I. Fungsi BMS
Pertama, kita akan merinci empat fungsi utamanya.
(1) Persepsi dan pengukuran Pengukuran adalah persepsi keadaan baterai
Ini adalah fungsi dasar BMS, termasuk pengukuran dan perhitungan beberapa parameter indeks, termasuk tegangan, arus, suhu, daya, SOC (status pengisian), SOH (status kesehatan), SOP (status daya), SOE ( keadaan 能源). SOC secara umum dapat dipahami sebagai berapa banyak daya yang tersisa di baterai, dan nilainya antara 0-100%, yang merupakan parameter terpenting dalam BMS; SOH mengacu pada kondisi kesehatan baterai (atau tingkat kerusakan baterai), yang merupakan kapasitas sebenarnya dari baterai saat ini Rasio kapasitas pengenal dengan kapasitas pengenal, ketika SOH lebih rendah dari 80%, baterai tidak dapat digunakan di lingkungan listrik.
(2) Alarm dan perlindungan
Saat baterai dalam keadaan tidak normal, BMS dapat mengirimkan alarm ke platform untuk melindungi baterai dan mengambil tindakan yang sesuai. Pada saat yang sama, itu akan mengirimkan informasi alarm abnormal ke platform pemantauan dan manajemen dan menghasilkan informasi alarm dari berbagai tingkatan. Misalnya, ketika suhu terlalu panas, BMS akan langsung memutus sirkuit pengisian dan pengosongan, melakukan perlindungan panas berlebih, dan mengirimkan alarm ke latar belakang.
Baterai lithium terutama mengeluarkan alarm untuk masalah berikut: harga berlebih: tegangan lebih tunggal, tegangan lebih tegangan total, pengisian arus berlebih; overdischarge: undervoltage tunggal, tegangan undervoltage total, debit arus berlebih; suhu: suhu sel di atas Tinggi, suhu lingkungan terlalu tinggi, suhu MOS terlalu tinggi, suhu baterai terlalu rendah, suhu lingkungan terlalu rendah; status: banjir, tabrakan, inversi, dll.
(3) Manajemen yang seimbang
Perlunya manajemen yang seimbang berasal dari ketidakkonsistenan dalam produksi dan penggunaan baterai. Dari segi produksi, setiap baterai memiliki siklus hidup dan karakteristiknya masing-masing. Tidak ada dua baterai yang identik. Karena ketidakkonsistenan bahan seperti pemisah, katoda, dan anoda, kapasitas baterai yang berbeda tidak dapat sama persis. Misalnya, setiap sel baterai yang membentuk paket baterai 48V/20AH memiliki rentang perbedaan tertentu dalam indikator konsistensinya seperti perbedaan voltase dan resistansi internal. Dari segi penggunaan, dalam proses pengisian dan pengosongan baterai, proses reaksi elektrokimia tidak pernah bisa konsisten. Sekalipun itu adalah paket baterai yang sama, kapasitas pengisian dan pengosongan baterai akan berbeda karena suhu dan benturan yang berbeda, mengakibatkan kapasitas sel tidak konsisten. Oleh karena itu, baterai memerlukan pemerataan pasif dan pemerataan aktif. Itu adalah untuk menetapkan sepasang ambang batas untuk memulai dan mengakhiri pemerataan: misalnya, dalam kelompok baterai, ketika perbedaan antara nilai ekstrim tegangan individu dan nilai rata-rata tegangan kelompok ini mencapai 50mV, pemerataannya adalah dimulai, dan pemerataan diakhiri pada 5mV.
(4) Komunikasi dan pemosisian
BMS memiliki modul komunikasi terpisah, yang masing-masing digunakan untuk transmisi data dan pemosisian baterai, dan dapat mengirimkan data relevan yang dirasakan dan diukur ke platform manajemen operasi secara real time.
II. Prinsip kerja perlindungan BMS
BMS meliputi IC kontrol, sakelar MOS, Fuse sekering, termistor NTC, penekan tegangan transien TVS, kapasitor dan memori, dll. Bentuk spesifiknya ditunjukkan pada gambar:

Pada gambar di atas, IC kontrol mengontrol sakelar MOS untuk menghidupkan dan mematikan sirkuit untuk melindungi sirkuit, dan FUSE menyadari perlindungan sekunder atas dasar ini; TH adalah deteksi suhu, dan bagian dalamnya adalah 10K NTC; NTC terutama menyadari deteksi suhu; TVS Terutama untuk menekan lonjakan.
(1) Sirkuit proteksi primer
IC Kontrol IC kontrol pada gambar di atas bertanggung jawab untuk memantau tegangan baterai dan arus loop, dan mengontrol sakelar dari dua MOS. IC kontrol dapat dibagi menjadi AFE dan MCU: AFE (Active Front End, analog front-end chip) adalah chip sampling baterai, yang terutama digunakan untuk mengumpulkan voltase dan arus sel baterai. MCU ((Unit Mikrokontroler, chip mikrokontroler) terutama menghitung dan mengontrol informasi yang dikumpulkan oleh AFE.
Hubungan antara keduanya ditunjukkan pada gambar:

1.
AFE AFE umumnya adalah chip 6-pin, CO, DO, VDD, VSS, DP dan VM, pengantarnya adalah sebagai berikut:
CO: keluaran muatan (kontrol muatan);
LAKUKAN: output debit (kontrol debit);
VDD: tegangan catu daya, juga dikenal sebagai tegangan keluaran, adalah tempat dengan tegangan tertinggi;
VSS : tegangan referensi, yaitu tempat dengan tegangan paling rendah;
VM: Pantau nilai voltase di MOS.
Saat BMS normal, CO, DO, VDD level tinggi, VSS, VM level rendah, saat parameter VDD, VSS, VM berubah, level terminal CO atau DO akan berubah.
2. MCU
MCU mengacu pada unit kontrol mikro, juga dikenal sebagai komputer mikro chip tunggal, yang memiliki keunggulan kinerja tinggi, konsumsi daya rendah, dapat diprogram, dan fleksibilitas tinggi. Ini banyak digunakan dalam elektronik konsumen, mobil, industri, komunikasi, komputasi, peralatan rumah tangga, peralatan medis dan bidang lainnya. Dalam BMS, MCU bertindak sebagai otak, menangkap semua data dari sensor melalui periferalnya dan memproses data untuk membuat keputusan yang tepat berdasarkan profil paket baterai. Chip MCU memproses informasi yang dikumpulkan oleh chip AFE, dan memainkan peran perhitungan (seperti SOC, SOP, dll.) dan kontrol (MOS mati, hidup, dll.), sehingga sistem manajemen baterai memiliki persyaratan tinggi pada kinerja chip MCU. AFE dan MCU mewujudkan perlindungan ke sirkuit dengan mengendalikan MOS.
3.MOS
MOS adalah singkatan dari Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, disebut sebagai transistor efek medan, yang bertindak sebagai sakelar di sirkuit dan masing-masing mengontrol hidup dan mati sirkuit pengisian dan sirkuit pengosongan. Resistansi aktifnya sangat kecil, sehingga resistansi aktifnya tidak banyak berpengaruh pada kinerja sirkuit. Dalam kondisi normal, arus konsumsi sirkuit proteksi adalah level μA, biasanya kurang dari 7μA.
4. Realisasi perlindungan utama BMS: keterkaitan antara IC kontrol dan MOS
Jika baterai lithium diisi ulang, dikosongkan, atau kelebihan arus, itu akan menyebabkan reaksi kimia di dalam baterai, yang akan sangat mempengaruhi kinerja dan masa pakai baterai, dan dapat menghasilkan gas dalam jumlah besar, yang dengan cepat akan meningkatkan tekanan internal. baterai dan akhirnya menyebabkan pelepasan tekanan. Katup terbuka dan elektrolit dikeluarkan menyebabkan pelarian termal.
Ketika situasi di atas terjadi, BMS akan mengaktifkan mekanisme proteksi dan mengeksekusi sebagai berikut:

(1) Keadaan normal
Dalam keadaan normal, kedua pin "CO" dan "DO" di sirkuit menghasilkan tingkat tinggi, kedua MOS berada dalam keadaan konduksi, dan baterai dapat diisi dan dikosongkan dengan bebas.
(2) Proteksi overcharge
Saat mengisi daya, AFE akan selalu memantau voltase antara pin 5 VDD dan pin 6 VSS. Ketika tegangan ini lebih besar dari tegangan cut-off overcharge, MCU akan mengontrol pin 3 CO (pin CO berubah dari level tinggi ke level rendah) Ping) untuk menutup tabung MOS M2, saat ini sirkuit pengisian terputus, dan baterai hanya dapat dikosongkan. Saat ini, karena adanya body diode V2 dari tabung M2, baterai dapat melepaskan beban eksternal melalui diode ini.
(3) Perlindungan over-discharge
Saat pemakaian, AFE selalu memonitor tegangan antara pin 5 VDD dan pin 6 VSS. Ketika tegangan ini lebih rendah dari tegangan cut-off over-discharge, MCU akan melewati pin 1 DO (pin DO berubah dari level tinggi ke level rendah) Matikan tabung MOS M1, kemudian sirkuit pelepasan terputus, dan baterai hanya dapat dibebankan. Saat ini, karena adanya body diode V1 dari transistor MOS M1, charger dapat mengisi baterai melalui diode.
(4) Proteksi arus lebih
Selama proses pengosongan normal baterai, ketika arus pengosongan melewati dua MOS secara seri, tegangan akan dihasilkan di kedua ujungnya karena resistansi MOS. Nilai tegangan U=2IR, dan R adalah resistansi dari MOS tunggal. AFE pin 2 VM akan memantau nilai tegangan setiap saat. Ketika arus loop sangat besar sehingga tegangan U lebih besar dari ambang arus berlebih, MCU akan mematikan transistor MOS M1 melalui pin pertama DO (pin DO berubah dari level tinggi ke level rendah), dan loop pelepasan terputus off, sehingga arus dalam loop adalah nol. , untuk memainkan peran proteksi arus berlebih.
(5) Perlindungan hubung singkat
Mirip dengan prinsip kerja proteksi arus lebih, ketika arus loop begitu besar sehingga tegangan U seketika mencapai ambang hubung singkat, MCU akan mematikan tabung MOS M1 melalui pin pertama DO (pin DO berubah dari level tinggi ke tingkat rendah), dan terputus Sirkuit pelepasan berfungsi sebagai perlindungan hubung singkat. Waktu tunda perlindungan hubung singkat sangat singkat, biasanya kurang dari 7 mikrodetik.

Hal di atas dapat dijelaskan secara singkat sebagai berikut:

Status sirkuit	MOS1	MOS 2	Status pengisian dan pengosongan
Statusnya biasa	PADA	PADA	Isi ulang dan habis
Lebih dari perlindungan biaya	PADA	MATI	Dischargeable dan non-rechargeable
Lebih dari perlindungan debit	MATI	PADA	isi ulang tidak dapat dibuang
Lebih dari perlindungan saat ini	MATI	PADA	Ketika arus berlebih dilepaskan, itu dapat diisi dan dibuang
Perlindungan sirkuit pendek	MATI	PADA	Ketika korsleting dilepaskan, itu dapat diisi dan dibuang

(2) Sirkuit proteksi sekunder: sekering tiga terminal Fuse
Untuk alasan keamanan, mekanisme proteksi sekunder masih perlu ditambahkan. Pada tahap saat ini, REP (Resistor Embedded Protector, built-in resistance protector) sangat banyak digunakan, sedangkan Fuse sekering tiga terminal lebih hemat biaya dibandingkan.
Ketika arus terlalu besar, Sekring akan putus dengan prinsip yang sama seperti sekering biasa; dan ketika MOS dalam keadaan operasi tidak normal, kontrol utama akan secara otomatis memutuskan sekering tiga terminal. Keuntungan utama dari mekanisme perlindungan keamanan ini adalah konsumsi daya yang rendah, kecepatan respons yang cepat, dan efek perlindungan yang baik. Pada tahap ini, penerapannya tinggi dan telah banyak digunakan pada kendaraan listrik, ponsel, dan peralatan lainnya.

Sirkuit perlindungan tiga tingkat: Termistor NTC dan TVS1.NTC Termistor, yang sangat sensitif terhadap panas, adalah sejenis resistor variabel, terutama dibagi menjadi PTC dan NTC. PTC (Koefisien Suhu Positif, termistor koefisien suhu positif), semakin tinggi suhu, semakin besar resistensi, terutama digunakan dalam pembunuh nyamuk, pemanas dan produk lainnya. NTC (Koefisien Suhu Negatif, Termistor Koefisien Suhu Negatif) adalah kebalikan dari PTC. Semakin tinggi suhu, semakin rendah resistansi. Ini terutama digunakan sebagai sensor suhu resistansi dan perangkat pembatas arus.

BMS baterai lithium umumnya menggunakan NTC. Sebagai perbandingan, produk ini lebih hemat daya, memiliki akurasi tinggi dan respon cepat, serta memiliki tiga fungsi utama.

(1) Pengukuran suhu
Menggunakan karakteristik resistor ini, tiga kategori suhu berikut dapat diukur: Suhu sel: Tempatkan termistor NTC di antara sel untuk mengukur suhu sel, dan jumlah sel yang dicakup oleh setiap NTC perlu dipertimbangkan . Suhu daya: Tempatkan termistor NTC di antara MOS untuk mengukur suhu daya. Penting untuk memastikan bahwa NTC bersentuhan erat dengan perangkat MOS selama penginstalan. Suhu sekitar: tempatkan termistor NTC pada papan BMS untuk mengukur suhu sekitar, dan lokasi pemasangan harus jauh dari perangkat daya.
(2) Kompensasi suhu
Resistansi sebagian besar komponen akan meningkat seiring dengan naiknya suhu. Saat ini, NTC perlu digunakan sebagai kompensasi untuk mengimbangi kesalahan yang disebabkan oleh suhu.
(3) Menekan lonjakan arus lonjakan
(lonjakan listrik), juga dikenal sebagai lonjakan, adalah nilai puncak sesaat di luar nilai stabil, termasuk tegangan lonjakan dan arus lonjakan. Pada saat rangkaian elektronik dihidupkan akan menimbulkan arus surja yang besar, yang mudah menyebabkan kerusakan pada komponen. Menggunakan NTC dapat mencegah hal ini terjadi dan memastikan operasi sirkuit normal. Untuk perlindungan lonjakan, TVS diperlukan.
2. Penekan tegangan transien TVS
TVS (Transient Voltage Suppressors) adalah penekan tegangan transien, yang merespons dengan cepat dan cocok untuk perlindungan port. Implementasi khusus adalah sebagai berikut: