I. Fonction BMS
Dans un premier temps, nous allons détailler ses quatre fonctions principales.
(1) Perception et mesure La mesure est la perception de l'état de la batterie
C'est la fonction de base du BMS, y compris la mesure et le calcul de certains paramètres d'indice, notamment la tension, le courant, la température, la puissance, le SOC (état de charge), le SOH (état de santé), le SOP (état de puissance), le SOE ( état de 能源). Le SOC peut être généralement compris comme la quantité d'énergie restante dans la batterie, et sa valeur est comprise entre 0 et 100 %, ce qui est le paramètre le plus important dans le BMS ; SOH fait référence à l'état de santé de la batterie (ou au degré de détérioration de la batterie), qui est la capacité réelle de la batterie actuelle Le rapport de la capacité nominale à la capacité nominale, lorsque le SOH est inférieur à 80 %, la batterie ne peut pas être utilisé dans un environnement électrique.
(2) Alarme et protection
Lorsque la batterie est dans un état anormal, le BMS peut envoyer une alarme à la plate-forme pour protéger la batterie et prendre les mesures correspondantes. En même temps, il enverra les informations d'alarme anormales à la plate-forme de surveillance et de gestion et générera des informations d'alarme de différents niveaux. Par exemple, lorsque la température est surchauffée, le BMS déconnectera directement le circuit de charge et de décharge, effectuera une protection contre la surchauffe et enverra une alarme en arrière-plan.
Les batteries au lithium émettent principalement des alarmes pour les problèmes suivants : surcharge : surtension unique, surtension de tension totale, surintensité de charge ; surdécharge : sous-tension unique, sous-tension totale, surintensité de décharge ; température : température de la cellule trop élevée, la température ambiante est trop élevée, la température MOS est trop élevée, la température de la batterie est trop basse, la température ambiante est trop basse ; statut : inondation, collision, inversion, etc.
(3) Gestion équilibrée
La nécessité d'une gestion équilibrée vient de l'incohérence dans la production et l'utilisation des batteries. Du point de vue de la production, chaque batterie a son propre cycle de vie et ses propres caractéristiques. Il n'y a pas deux batteries identiques. En raison de l'incohérence des matériaux tels que les séparateurs, les cathodes et les anodes, les capacités des différentes batteries ne peuvent pas être exactement les mêmes. Par exemple, chaque cellule de batterie qui forme un bloc-batterie 48V/20AH présente une certaine plage de différences dans ses indicateurs de cohérence tels que la différence de tension et la résistance interne. Du point de vue de l'utilisation, dans le processus de charge et de décharge de la batterie, le processus de réaction électrochimique ne peut jamais être cohérent. Même s'il s'agit de la même batterie, la capacité de charge et de décharge de la batterie sera différente en raison de la température et de l'impact différents, entraînant une capacité cellulaire incohérente. Par conséquent, la batterie a besoin à la fois d'une égalisation passive et d'une égalisation active. C'est à dire de fixer un couple de seuils de début et de fin d'égalisation : par exemple, dans un groupe de batteries, lorsque la différence entre la valeur extrême de la tension individuelle et la valeur moyenne de la tension de ce groupe atteint 50mV, l'égalisation est commencé, et l'égalisation est terminée à 5mV.
(4) Communication et positionnement
BMS dispose d'un module de communication séparé, qui est utilisé respectivement pour la transmission de données et le positionnement de la batterie, et peut transmettre les données pertinentes détectées et mesurées à la plate-forme de gestion des opérations en temps réel.
II. Principe de fonctionnement de la protection BMS
Le BMS comprend un circuit intégré de contrôle, un commutateur MOS, un fusible Fusible, une thermistance NTC, un suppresseur de tension transitoire TVS, un condensateur et une mémoire, etc. Sa forme spécifique est illustrée dans la figure :

Dans la figure ci-dessus, le circuit intégré de contrôle contrôle le commutateur MOS pour allumer et éteindre le circuit afin de protéger le circuit, et FUSE réalise une protection secondaire sur cette base ; TH est la détection de température et l'intérieur est un NTC 10K; NTC réalise principalement la détection de température ; TVS Principalement pour supprimer la surtension.
(1) Circuit de protection primaire
Circuit de contrôle Le circuit de contrôle de la figure ci-dessus est chargé de surveiller la tension de la batterie et le courant de boucle, et de contrôler les commutateurs de deux MOS. Le circuit intégré de contrôle peut être divisé en AFE et MCU : AFE (Active Front End, puce frontale analogique) est la puce d'échantillonnage de la batterie, qui est principalement utilisée pour collecter la tension et le courant de la cellule de la batterie. MCU ((Microcontroller Unit, puce de microcontrôleur) calcule et contrôle principalement les informations collectées par AFE.
La relation entre les deux est illustrée sur la figure :

1. AFE
AFE est généralement une puce à 6 broches, CO, DO, VDD, VSS, DP et VM, l'introduction est la suivante :
CO : sortie de charge (contrôle de charge) ;
DO : sortie de décharge (contrôle de décharge) ;
VDD : la tension d'alimentation, également appelée tension de sortie, est l'endroit où la tension est la plus élevée ;
VSS : tension de référence, qui est l'endroit où la tension est la plus basse ;
VM : surveillez la valeur de la tension aux bornes du MOS.
Lorsque BMS est normal, CO, DO, VDD sont de haut niveau, VSS, VM sont de bas niveau, lorsqu'un paramètre de VDD, VSS, VM change, le niveau du terminal CO ou DO changera.
2. MCU
MCU fait référence à une micro-unité de contrôle, également connue sous le nom de micro-ordinateur à puce unique, qui présente les avantages de hautes performances, d'une faible consommation d'énergie, d'une programmation et d'une grande flexibilité. Il est largement utilisé dans l'électronique grand public, l'automobile, l'industrie, les communications, l'informatique, les appareils électroménagers, l'équipement médical et d'autres domaines. Dans un BMS, le MCU agit comme le cerveau, capturant toutes les données des capteurs via ses périphériques et traitant les données pour prendre les décisions appropriées en fonction du profil de la batterie. La puce MCU traite les informations collectées par la puce AFE et joue le rôle de calcul (tel que SOC, SOP, etc.) et de contrôle (MOS désactivé, activé, etc.), de sorte que le système de gestion de la batterie a des exigences élevées sur le performances de la puce MCU. AFE et MCU réalisent la protection du circuit en contrôlant MOS.
3.MOS
MOS est l'abréviation de Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, appelé transistor à effet de champ, qui agit comme un interrupteur dans le circuit et contrôle respectivement l'activation et la désactivation du circuit de charge et du circuit de décharge. Sa résistance à l'état passant est très faible, donc sa résistance à l'état passant a peu d'effet sur les performances du circuit. Dans des conditions normales, le courant de consommation du circuit de protection est de niveau μA, généralement inférieur à 7 μA.
4. Réalisation de la protection primaire BMS : lien entre le contrôle IC et le MOS
Si la batterie au lithium est surchargée, surdéchargée ou surchargée, cela provoquera des réactions secondaires chimiques à l'intérieur de la batterie, ce qui affectera sérieusement les performances et la durée de vie de la batterie, et peut générer une grande quantité de gaz, ce qui augmentera rapidement la pression interne. de la batterie et éventuellement conduire à un relâchement de la pression. La vanne s'ouvre et l'électrolyte est éjecté pour provoquer un emballement thermique.
Lorsque la situation ci-dessus se produit, le BMS active le mécanisme de protection et s'exécute comme suit :

(1) État normal
À l'état normal, les broches "CO" et "DO" du circuit produisent un niveau élevé, les deux MOS sont en état de conduction et la batterie peut être chargée et déchargée librement.
(2) Protection contre les surcharges
Lors de la charge, l'AFE surveillera toujours la tension entre la broche 5 VDD et la broche 6 VSS. Lorsque cette tension est supérieure à la tension de coupure de surcharge, MCU contrôlera la broche 3 CO (la broche CO passe du niveau haut au niveau bas) Ping) pour fermer le tube MOS M2, à ce moment le circuit de charge est coupé, et la batterie ne peut être que déchargée. A ce moment, du fait de l'existence de la diode de corps V2 du tube M2, la batterie peut décharger la charge externe à travers cette diode.
(3) Protection contre les décharges excessives
Lors de la décharge, l'AFE surveille toujours la tension entre la broche 5 VDD et la broche 6 VSS. Lorsque cette tension est inférieure à la tension de coupure de décharge excessive, le MCU passera la broche 1 DO (la broche DO passe du niveau haut au niveau bas) Éteignez le tube MOS M1, puis le circuit de décharge est coupé et la batterie peut seulement être chargé. A ce moment, en raison de l'existence de la diode de corps V1 du transistor MOS M1, le chargeur peut charger la batterie à travers la diode.
(4) Protection contre les surintensités
Pendant le processus de décharge normal de la batterie, lorsque le courant de décharge traverse deux MOS en série, une tension sera générée aux deux extrémités en raison de la résistance à l'état passant du MOS. La valeur de tension U = 2IR, et R est la résistance à l'état passant d'un seul MOS. AFE broche 2 VM surveillera la valeur de tension tout le temps. Lorsque le courant de boucle est si important que la tension U est supérieure au seuil de surintensité, le MCU désactive le transistor MOS M1 via la première broche DO (la broche DO passe du niveau haut au niveau bas), et la boucle de décharge est coupée off, de sorte que le courant dans la boucle est nul. , pour jouer le rôle de protection contre les surintensités.
(5) Protection contre les courts-circuits
Semblable au principe de fonctionnement de la protection contre les surintensités, lorsque le courant de boucle est si important que la tension U atteint instantanément le seuil de court-circuit, le MCU éteindra le tube MOS M1 via la première broche DO (la broche DO passe du niveau haut au niveau bas), et coupé Le circuit de décharge agit comme une protection contre les courts-circuits. Le temps de retard de la protection contre les courts-circuits est très court, généralement inférieur à 7 microsecondes.

Ce qui précède peut être brièvement décrit comme suit :

État des circuits	MOS1	MOS 2	État de charge et de décharge
État normal	SUR	SUR	Rechargeable et déchargeable
Protection contre les surcharges	SUR	DÉSACTIVÉ	Déchargeable et non rechargeable
Protection contre les décharges excessives	DÉSACTIVÉ	SUR	rechargeable non déchargeable
Protection contre les surintensités	DÉSACTIVÉ	SUR	Lorsque la surintensité est libérée, elle peut être chargée et déchargée
Protection de court circuit	DÉSACTIVÉ	SUR	Lorsque le court-circuit est libéré, il peut être chargé et déchargé

(2) Circuit de protection secondaire : fusible à trois bornes Fusible
Pour des raisons de sécurité, un mécanisme de protection secondaire doit encore être ajouté. Au stade actuel, REP (Resistor Embedded Protector, protecteur de résistance intégré) est fortement appliqué, tandis que le fusible à trois bornes Fuse est plus rentable en comparaison.
Lorsque le courant est trop important, le fusible sera soufflé selon le même principe que le fusible ordinaire ; et lorsque le MOS est dans un état de fonctionnement anormal, la commande principale fera automatiquement sauter le fusible à trois bornes. Les principaux avantages de ce mécanisme de protection de sécurité sont une faible consommation d'énergie, une vitesse de réponse rapide et un bon effet de protection. À ce stade, il a une grande applicabilité et a été largement utilisé dans les véhicules électriques, les téléphones portables et d'autres équipements.

Circuit de protection à trois niveaux : thermistance NTC et TVS1.NTC La thermistance, qui est extrêmement sensible à la chaleur, est une sorte de résistance variable, principalement divisée en PTC et NTC. PTC (Positive Temperature Coefficient, thermistance à coefficient de température positif), plus la température est élevée, plus la résistance est élevée, principalement utilisée dans les tueurs de moustiques, les radiateurs et autres produits. NTC (coefficient de température négatif, thermistance à coefficient de température négatif) est l'opposé de PTC. Plus la température est élevée, plus la résistance est faible. Il est principalement utilisé comme capteur de température à résistance et comme dispositif de limitation de courant.

Le BMS des batteries au lithium utilise généralement le NTC. En comparaison, ce produit consomme moins d'énergie, a une grande précision et une réponse rapide, et a trois fonctions principales.

(1) Mesure de la température
En utilisant les caractéristiques de cette résistance, les trois catégories de température suivantes peuvent être mesurées : Température de la cellule : placez la thermistance NTC entre les cellules pour mesurer la température de la cellule, et le nombre de cellules couvertes par chaque NTC doit être pris en compte . Température de puissance : placez la thermistance NTC entre le MOS pour mesurer la température de puissance. Il est nécessaire de s'assurer que le NTC est en contact étroit avec le dispositif MOS lors de l'installation. Température ambiante : placez la thermistance NTC sur la carte BMS pour mesurer la température ambiante, et l'emplacement d'installation doit être éloigné du dispositif d'alimentation.
(2) Compensation de température
La résistance de la plupart des composants augmente à mesure que la température augmente. À ce stade, NTC doit être utilisé pour la compensation afin de compenser l'erreur causée par la température.
(3) Supprimer le courant d'appel
La surtension (surtension électrique), également appelée surtension, est la valeur de crête momentanée au-delà de la valeur stable, y compris la surtension et le courant de surtension. Lorsque le circuit électronique est allumé, il génère un courant de surtension important, ce qui peut facilement endommager les composants. L'utilisation de NTC peut empêcher que cela ne se produise et assurer le fonctionnement normal du circuit. Pour la protection contre les surtensions, TVS est nécessaire.
2. Suppresseur de tension transitoire TVS
Les TVS (Transient Voltage Suppressors) sont des suppresseurs de tension transitoire, qui réagissent rapidement et conviennent à la protection des ports. La mise en œuvre spécifique est la suivante :