Desafios de Design de Hardware do BMS da Bateria

No momento do rápido desenvolvimento da tecnologia das baterias, o sistema de gestão das baterias (BMS) é um componente fundamental para garantir o funcionamento seguro e eficiente das baterias,e o seu design de hardware enfrenta muitos desafiosAqui estão alguns dos principais desafios e tendências da indústria no design de hardware BMS.

1Desafio de precisão

• O BMS exige uma medição precisa dos parâmetros de tensão, corrente e temperatura da bateria para estimar com precisão o estado de carga da bateria (SOC).Estado de saúde (SOH) e estado de potência (SOP)As características químicas das baterias são complexas e são afetadas por vários fatores, como temperatura e envelhecimento.Por exemplo:, as baterias de fosfato de ferro de lítio (LFP) têm baixa densidade energética mas baixo custo, longa vida útil e estável, enquanto as baterias de lítio de níquel-cobalto-manganês (NMC) têm alta densidade energética mas alto custo.
• A medição precisa da tensão da bateria é um dos principais desafios, que é afetado por fatores como a auto-descarga e as alterações de carga da bateria.As alterações de temperatura também afetarão significativamente o desempenho da bateria e a precisão da mediçãoPor exemplo, as altas temperaturas aceleram o envelhecimento da bateria e reduzem a sua capacidade e desempenho.

2. Desafios de segurança

• Uma das principais tarefas do BMS é garantir que a bateria funcione dentro de um intervalo seguro e evitar situações anormais como sobrecarga, sobre descarga, sobrecorrência e sobre temperatura.,A sobrecarga fará com que as reações químicas no interior da bateria percam o equilíbrio, produzam gás, aumentem a pressão no interior da bateria e até causem situações perigosas, como um inchaço,incêndio ou explosãoA descarga excessiva pode causar alterações químicas irreversíveis nos materiais dos eletrodos no interior da bateria, reduzindo o desempenho e a vida útil da bateria.
• O gerenciamento térmico das baterias também é uma questão de segurança importante no projeto de hardware do BMS. As baterias de lítio geralmente usam eletrólitos inflamáveis.O eletrólito irá decompor e libertar calorMesmo que a fuga térmica não seja alcançada, altas temperaturas de funcionamento podem acelerar o envelhecimento da bateria.

3Os desafios da gestão térmica

• O BMS exige uma medição precisa dos parâmetros de tensão, corrente e temperatura da bateria para estimar com precisão o estado de carga da bateria (SOC).Estado de saúde (SOH) e estado de potência (SOP)As características químicas das baterias são complexas e são afetadas por vários fatores, como temperatura e envelhecimento.Por exemplo:, as baterias de fosfato de ferro de lítio (LFP) têm baixa densidade de energia, mas baixo custo, longa vida útil e estável,enquanto as baterias de lítio níquel-cobalto-manganês (NMC) têm alta densidade de energia, mas alto custo PDF.
• A medição precisa da tensão da bateria é um dos principais desafios, que é afetado por fatores como a auto-descarga e as alterações de carga da bateria.As alterações de temperatura também afetarão significativamente o desempenho da bateria e a precisão da mediçãoPor exemplo, as altas temperaturas aceleram o envelhecimento da bateria e reduzem a sua capacidade e desempenho.

4Desafio de custos

• O design de hardware do BMS precisa de encontrar um equilíbrio entre custo e desempenho.que aumenta o custo do sistemaPor exemplo, a utilização de sensores de alta precisão e de conversores analógicos para digitais pode melhorar a precisão das medições, mas também implica custos mais elevados.
• Para os sistemas de baterias de grande escala, como os veículos elétricos e os sistemas de armazenamento de energia, o custo do BMS representa uma parte considerável do custo total do sistema,que possam dificultar a sua utilização generalizada em algumas aplicações sensíveis aos custosPor conseguinte, como reduzir os custos, assegurando simultaneamente as funções e o desempenho do BMS, é um desafio importante para o design de hardware.

5Desafios de escalabilidade

• O projeto de uma arquitetura BMS que pode adaptar-se a diferentes tamanhos de bateria, química e configurações é um desafio.O BMS deve ser capaz de se adaptar às necessidades futuras de forma flexível, sem modificações ou substituições em larga escala..
• Por exemplo, nos veículos elétricos, a capacidade e a configuração da bateria podem variar consoante o modelo,e o BMS deve poder ser facilmente expandido e ajustado para satisfazer as necessidades de diferentes modelosPara além disso, para a utilização secundária de baterias retiradas dos veículos eléctricos,O BMS também deve ter uma boa escalabilidade para atender às necessidades de desempenho e segurança dessas baterias envelhecidas..

6Desafio de Confiabilidade

• O hardware do BMS deve funcionar de forma estável em várias condições de funcionamento e ambientes para assegurar a fiabilidade e segurança do sistema de baterias.Os componentes de hardware podem falhar ou o desempenho degradar devido a fatores como interferência eletromagnética, vibração e umidade.
• Por exemplo, durante um veículo elétrico, o BMS está sujeito a interferências eletromagnéticas causadas por motores e outros dispositivos eletrónicos,que possam afetar a comunicação e a transmissão normais de dados do BMSAlém disso, o pacote de baterias será submetido a vibrações e choques durante a condução do veículo, o que também pode causar danos aos componentes de hardware do BMS.

7Desafios de conformidade da certificação

• O projeto do BMS deve cumprir várias normas de segurança e desempenho, como a ISO 26262 para aplicações automotivas e a UL 1973 para baterias fixas.O cumprimento destes requisitos de certificação aumenta a complexidade do projecto e do desenvolvimento.
• Os requisitos de certificação dos BMS variam de acordo com os diferentes domínios e regiões de aplicação.da seleção dos componentes aos ensaios de garantia da qualidade e à preparação do fabrico, para garantir que o produto pode passar na certificação e ser colocado no mercado com êxito.

8Desafio de comunicação

• Em sistemas de baterias grandes, a eletrônica de monitorização e controle é frequentemente distribuída em vários componentes de placas de circuito impresso em vez de um único computador BMS centralizado.Dados críticos de mediçãoOs dados de segurança e os dados de estado da bateria devem ser continuamente sincronizados entre vários nós do microcontrolador.Impedir a avaliação correta da tensão da célula de bateria e desencadear uma resposta de proteção quando ocorre uma condição fora do intervalo.
• Por exemplo, nos veículos elétricos, é necessária uma comunicação eficiente e fiável entre o BMS e outros sistemas, como carregadores de bordo, inversores, etc.para obter uma gestão e um controlo precisos da bateriaAs falhas de comunicação podem conduzir a uma má gestão da bateria, afectando o desempenho e a segurança do veículo.

9Tendências futuras

• Internet integrada das coisas (IoT):Integrar o BMS com a Internet das Coisas para permitir a monitorização e controlo remoto e melhorar a eficiência operacional.O BMS pode identificar problemas potenciais com a bateria com antecedência e avisá-los para garantir o funcionamento estável do sistema.
• Tecnologia de baterias de estado sólido:As baterias de estado sólido têm atraído muita atenção devido à sua elevada densidade de energia e boa segurança, mas as suas características exigem uma gestão e controlo precisos pelo BMS.O BMS deve ser otimizado para as características das baterias de estado sólido para aproveitar plenamente as suas vantagens e enfrentar novos desafios.
• Aplicação de utilização secundária:A utilização de baterias de veículos elétricos retiradas em cenários de utilização secundária, tais como sistemas de armazenamento de energia, impõe requisitos mais elevados ao BMS.avaliar com precisão o seu desempenho e estado de saúde, e garantir a segurança e a eficiência.