I. Funzione BMS
Innanzitutto, descriveremo in dettaglio le sue quattro funzioni principali.
(1) Percezione e misurazione La misurazione è la percezione dello stato della batteria
Questa è la funzione di base di BMS, inclusa la misurazione e il calcolo di alcuni parametri di indice, tra cui tensione, corrente, temperatura, potenza, SOC (stato di carica), SOH (stato di salute), SOP (stato di alimentazione), SOE ( stato di 能源). SOC può essere comunemente inteso come quanta carica è rimasta nella batteria e il suo valore è compreso tra 0 e 100%, che è il parametro più importante in BMS; SOH si riferisce allo stato di salute della batteria (o al grado di deterioramento della batteria), che è la capacità effettiva della batteria corrente Il rapporto tra la capacità nominale e la capacità nominale, quando il SOH è inferiore all'80%, la batteria non può essere utilizzato in un ambiente di alimentazione.
(2) Allarme e protezione
Quando la batteria è in uno stato anomalo, il BMS può inviare un allarme alla piattaforma per proteggere la batteria e adottare le misure corrispondenti. Allo stesso tempo, invierà le informazioni di allarme anormale alla piattaforma di monitoraggio e gestione e genererà informazioni di allarme di diversi livelli. Ad esempio, quando la temperatura è surriscaldata, il BMS disconnetterà direttamente il circuito di carica e scarica, eseguirà la protezione dal surriscaldamento e invierà un allarme in background.
Le batterie al litio emettono principalmente allarmi per i seguenti problemi: sovraccarico: sovratensione singola, sovratensione tensione totale, sovracorrente di carica; sovrascarica: singola sottotensione, sottotensione totale, sovracorrente di scarica; temperatura: temperatura della cella troppo alta, la temperatura ambiente è troppo alta, la temperatura del MOS è troppo alta, la temperatura della batteria è troppo bassa, la temperatura ambiente è troppo bassa; stato: allagamento, collisione, inversione, ecc.
(3) Gestione equilibrata
La necessità di una gestione equilibrata deriva dall'incoerenza nella produzione e nell'uso delle batterie. Dal punto di vista della produzione, ogni batteria ha il proprio ciclo di vita e le proprie caratteristiche. Non ci sono due batterie identiche. A causa dell'incoerenza di materiali come separatori, catodi e anodi, le capacità delle diverse batterie non possono essere esattamente le stesse. Ad esempio, ogni cella della batteria che forma un pacco batteria da 48 V/20 Ah presenta una certa gamma di differenze nei suoi indicatori di consistenza come la differenza di tensione e la resistenza interna. Dal punto di vista dell'uso, nel processo di carica e scarica della batteria, il processo di reazione elettrochimica non può mai essere coerente. Anche se si tratta dello stesso pacco batteria, la capacità di carica e scarica della batteria sarà diversa a causa della diversa temperatura e dell'impatto, con conseguente capacità cellulare incoerente. Pertanto, la batteria necessita sia di equalizzazione passiva che di equalizzazione attiva. Ovvero impostare una coppia di soglie di inizio e fine equalizzazione: ad esempio, in un gruppo di batterie, quando la differenza tra il valore estremo della singola tensione ed il valore medio della tensione di questo gruppo raggiunge i 50mV, l'equalizzazione viene avviata e l'equalizzazione termina a 5mV.
(4) Comunicazione e posizionamento
BMS dispone di un modulo di comunicazione separato, che viene utilizzato rispettivamente per la trasmissione dei dati e il posizionamento della batteria, e può trasmettere i dati rilevanti rilevati e misurati alla piattaforma di gestione delle operazioni in tempo reale.
II. Principio di funzionamento della protezione BMS
BMS include controllo IC, interruttore MOS, fusibile fusibile, termistore NTC, soppressore di tensione transitoria TVS, condensatore e memoria, ecc. La sua forma specifica è mostrata nella figura:

Nella figura sopra, l'IC di controllo controlla l'interruttore MOS per accendere e spegnere il circuito per proteggere il circuito e FUSE realizza la protezione secondaria su questa base; TH è il rilevamento della temperatura e l'interno è un NTC da 10K; NTC realizza principalmente il rilevamento della temperatura; TVS Principalmente per sopprimere l'ondata.
(1) Circuito di protezione primario
IC di controllo L'IC di controllo nella figura sopra è responsabile del monitoraggio della tensione della batteria e della corrente di loop e del controllo degli interruttori di due MOS. L'IC di controllo può essere suddiviso in AFE e MCU: AFE (Active Front End, chip front-end analogico) è il chip di campionamento della batteria, che viene utilizzato principalmente per raccogliere la tensione e la corrente della cella della batteria. MCU ((Microcontroller Unit, microcontroller chip) calcola e controlla principalmente le informazioni raccolte da AFE.
La relazione tra i due è mostrata nella figura:

1. AFE
AFE è generalmente un chip a 6 pin, CO, DO, VDD, VSS, DP e VM, l'introduzione è la seguente:
CO: uscita carica (controllo carica);
DO: uscita di scarico (controllo di scarico);
VDD: la tensione di alimentazione, detta anche tensione di uscita, è il luogo con la tensione più alta;
VSS: tensione di riferimento, che è il luogo con la tensione più bassa;
VM: monitora il valore della tensione attraverso il MOS.
Quando BMS è normale, CO, DO, VDD sono di alto livello, VSS, VM sono di basso livello, quando qualsiasi parametro di VDD, VSS, VM cambia, il livello del terminale CO o DO cambierà.
2. MCU
MCU si riferisce a un'unità di controllo micro, nota anche come microcomputer a chip singolo, che presenta i vantaggi di prestazioni elevate, basso consumo energetico, programmabilità ed elevata flessibilità. È ampiamente utilizzato nell'elettronica di consumo, nelle automobili, nell'industria, nelle comunicazioni, nell'informatica, negli elettrodomestici, nelle apparecchiature mediche e in altri campi. In un BMS, l'MCU funge da cervello, catturando tutti i dati dai sensori attraverso le sue periferiche ed elaborando i dati per prendere decisioni appropriate in base al profilo del pacco batteria. Il chip MCU elabora le informazioni raccolte dal chip AFE e svolge il ruolo di calcolo (come SOC, SOP, ecc.) e controllo (MOS spento, acceso, ecc.), quindi il sistema di gestione della batteria ha requisiti elevati sul prestazioni del chip MCU. AFE e MCU realizzano la protezione del circuito controllando MOS.
3.MOS
MOS è l'abbreviazione di Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, indicato come transistor ad effetto di campo, che funge da interruttore nel circuito e controlla rispettivamente l'accensione e lo spegnimento del circuito di carica e del circuito di scarica. La sua resistenza in conduzione è molto piccola, quindi la sua resistenza in conduzione ha scarso effetto sulle prestazioni del circuito. In condizioni normali, la corrente di consumo del circuito di protezione è di livello μA, solitamente inferiore a 7μA.
4. Realizzazione della protezione primaria BMS: collegamento tra IC di controllo e MOS
Se la batteria al litio è sovraccarica, scaricata eccessivamente o sovracorrente, causerà reazioni chimiche laterali all'interno della batteria, che influiranno seriamente sulle prestazioni e sulla durata della batteria e potrebbero generare una grande quantità di gas, che aumenterà rapidamente la pressione interna della batteria e alla fine portare al rilascio di pressione. La valvola si apre e l'elettrolito viene espulso provocando una fuga termica.
Quando si verifica la situazione di cui sopra, il BMS attiverà il meccanismo di protezione ed eseguirà come segue:

(1) Stato normale
In stato normale, entrambi i pin "CO" e "DO" nel circuito emettono un livello alto, entrambi i MOS sono in stato di conduzione e la batteria può essere caricata e scaricata liberamente.
(2) Protezione da sovraccarico
Durante la ricarica, l'AFE monitorerà sempre la tensione tra il pin 5 VDD e il pin 6 VSS. Quando questa tensione è maggiore della tensione di interruzione del sovraccarico, l'MCU controllerà il pin 3 CO (il pin CO cambia da livello alto a livello basso) Ping) per chiudere il tubo MOS M2, in questo momento il circuito di carica è interrotto e la batteria può solo essere scaricata. In questo momento, a causa dell'esistenza del body diode V2 del tubo M2, la batteria può scaricare il carico esterno attraverso questo diodo.
(3) Protezione da scarica eccessiva
Durante la scarica, l'AFE monitora sempre la tensione tra il pin 5 VDD e il pin 6 VSS. Quando questa tensione è inferiore alla tensione di interruzione per scarica eccessiva, l'MCU passerà il pin 1 DO (il pin DO cambia da livello alto a livello basso) Spegnere il tubo MOS M1, quindi il circuito di scarica viene interrotto e la batteria può solo essere addebitato. A questo punto, grazie all'esistenza del body diode V1 del transistore MOS M1, il caricatore può caricare la batteria attraverso il diodo.
(4) Protezione da sovracorrente
Durante il normale processo di scarica della batteria, quando la corrente di scarica passa attraverso due MOS in serie, verrà generata una tensione ad entrambe le estremità a causa della resistenza nello stato On del MOS. Il valore di tensione U=2IR e R è la resistenza nello stato attivo di un singolo MOS. AFE pin 2 VM monitorerà continuamente il valore di tensione. Quando la corrente del circuito è così grande che la tensione U è maggiore della soglia di sovracorrente, l'MCU spegnerà il transistor MOS M1 attraverso il primo pin DO (il pin DO cambia da livello alto a livello basso) e il circuito di scarica viene interrotto off, in modo che la corrente nel loop sia zero. , per svolgere il ruolo di protezione da sovracorrente.
(5) Protezione da cortocircuito
Simile al principio di funzionamento della protezione da sovracorrente, quando la corrente del loop è così grande che la tensione U raggiunge istantaneamente la soglia di cortocircuito, l'MCU spegnerà il tubo MOS M1 attraverso il primo pin DO (il pin DO cambia da livello alto a basso livello) e disinserito Il circuito di scarica funge da protezione contro i cortocircuiti. Il tempo di ritardo della protezione da cortocircuito è molto breve, solitamente inferiore a 7 microsecondi.

Quanto sopra può essere brevemente descritto come:

Stato del circuito	MOS1	MOS 2	Stato di carica e scarica
Stato normale	SU	SU	Ricaricabile e scaricabile
Protezione da sovraccarico	SU	SPENTO	Scaricabile e non ricaricabile
Protezione da scarica eccessiva	SPENTO	SU	ricaricabile non scaricabile
Protezione da sovracorrente	SPENTO	SU	Quando la sovracorrente viene rilasciata, può essere caricata e scaricata
Protezione da cortocircuito	SPENTO	SU	Quando il cortocircuito viene rilasciato, può essere caricato e scaricato

(2) Circuito di protezione secondario: fusibile a tre terminali Fusibile
Per motivi di sicurezza, è ancora necessario aggiungere un meccanismo di protezione secondario. Allo stato attuale, REP (Resistor Embedded Protector, protettore di resistenza incorporato) è altamente applicato, mentre il fusibile a tre terminali Fuse è più conveniente in confronto.
Quando la corrente è troppo grande, il fusibile verrà bruciato secondo lo stesso principio del normale fusibile; e quando il MOS si trova in uno stato operativo anomalo, il controllo principale fa saltare automaticamente il fusibile a tre terminali. I principali vantaggi di questo meccanismo di protezione della sicurezza sono il basso consumo energetico, la rapida velocità di risposta e un buon effetto di protezione. In questa fase, ha un'elevata applicabilità ed è stato ampiamente utilizzato nei veicoli elettrici, nei telefoni cellulari e in altre apparecchiature.

Circuito di protezione a tre livelli: termistore NTC e TVS1.NTC Il termistore, estremamente sensibile al calore, è una sorta di resistenza variabile, principalmente suddivisa in PTC e NTC. PTC (Positive Temperature Coefficient, termistore a coefficiente di temperatura positivo), maggiore è la temperatura, maggiore è la resistenza, utilizzata principalmente in zanzare, riscaldatori e altri prodotti. NTC (Negative Temperature Coefficient, Negative Temperature Coefficient Thermistor) è l'opposto di PTC. Maggiore è la temperatura, minore è la resistenza. Viene utilizzato principalmente come sensore di temperatura a resistenza e dispositivo di limitazione della corrente.

Il BMS delle batterie al litio utilizza generalmente NTC. In confronto, questo prodotto consuma meno energia, ha un'elevata precisione e una risposta rapida e ha tre funzioni principali.

(1) Misurazione della temperatura
Utilizzando le caratteristiche di questo resistore, è possibile misurare le seguenti tre categorie di temperatura: Temperatura della cella: posizionare il termistore NTC tra le celle per misurare la temperatura della cella e considerare il numero di celle coperte da ciascun NTC . Temperatura di alimentazione: posizionare il termistore NTC tra il MOS per misurare la temperatura di alimentazione. È necessario assicurarsi che l'NTC sia a stretto contatto con il dispositivo MOS durante l'installazione. Temperatura ambiente: posizionare il termistore NTC sulla scheda BMS per misurare la temperatura ambiente e il luogo di installazione deve essere lontano dal dispositivo di alimentazione.
(2) Compensazione della temperatura
La resistenza della maggior parte dei componenti aumenterà all'aumentare della temperatura. In questo momento, NTC deve essere utilizzato per la compensazione per compensare l'errore causato dalla temperatura.
(3) Sopprimere la corrente di spunto
Il picco (sovratensione), noto anche come picco, è il valore di picco momentaneo oltre il valore stabile, inclusa la tensione di picco e la corrente di picco. Quando il circuito elettronico è acceso, genererà una grande corrente di picco, che è facile da danneggiare i componenti. L'uso di NTC può impedire che ciò accada e garantire il normale funzionamento del circuito. Per la protezione contro le sovratensioni è necessario TVS.
2. Soppressore di tensione transitoria TVS
I TVS (Transient Voltage Suppressor) sono soppressori di tensioni transitorie, che rispondono rapidamente e sono adatti per la protezione delle porte. L'implementazione specifica è la seguente: