Akun suojajärjestelmät: miten ne toimivat?

Litiumparistot toimivat kaikessa sähköpyöristä ja sähkötyökaluista energian varastointijärjestelmiin. Silti näiden solujen sisällä oleva kemia tekee niistä herkkiä. Työnnä jännite liian korkeaksi, tyhjennä ne liian alhaiseksi tai anna virran nousta, jolloin vaarana on pysyvä vaurio tai pahimmassa tapauksessalämpökarkaa.

Akun suojajärjestelmätistua solujen ja ulkomaailman välissä. Ne valvovat keskeisiä parametreja reaaliajassa ja katkaisevat virran, kun asiat siirtyvät turvallisten rajojen ulkopuolelle. kloGEB, rakennamme nämä järjestelmät jokaiseen valmistamiimme pakkauksiin, koska hyvä suojakerros tekee solukokoelmasta luotettavan tuotteen, johon asiakkaat voivat luottaa vuosia.

On olemassa kaksi yleistä lähestymistapaa: yksinkertaisempiSuojauspiirimoduuli (PCM)ja kykenevämpiAkunhallintajärjestelmä (BMS). Kummankin toiminnan ymmärtäminen auttaa, kun valitset tai määrität pakkausta.

Mitä ovat akun suojajärjestelmät?

Akun suojajärjestelmä on elektroninen järjestelmä, joka tarkkailee jatkuvasti jännitettä, virtaa ja lämpötilaa ja toimii sittenpitää pakkauksen turvallisessa toiminta-alueella (SOA).

• PCM (Protection Circuit Module)on perusversio. Se on pohjimmiltaan suojalevy, joka on rakennettu yhden tai kahden suoja-IC:n ympärille jaMOSFETs. Sen tehtävä on yksinkertainen: tunnista vaaralliset olosuhteet ja irrota virtapiiri. Useimmat pienet 1S-4S-paketit käyttävätPCMkoska se on kompakti ja edullinen{0}}.
• BMS (akunhallintajärjestelmä)menee pidemmälle. Ajattele sitä lauman aivoina. Se käyttää useita antureita, mikro-ohjainta ja ohjelmistoa jokaista solua erikseen valvomaan, laskemaanLataustila (SOC)jaTerveystila (SOH), tasapainottaa soluja ja kommunikoi usein isäntälaitteen kanssa CAN-, UART- tai Bluetoothin kautta.

Tässä on selkeä sivu--katso, kuinka ne eroavat käytännössä:

PCM tarjoaa sinulle olennaisen suojan ilman ylimääräistä monimutkaisuutta.BMStarjoaa pidemmän käyttöiän, paremman suorituskyvyn ja järjestelmätason{0}}integraation, kun sovelluksesi sitä vaatii.

Kuinka akun suojajärjestelmät toimivat

Ydinprosessi on sama riippumatta siitä, käytätkö PCM:ää tai BMS:ää: valvo → päätä → toimi → palauta.

Anturit (tai suojapiiri yksinkertaisemmassa PCM:ssä) mittaavat jatkuvasti jännitettä kennojen välillä, sisään- tai ulosvirtausta ja lämpötilaa avainpisteissä. Ohjauslogiikka vertaa näitä lukemia ennalta asetettuihin kynnysarvoihin. Kun arvo ylittää rajan, järjestelmä sammuttaa MOSFET-kytkimet piirin katkaisemiseksi. Kun tila poistuu (esimerkiksi aloitat lataamisenyli-purettu pakkaus), järjestelmä muodostaa yhteyden uudelleen.

Tyypillisessä PCM:ssä, jossa käytetään jotain DW01+-IC:tä, joka on yhdistetty 8205A MOSFET:ien kanssa:

• Normaali toiminta (kennon jännite noin 2,5 V – 4,3 V): IC pitää MOSFETit päällä, joten virta kulkee vapaasti.
• Kun jännite laskee liian alhaiseksi purkauksen aikana, IC katkaisee purkauspolun.
• Kun jännite nousee liian korkeaksi latauksen aikana, se katkaisee latauspolun.
• Ylivirta tai oikosulku havaitaan MOSFETien pienen päälle{0}}vastusvastuksen kautta -, äkillinen jännitteen pudotus niiden yli merkitsee liiallista virtaa ja laukaisee sammutuksen.

Täysi BMS lisää kerroksia tämän päälle. Se kerää tietoja useista antureista, suorittaa algoritmeja mikro-ohjaimessaan ja voi tehdä älykkäämpiä päätöksiä, kuten vähentää latausvirtaa kovan katkaisun sijaan tai siirtää energiaa aktiivisesti solujen välillä pitääkseen ne tasapainossa.

Tulos on sama molemmissa tapauksissa: pakkaus pysyy turvallisten jännite-, virta- ja lämpötilaikkunoiden sisällä, joten kennojen sisällä oleva kemia ei hajoa nopeasti tai juokse pois.

Avainsuojaustoiminnot selitetty

Tässä on tärkeimmät kohtaamasi suojat ja miksi niillä on merkitystä.

Ylilataussuoja

Jos kennojännite nousee turvallisen maksiminsa yläpuolelle (tyypillisesti noin 4,2 V – 4,25 V useimmissa NMC- tai LCO-kennoissa), suojapiiri katkaisee latauspolun. Jatkuva ylilataus hajottaa elektrolyytin, tuottaa lämpöä ja voi käynnistyälämpökarkaa. Hyvissä järjestelmissä palautuskynnys on hieman matalampi, joten latausta voidaan jatkaa, kun jännite tasaantuu.

Yli-purkaussuojaus

Purkautuminen alle noin 2,5 V – 3,0 V per kenno aiheuttaa kuparin liukenemista anodilla ja pysyvän kapasiteetin menetyksen. Suojausjärjestelmä katkaisee purkausvirran ennen kuin jännite laskee niin pitkälle. Monet pakkaukset mahdollistavat palautumisen automaattisesti, kun laturi on liitetty ja tuo jännitteen takaisin alueelle.

Ylivirta- ja oikosulkusuojaus

Suuri virta tuottaa lämpöä ja rasittaa soluja.PCMja BMS molemmat valvovat virtaa käyttämällä usein MOSFETien jännitehäviötä. Oikosulku on yksinkertaisesti äärimmäinen versio ylivirrasta - järjestelmä reagoi millisekunneissa vaurioiden tai tulipalon estämiseksi.

Lämpötilan ja lämmön hallinta

Lämpötila on kriittinen. Useimmat litiumkennot toimivat parhaiten 15-35 asteen välillä. Tämän alueen yläpuolella, etenkin nopean latauksen tai raskaan purkauksen aikana, lämpö muodostuu nopeasti. BMS-yksiköt valvovat lämpötilaa useissa kohdissa ja voivat kuristaa virtaa tai sammuttaa kokonaan. Suurempiin-tehopakkauksiin lisäämme myös passiivisia toimenpiteitä, kuten lämpöesteitä kennojen välillä tai aktiivisia jäähdytysreittejä.

Solujen tasapainotus

Kaikissa pakkauksissa, joissa on useita kennoja sarjassa, pienet kapasiteetin erot saavat jotkin kennot täyteen tai tyhjenemään nopeammin kuin toiset. Ilman tasapainotusta menetät käytettävissä olevan kapasiteetin ja riskinä on yli-rasittaa yksittäisiä soluja. PerusPCMharvoin tasapainoilee. Asianmukainen BMS siirtää energiaa aktiivisesti tai passiivisesti, jotta kaikki solut pysyvät tiiviisti toisissaan, mikä parantaa suoraan syklin käyttöikää ja turvallisuutta.

Nämä toiminnot toimivat yhdessä. Pakkaus, jossa on vain jännitesuoja, mutta joka ei huomioi lämpötilaa, on edelleen haavoittuvainen. Suunnittelemme GEB:llä suojakerroksen kokonaisena järjestelmänä yksittäisten ominaisuuksien sijaan.

PCM vs BMS: Oikean lähestymistavan valinta

Moniin pienitehoisiin-tai kustannustehokkaisiin-projekteihin hyvin-suunniteltu PCM riittää. Se käsittelee neljä ydinsuojaa (ylilataus, yli-purkaus, ylivirta, oikosulku) luotettavasti ja pitää paketin pienenä ja edullisena.

Siirry BMS:ään, kun sovelluksesi tarvitsee jotain seuraavista:

• Pidempi syklin käyttöikä läpisolujen tasapainottaminen
• Tarkat SOC-tiedot käyttäjälle tai järjestelmälle
• Yhteydenpito laturien, invertterien tai ajoneuvon ohjaimien kanssa
• Käyttö vaihtelevissa tai ankarissa lämpötiloissa
• Suuremmat turvamarginaalit suuremmille pakkauksille

Näemme tämän valinnan toteutuvan asiakkaiden kanssa joka viikko. Kannettavien laitteiden valmistaja pysyy yleensä PCM:n kanssa. Sähköpyörä- tai aurinkosäilytysprojekti siirtyy lähes aina BMS:ään, koska ylimääräinen valvonta ja tasapainotus maksavat nopeasti takaisin todellisessa-suorituskyvyssä ja vähemmän takuuongelmia.

Miksi vahva suojaus on tärkeää akullesi

Oikein suojattu pakkaus kestää pidempään, toimii johdonmukaisemmin ja aiheuttaa paljon vähemmän päänsärkyä loppupäässä. Se vähentää kenttävikoja, yksinkertaistaa sertifiointia ja antaa loppuasiakkaallesi luottamusta siihen, että tuote ei petä heitä kriittisellä hetkellä.

kloGEB Emme käsittele suojaa{0}}lisäyksenä vaan pakkauksen suunnittelun ydinosana. Käytämmepä kompaktiaPCMkompaktille työkaluakulle tai -täydellisillä varusteillaBMSkanssaCAN-viestintäenergian varastointijärjestelmässä tavoite pysyy samana: pitää solut toiminnassa turvallisesti suunniteltujen rajojen sisällä mahdollisimman monen syklin ajan.

Lopullinen vaikka

Akun suojajärjestelmät - joko yksinkertaisia ​​PCM:itä tai edistyneitäBMS- muuttavat raakalitiumkennot turvallisiksi, käyttökelpoisiksi tuotteiksi. Ne valvovat jännitettä, virtaa ja lämpötilaa ja toimivat sitten nopeasti, kun rajat lähestyvät. Näiden mekanismien ymmärtäminen auttaa sinua määrittämään oikean ratkaisun sovelluksellesi ja välttämään yleisiä sudenkuoppia, jotka lyhentävät akun käyttöikää tai aiheuttavat turvallisuusriskejä.

Jos olet kehittämässä uutta tuotetta tai haluat parantaa olemassa olevaaakkupaketti, ota rohkeasti yhteyttä. GEB:llä suunnittelemme ja valmistamme molemmatPCM{0}}suojattujaBMS{0}}varustettulitiumparistot, jotka on räätälöity eri tehotasoihin, ympäristöihin ja suorituskykytarpeisiin. Kerro meille tarpeesi, niin voimme suositella sinulle parhaiten sopivaa suojausmenetelmää.