I. Chức năng của BMS
Đầu tiên, chúng ta sẽ trình bày chi tiết 4 chức năng chính của nó.
(1) Cảm nhận và đo lường Đo lường là nhận thức về trạng thái của pin
Đây là chức năng cơ bản của BMS, bao gồm đo lường và tính toán một số thông số chỉ số, bao gồm điện áp, dòng điện, nhiệt độ, công suất, SOC (trạng thái sạc), SOH (trạng thái khỏe mạnh), SOP (trạng thái có điện), SOE ( trạng thái 能源). SOC thường được hiểu là lượng điện còn lại trong pin và giá trị của nó nằm trong khoảng 0-100%, đây là thông số quan trọng nhất trong BMS; SOH đề cập đến tình trạng sức khỏe của pin (hoặc mức độ xuống cấp của pin), là dung lượng thực tế của pin hiện tại Tỷ lệ giữa dung lượng định mức và dung lượng định mức, khi SOH thấp hơn 80%, pin không thể được sử dụng trong một môi trường năng lượng.
(2) Báo động và bảo vệ
Khi pin ở trạng thái bất thường, BMS có thể gửi cảnh báo đến nền tảng để bảo vệ pin và thực hiện các biện pháp tương ứng. Đồng thời, nó sẽ gửi thông tin cảnh báo bất thường đến nền tảng giám sát và quản lý và tạo thông tin cảnh báo ở các cấp độ khác nhau. Ví dụ: khi nhiệt độ quá nóng, BMS sẽ trực tiếp ngắt kết nối mạch sạc và xả, thực hiện bảo vệ quá nhiệt và gửi cảnh báo đến nền.
Pin lithium chủ yếu đưa ra cảnh báo cho các sự cố sau: sạc quá mức: quá điện áp đơn, quá điện áp tổng, sạc quá dòng; xả quá mức: thiếu điện áp đơn, thiếu điện áp tổng, xả quá dòng; nhiệt độ: nhiệt độ tế bào quá Cao, nhiệt độ môi trường quá cao, nhiệt độ MOS quá cao, nhiệt độ pin quá thấp, nhiệt độ môi trường quá thấp; trạng thái: ngập lụt, va chạm, đảo ngược, v.v.
(3) Quản lý cân bằng
Sự cần thiết của quản lý cân bằng xuất phát từ sự không nhất quán trong sản xuất và sử dụng pin. Từ góc độ sản xuất, mỗi loại pin có vòng đời và đặc điểm riêng. Không có hai pin giống hệt nhau. Do sự không nhất quán của các vật liệu như dải phân cách, cực âm và cực dương, dung lượng của các loại pin khác nhau không thể hoàn toàn giống nhau. Ví dụ: mỗi cell pin tạo thành bộ pin 48V/20AH có một số khác biệt nhất định về các chỉ số nhất quán như chênh lệch điện áp và nội trở. Từ quan điểm sử dụng, trong quá trình sạc và xả pin, quá trình phản ứng điện hóa không bao giờ có thể nhất quán. Ngay cả khi đó là cùng một bộ pin, khả năng sạc và xả của pin sẽ khác nhau do nhiệt độ và tác động khác nhau, dẫn đến dung lượng tế bào không nhất quán. Do đó, pin cần cả cân bằng thụ động và cân bằng chủ động. Đó là đặt một cặp ngưỡng cho quá trình cân bằng bắt đầu và kết thúc: ví dụ: trong một nhóm pin, khi chênh lệch giữa giá trị cực trị của điện áp riêng lẻ và giá trị trung bình của điện áp của nhóm này đạt 50mV, thì quá trình cân bằng là bắt đầu và quá trình cân bằng kết thúc ở 5mV.
(4) Giao tiếp và định vị
BMS có một mô-đun giao tiếp riêng biệt, được sử dụng để truyền dữ liệu và định vị pin tương ứng, đồng thời có thể truyền dữ liệu liên quan được cảm nhận và đo lường tới nền tảng quản lý vận hành trong thời gian thực.
II. Nguyên lý làm việc của bảo vệ BMS
BMS bao gồm IC điều khiển, công tắc MOS, cầu chì Cầu chì, nhiệt điện trở NTC, bộ triệt áp quá độ TVS, tụ điện và bộ nhớ, v.v. Dạng cụ thể của nó được thể hiện trong hình:

Trong hình trên, IC điều khiển điều khiển công tắc MOS bật và tắt mạch để bảo vệ mạch và FUSE thực hiện bảo vệ thứ cấp trên cơ sở này; TH là phát hiện nhiệt độ và bên trong là 10K NTC; NTC chủ yếu thực hiện phát hiện nhiệt độ; TVS Chủ yếu để ngăn chặn sự đột biến.
(1) Mạch bảo vệ sơ cấp
IC điều khiển IC điều khiển trong hình trên chịu trách nhiệm giám sát điện áp ắc quy và dòng điện mạch vòng, đồng thời điều khiển công tắc của hai MOS. IC điều khiển có thể được chia thành AFE và MCU: AFE (Active Front End, chip analog front-end) là chip lấy mẫu của pin, chủ yếu được sử dụng để thu thập điện áp và dòng điện của pin. MCU ((Bộ vi điều khiển, chip vi điều khiển) chủ yếu tính toán và kiểm soát thông tin do AFE thu thập.
Mối quan hệ giữa hai người được thể hiện trong hình:

1. AFE
AFE nói chung là chip 6 chân, CO, DO, VDD, VSS, DP và VM, phần giới thiệu như sau:
CO: đầu ra sạc (điều khiển sạc);
DO: đầu ra xả (kiểm soát xả);
VDD: điện áp nguồn hay còn gọi là điện áp đầu ra, là nơi có điện áp cao nhất;
VSS: điện áp chuẩn, là nơi có điện áp thấp nhất;
VM: Theo dõi giá trị điện áp trên MOS.
Khi BMS bình thường, CO, DO, VDD ở mức cao, VSS, VM ở mức thấp, khi bất kỳ thông số nào của VDD, VSS, VM thay đổi thì mức của đầu cuối CO hoặc DO sẽ thay đổi theo.
2.MCU
MCU đề cập đến một bộ điều khiển vi mô, còn được gọi là máy vi tính đơn chip, có ưu điểm là hiệu suất cao, tiêu thụ điện năng thấp, có thể lập trình và tính linh hoạt cao. Nó được sử dụng rộng rãi trong điện tử tiêu dùng, ô tô, công nghiệp, thông tin liên lạc, máy tính, thiết bị gia dụng, thiết bị y tế và các lĩnh vực khác. Trong BMS, MCU đóng vai trò là bộ não, thu thập tất cả dữ liệu từ các cảm biến thông qua các thiết bị ngoại vi của nó và xử lý dữ liệu để đưa ra quyết định phù hợp dựa trên cấu hình của bộ pin. Chip MCU xử lý thông tin do chip AFE thu thập và đóng vai trò tính toán (chẳng hạn như SOC, SOP, v.v.) và điều khiển (tắt, bật MOS, v.v.), do đó, hệ thống quản lý pin có yêu cầu cao về hiệu suất của chip MCU. AFE và MCU thực hiện việc bảo vệ mạch bằng cách điều khiển MOS.
3.MOS
MOS là tên viết tắt của Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, được gọi là bóng bán dẫn hiệu ứng trường, đóng vai trò như một công tắc trong mạch và điều khiển bật tắt mạch sạc và mạch xả tương ứng. Điện trở kháng của nó rất nhỏ, vì vậy điện trở kháng của nó ít ảnh hưởng đến hiệu suất của mạch. Ở điều kiện bình thường, dòng tiêu thụ của mạch bảo vệ là mức μA, thường nhỏ hơn 7μA.
4. Thực hiện bảo vệ chính BMS: liên kết giữa IC điều khiển và MOS
Nếu pin lithium bị sạc quá mức, xả quá mức hoặc quá dòng, nó sẽ gây ra các phản ứng phụ hóa học bên trong pin, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất và tuổi thọ của pin, đồng thời có thể tạo ra một lượng khí lớn, làm tăng áp suất bên trong nhanh chóng của pin và cuối cùng dẫn đến giải phóng áp suất. Van mở ra và chất điện phân bị đẩy ra ngoài gây ra hiện tượng thoát nhiệt.
Khi xảy ra tình huống trên, BMS sẽ kích hoạt cơ chế bảo vệ và thực hiện như sau:

(1) Trạng thái bình thường
Ở trạng thái bình thường, cả hai chân "CO" và "DO" trong mạch đều xuất ra mức cao, cả hai MOS đều ở trạng thái dẫn điện và pin có thể được sạc và xả tự do.
(2) Bảo vệ quá tải
Khi sạc, AFE sẽ luôn theo dõi điện áp giữa chân 5 VDD và chân 6 VSS. Khi điện áp này lớn hơn điện áp cắt quá nạp, MCU sẽ điều khiển chân 3 CO (chân CO thay đổi từ mức cao xuống mức thấp) Ping) để đóng MOS tube M2, lúc này mạch nạp bị ngắt, và pin chỉ có thể được xả. Tại thời điểm này, do sự tồn tại của diode V2 của ống M2, pin có thể xả tải bên ngoài thông qua diode này.
(3) Bảo vệ xả quá mức
Khi xả, AFE luôn theo dõi điện áp giữa chân 5 VDD và chân 6 VSS. Khi điện áp này thấp hơn điện áp cắt xả quá mức, MCU sẽ cho chân 1 DO đi qua (chân DO thay đổi từ mức cao xuống mức thấp) Tắt ống MOS M1, khi đó mạch xả bị cắt và pin chỉ có thể được tính phí. Tại thời điểm này, do sự tồn tại của diode cơ thể V1 của bóng bán dẫn MOS M1, bộ sạc có thể sạc pin thông qua diode.
(4) Bảo vệ quá dòng
Trong quá trình phóng điện bình thường của pin, khi dòng phóng điện đi qua hai MOS mắc nối tiếp, điện áp sẽ được tạo ra ở cả hai đầu do điện trở bật của MOS. Giá trị điện áp U=2IR, và R là điện trở bật của một MOS. Chân AFE 2 VM sẽ theo dõi giá trị điện áp mọi lúc. Khi dòng điện vòng lặp lớn đến mức điện áp U lớn hơn ngưỡng quá dòng, MCU sẽ tắt bóng bán dẫn MOS M1 thông qua chân DO đầu tiên (chân DO thay đổi từ mức cao xuống mức thấp), và vòng xả bị cắt tắt, do đó dòng điện trong vòng lặp bằng không. , đóng vai trò bảo vệ quá dòng.
(5) Bảo vệ ngắn mạch
Tương tự như nguyên lý hoạt động của bảo vệ quá dòng, khi dòng điện vòng lặp lớn đến mức điện áp U lập tức đạt ngưỡng ngắn mạch, MCU sẽ ngắt MOS tube M1 thông qua chân DO đầu tiên (chân DO chuyển từ mức cao sang mức cao). mức thấp), và cắt Mạch phóng điện hoạt động như bảo vệ ngắn mạch. Thời gian trễ của bảo vệ ngắn mạch rất ngắn, thường dưới 7 micro giây.

Những điều trên có thể được mô tả ngắn gọn như sau:

trạng thái mạch	MOS1	MOS 2	Trạng thái sạc và xả
trạng thái bình thường	TRÊN	TRÊN	Có thể sạc lại và xả
Bảo vệ quá phí	TRÊN	TẮT	Có thể sạc lại và không thể sạc lại
Bảo vệ xả quá mức	TẮT	TRÊN	có thể sạc lại không thể xả
Bảo vệ quá dòng	TẮT	TRÊN	Khi quá dòng được giải phóng, nó có thể được sạc và xả
bảo vệ ngắn mạch	TẮT	TRÊN	Khi ngắn mạch được giải phóng, nó có thể được sạc và xả

(2) Mạch bảo vệ thứ cấp: cầu chì ba cực Cầu chì
Vì lý do bảo mật, cơ chế bảo vệ thứ cấp vẫn cần được bổ sung. Ở giai đoạn hiện tại, REP (Resistor Embedded Protector, bộ bảo vệ điện trở tích hợp) được ứng dụng nhiều, trong khi cầu chì ba cực Fuse tiết kiệm chi phí hơn khi so sánh.
Khi dòng điện quá lớn, cầu chì sẽ bị nổ theo nguyên tắc giống như cầu chì thông thường; và khi MOS ở trạng thái hoạt động bất thường, bộ điều khiển chính sẽ tự động thổi cầu chì ba cực. Ưu điểm chính của cơ chế bảo vệ an ninh này là mức tiêu thụ điện năng thấp, tốc độ phản hồi nhanh và hiệu quả bảo vệ tốt. Ở giai đoạn này, nó có khả năng ứng dụng cao và đã được sử dụng rộng rãi trong xe điện, điện thoại di động và các thiết bị khác.

Mạch bảo vệ ba cấp: Nhiệt điện trở NTC và TVS1.NTC Nhiệt điện trở, cực kỳ nhạy cảm với nhiệt, là một loại biến trở, chủ yếu được chia thành PTC và NTC. PTC (Hệ số nhiệt độ dương, nhiệt điện trở hệ số nhiệt độ dương), nhiệt độ càng cao thì điện trở càng lớn, chủ yếu được sử dụng trong thuốc diệt muỗi, máy sưởi và các sản phẩm khác. NTC (Hệ số nhiệt độ âm, Nhiệt điện trở hệ số nhiệt độ âm) ngược lại với PTC. Nhiệt độ càng cao, điện trở càng thấp. Nó chủ yếu được sử dụng như một cảm biến nhiệt độ điện trở và một thiết bị giới hạn dòng điện.

BMS của pin lithium thường sử dụng NTC. Để so sánh, sản phẩm này tiêu thụ ít điện năng hơn, có độ chính xác cao và phản hồi nhanh và có ba chức năng chính.

(1) Đo nhiệt độ
Sử dụng các đặc tính của điện trở này, có thể đo ba loại nhiệt độ sau: Nhiệt độ tế bào: Đặt nhiệt điện trở NTC giữa các tế bào để đo nhiệt độ tế bào và cần xem xét số lượng tế bào được bao phủ bởi mỗi NTC . Nhiệt độ nguồn: Đặt nhiệt điện trở NTC giữa MOS để đo nhiệt độ nguồn. Cần đảm bảo rằng NTC tiếp xúc chặt chẽ với thiết bị MOS trong quá trình cài đặt. Nhiệt độ môi trường: đặt nhiệt điện trở NTC trên bảng BMS để đo nhiệt độ môi trường và vị trí lắp đặt phải cách xa thiết bị nguồn.
(2) Bù nhiệt độ
Điện trở của hầu hết các thành phần sẽ tăng khi nhiệt độ tăng. Tại thời điểm này, NTC cần được sử dụng để bù để bù lỗi do nhiệt độ gây ra.
(3) Triệt tiêu dòng điện khởi động Tăng áp
(tăng áp điện), còn được gọi là tăng áp, là giá trị đỉnh tạm thời vượt quá giá trị ổn định, bao gồm điện áp tăng áp và dòng điện tăng áp. Khi bật mạch điện tử sẽ tạo ra dòng điện tăng vọt, dễ gây hư hỏng linh kiện. Sử dụng NTC có thể ngăn điều này xảy ra và đảm bảo hoạt động bình thường của mạch. Để chống sét lan truyền, TVS là cần thiết.
2. Bộ triệt điện áp thoáng qua TVS
TVS (Transient Voltage Suppressors) là bộ triệt điện áp nhất thời, đáp ứng nhanh và phù hợp để bảo vệ cổng. Việc triển khai cụ thể như sau: