dominados pelo BMS

Pacotes de baterias multi-cordas (por exemplo, veículos elétricos) com estratégias de carga e descarga ajustadas dinamicamente

modo de trabalho cooperativo

• Projeto de redundância

Em cenários de alta segurança, como o armazenamento industrial de energia, o BMS e o PCM formam um mecanismo de proteção dupla (por exemplo, arquitetura de proteção de três níveis)

• Controle em camadas

O PCM atua como a camada inferior de proteção e o BMS realiza otimização global.enquanto o PCM corta o circuito apenas em casos extremos

Selecção de recomendações e tendências

Base de selecção

• Tamanho da bateria:O PCM é facultativo para < 20 células; o BMS é exigido para > 20 células.
• Requisitos funcionais:Se for necessária uma estimativa, comunicação ou equalização ativa do SOC, deve ser seleccionado o BMS.

Tendências tecnológicas

• BMS se movendo em direção à alta precisão e inteligência (por exemplo, algoritmos de IA que preveem SOH)
• O PCM continua a dominar em cenários de baixo custo, mas a penetração do BMS cresce devido ao aumento da demanda por segurança

Resuma.

O BMS e o PCM desempenham respectivamente o papel de "Intelligent Butler" e de "Basic Defender" na proteção das baterias de lítio,BMS realiza gestão abrangente através de algoritmos de software e capacidade de comunicaçãoAmbos podem ser aplicados de forma independente em diferentes cenários ou trabalhar juntos para formar um sistema de proteção de vários níveis.À medida que a complexidade do sistema de baterias aumenta, a importância do BMS está a tornar-se cada vez mais proeminente, mas o PCM continua a ser indispensável em cenários simples.