Herausforderungen beim Hardware-Design von Batterie-BMS

Im Augenblick der rasanten Entwicklung der Batterietechnologie ist das Batteriemanagementsystem (BMS) ein wesentlicher Bestandteil, um den sicheren und effizienten Betrieb von Batterien zu gewährleisten.und sein Hardware-Design steht vor vielen HerausforderungenHier sind einige der wichtigsten Herausforderungen und Branchentrends bei der Entwicklung von BMS-Hardware.

1. Genauigkeit Herausforderung

• BMS erfordert eine genaue Messung der Spannungs-, Strom- und Temperaturparameter der Batterie, um den Ladestand der Batterie (SOC) genau abschätzen zu können.Gesundheitszustand (SOH) und Stromzustand (SOP)Die chemischen Eigenschaften von Batterien sind komplex und werden durch verschiedene Faktoren wie Temperatur und Alterung beeinflusst.Zum Beispiel:, Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien (LFP) haben eine geringe Energiedichte, aber niedrige Kosten, eine lange Lebensdauer und sind stabil, während Lithium-Batterien aus Nickel-Kobalt-Mangan (NMC) eine hohe Energiedichte, aber hohe Kosten aufweisen.
• Die genaue Messung der Batteriespannung ist eine der wichtigsten Herausforderungen, die durch Faktoren wie die Selbstentladung und die Laständerungen der Batterie beeinflusst wird.Auch Temperaturänderungen beeinflussen die Leistung der Batterie und die Genauigkeit der Messung erheblich.So beschleunigen beispielsweise hohe Temperaturen die Alterung der Batterie und verringern Kapazität und Leistung der Batterie.

2. Sicherheitsprobleme

• Eine der Hauptaufgaben des BMS besteht darin, sicherzustellen, dass die Batterie innerhalb eines sicheren Bereichs arbeitet und abnormale Situationen wie Überladung, Überentladung, Überstrom und Übertemperatur zu verhindern.,Überladung führt dazu, dass die chemischen Reaktionen im Inneren der Batterie das Gleichgewicht verlieren, Gas erzeugen, den Druck im Inneren der Batterie erhöhen und sogar gefährliche Situationen wie Ausbuchtung verursachen,Feuer oder ExplosionEine Überentladung kann irreversible chemische Veränderungen in den Elektrodenmaterialien im Inneren der Batterie verursachen, wodurch Leistung und Lebensdauer der Batterie verringert werden.
• Das thermische Management von Batterien ist auch ein wichtiges Sicherheitsproblem bei der Entwicklung von BMS-Hardware. Lithiumbatterien verwenden normalerweise brennbare Elektrolyte.Der Elektrolyt zerfällt und gibt Wärme ab.Auch wenn der thermische Ausfall nicht erreicht wird, können hohe Betriebstemperaturen die Alterung der Batterie beschleunigen.

3Herausforderungen des thermischen Managements

• BMS erfordert eine genaue Messung der Spannungs-, Strom- und Temperaturparameter der Batterie, um den Ladestand der Batterie (SOC) genau abschätzen zu können.Gesundheitszustand (SOH) und Stromzustand (SOP)Die chemischen Eigenschaften von Batterien sind komplex und werden durch verschiedene Faktoren wie Temperatur und Alterung beeinflusst.Zum Beispiel:, Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien (LFP) haben eine geringe Energiedichte, aber niedrige Kosten, eine lange Lebensdauer und sind stabil,Während Nickel-Kobalt-Mangan (NMC) Lithium-Batterien eine hohe Energiedichte haben, aber hohe Kosten PDF.
• Die genaue Messung der Batteriespannung ist eine der wichtigsten Herausforderungen, die durch Faktoren wie die Selbstentladung und die Laständerungen der Batterie beeinflusst wird.Auch Temperaturänderungen beeinflussen die Leistung der Batterie und die Genauigkeit der Messung erheblich.So beschleunigen beispielsweise hohe Temperaturen die Alterung der Batterie und verringern Kapazität und Leistung der Batterie.

4. Kosten Herausforderung

• Bei der Hardwareentwicklung von BMS muss ein Gleichgewicht zwischen Kosten und Leistung hergestellt werden.die die Kosten des Systems erhöhtSo kann beispielsweise der Einsatz von hochpräzisen Sensoren und Analog-Digital-Wandlern die Messgenauigkeit verbessern, bedeutet aber auch höhere Kosten.
• Bei großen Batteriesystemen wie Elektrofahrzeugen und Energiespeichern machen die Kosten für BMS einen erheblichen Teil der Gesamtkosten aus.die die weit verbreitete Verwendung in einigen kostensensitiven Anwendungen behindern könnenDaher ist die Reduktion der Kosten bei gleichzeitiger Sicherstellung der Funktionen und Leistung des BMS eine wichtige Herausforderung für das Hardware-Design.

5. Herausforderungen bei der Skalierbarkeit

• Die Entwicklung einer BMS-Architektur, die sich an verschiedene Batteriegrößen, Chemie und Konfigurationen anpassen kann, ist eine Herausforderung.Die BMS müssen sich flexibel an zukünftige Bedürfnisse anpassen können, ohne große Änderungen oder Ersetzungen vorzunehmen..
• Bei Elektrofahrzeugen können beispielsweise die Kapazität und Konfiguration des Akkupakets je nach Modell variieren.und das BMS muss leicht erweitert und angepasst werden können, um den Anforderungen verschiedener Modelle gerecht zu werden.Gleichzeitig werden für die Sekundärverwertung von Batterien, die aus Elektrofahrzeugen entnommen wurden,BMS muss auch eine gute Skalierbarkeit aufweisen, um den Leistungs- und Sicherheitsanforderungen dieser alternden Batterien gerecht zu werden..

6Zuverlässigkeitsfrage

• Die BMS-Hardware muss unter verschiedenen Betriebsbedingungen und Umgebungen stabil funktionieren, um die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Batteriesystems zu gewährleisten.Hardwarekomponenten können aufgrund von Faktoren wie elektromagnetischen Störungen ausfallen oder ihre Leistung beeinträchtigen, Vibration und Luftfeuchtigkeit.
• Bei einem Elektrofahrzeug wird das BMS beispielsweise elektromagnetischen Störungen durch Motoren und andere elektronische Geräte ausgesetzt.die die normale Kommunikation und Datenübertragung des BMS beeinträchtigen könnenDarüber hinaus wird das Batteriepaket während der Fahrt des Fahrzeugs Vibrationen und Stoßbelastungen ausgesetzt, die auch Schäden an den Hardwarekomponenten des BMS verursachen können.

7. Herausforderungen bei der Einhaltung der Zertifizierung

• Die BMS-Konstruktion muss verschiedenen Sicherheits- und Leistungsstandards entsprechen, wie ISO 26262 für Anwendungen im Automobilbereich und UL 1973 für feste Batterien.Die Erfüllung dieser Zertifizierungsanforderungen erhöht die Komplexität von Konstruktion und Entwicklung.
• Die Zertifizierungsanforderungen für BMS variieren je nach Anwendungsbereich und Region.von der Auswahl der Bauteile über die Qualitätssicherungstests bis hin zur Herstellungsvorbereitung, um sicherzustellen, dass das Produkt die Zertifizierung bestehen und erfolgreich in Verkehr gebracht werden kann.

8Die Herausforderung der Kommunikation

• In großen Batteriesystemen sind die Überwachungs- und Steuerelektronik häufig über mehrere Leiterplattenkomponenten verteilt und nicht über einen einzelnen zentralen BMS-Computer.Kritische Messdaten, müssen Sicherheitsdaten und Batteriegüterdaten kontinuierlich zwischen mehreren Mikrocontrollerknoten synchronisiert werden.Verhinderung der korrekten Bewertung der Batteriezellenspannung und Auslösung einer Schutzreaktion bei einem außerhalb des Bereichs befindlichen Zustand.
• Bei Elektrofahrzeugen ist beispielsweise eine effiziente und zuverlässige Kommunikation zwischen dem BMS und anderen Systemen wie Bordladegeräten, Wechselrichtern usw. erforderlich.für eine präzise Steuerung und Steuerung der BatterieKommunikationsstörungen können zu einem schlechten Batterie-Management führen, was die Leistung und Sicherheit des Fahrzeugs beeinträchtigt.

9. Zukünftige Trends

• Integriertes Internet der Dinge:Integration von BMS mit dem Internet der Dinge, um die Fernüberwachung und Steuerung zu ermöglichen und die Betriebseffizienz zu verbessern.BMS kann mögliche Batterieprobleme im Voraus erkennen und sie warnen, um den stabilen Betrieb des Systems zu gewährleisten.
• Festkörperbatterietechnologie:Festkörperbatterien haben aufgrund ihrer hohen Energiedichte und ihrer guten Sicherheit große Aufmerksamkeit erregt, aber ihre Eigenschaften erfordern eine genaue Verwaltung und Kontrolle durch das BMS.BMS muss für die Eigenschaften von Festkörperbatterien optimiert werden, um ihre Vorteile voll auszuschöpfen und neuen Herausforderungen gerecht zu werden.
• Zweitnutzungsanwendung:Der Einsatz von Altbatterien für Elektrofahrzeuge in Sekundärnutzungsszenarien wie Energiespeichersystemen stellt höhere Anforderungen an BMS.eine genaue Bewertung ihrer Leistungsfähigkeit und ihres Gesundheitszustands, und die Gewährleistung von Sicherheit und Effizienz.