I. BMS-Funktion
Zunächst werden die vier Hauptfunktionen detailliert beschrieben.
(1) Wahrnehmung und Messung Messung ist die Wahrnehmung des Zustands der Batterie
Dies ist die Grundfunktion von BMS, einschließlich der Messung und Berechnung einiger Indexparameter, einschließlich Spannung, Strom, Temperatur, Leistung, SOC (Ladezustand), SOH (Gesundheitszustand), SOP (Leistungszustand), SOE ( Bundesstaat 能源). Unter SOC versteht man im Allgemeinen die verbleibende Energiemenge in der Batterie. Sein Wert liegt zwischen 0 und 100 %, was der wichtigste Parameter im BMS ist. SOH bezieht sich auf den Gesundheitszustand der Batterie (oder den Grad der Batterieverschlechterung), bei dem es sich um die tatsächliche Kapazität der aktuellen Batterie handelt. Das Verhältnis der Nennkapazität zur Nennkapazität beträgt, wenn der SOH weniger als 80 % beträgt, die Batterie kann nicht in einer Umgebung mit hoher Stromversorgung verwendet werden.
(2) Alarm und Schutz
Wenn sich die Batterie in einem abnormalen Zustand befindet, kann das BMS einen Alarm an die Plattform senden, um die Batterie zu schützen und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen. Gleichzeitig werden die anormalen Alarminformationen an die Überwachungs- und Verwaltungsplattform gesendet und Alarminformationen unterschiedlicher Ebenen generiert. Wenn beispielsweise die Temperatur überhitzt ist, trennt das BMS direkt den Lade- und Entladekreis, führt einen Überhitzungsschutz durch und sendet im Hintergrund einen Alarm.
Lithiumbatterien geben vor allem bei folgenden Problemen Alarm: Überladung: Einzelüberspannung, Gesamtspannungsüberspannung, Ladeüberstrom; Tiefentladung: Einzelunterspannung, Gesamtspannungsunterspannung, Entladungsüberstrom; Temperatur: Zellentemperatur zu hoch, Umgebungstemperatur zu hoch, MOS-Temperatur zu hoch, Batterietemperatur zu niedrig, Umgebungstemperatur zu niedrig; Status: Überschwemmung, Kollision, Inversion usw.
(3) Ausgewogenes Management
Die Notwendigkeit eines ausgewogenen Managements ergibt sich aus der Inkonsistenz bei der Produktion und Verwendung von Batterien. Aus produktionstechnischer Sicht hat jede Batterie ihren eigenen Lebenszyklus und ihre eigenen Eigenschaften. Es gibt keine zwei identischen Batterien. Aufgrund der Inkonsistenz von Materialien wie Separatoren, Kathoden und Anoden können die Kapazitäten verschiedener Batterien nicht genau gleich sein. Beispielsweise weist jede Batteriezelle, die einen 48-V-/20-Ah-Akku bildet, einen bestimmten Bereich von Unterschieden in ihren Konsistenzindikatoren auf, wie z. B. Spannungsunterschied und Innenwiderstand. Aus nutzungstechnischer Sicht kann der Prozess der elektrochemischen Reaktion beim Laden und Entladen der Batterie niemals konsistent sein. Selbst wenn es sich um denselben Akku handelt, kann die Lade- und Entladekapazität des Akkus aufgrund unterschiedlicher Temperaturen und Stöße unterschiedlich sein. Dies führt zu einer inkonsistenten Zellkapazität. Daher benötigt die Batterie sowohl einen passiven als auch einen aktiven Ausgleich. Das heißt, ein Paar Schwellenwerte für den Beginn und das Ende des Ausgleichs festzulegen: Wenn beispielsweise in einer Gruppe von Batterien die Differenz zwischen dem Extremwert der einzelnen Spannung und dem Durchschnittswert der Spannung dieser Gruppe 50 mV erreicht, erfolgt der Ausgleich gestartet und der Ausgleich bei 5mV beendet.
(4) Kommunikation und Positionierung
Das BMS verfügt über ein separates Kommunikationsmodul, das für die Datenübertragung bzw. Batteriepositionierung verwendet wird und relevante erfasste und gemessene Daten in Echtzeit an die Betriebsmanagementplattform übertragen kann.
II. Funktionsprinzip des BMS-Schutzes
Das BMS umfasst einen Steuer-IC, einen MOS-Schalter, eine Sicherung, einen NTC-Thermistor, einen TVS-Überspannungsschutz, einen Kondensator und einen Speicher usw. Seine spezifische Form ist in der Abbildung dargestellt:

In der obigen Abbildung steuert der Steuer-IC den MOS-Schalter zum Ein- und Ausschalten des Schaltkreises, um den Schaltkreis zu schützen, und FUSE realisiert auf dieser Grundlage den sekundären Schutz. TH ist Temperaturerkennung und im Inneren befindet sich ein 10K NTC; NTC realisiert hauptsächlich die Temperaturerkennung; TVS Hauptsächlich zur Unterdrückung des Anstiegs.
(1) Primärschutzschaltung
Steuer-IC Der Steuer-IC in der Abbildung oben ist für die Überwachung der Batteriespannung und des Schleifenstroms sowie für die Steuerung der Schalter von zwei MOS verantwortlich. Der Steuer-IC kann in AFE und MCU unterteilt werden: AFE (Active Front End, analoger Front-End-Chip) ist der Abtastchip der Batterie, der hauptsächlich zum Erfassen der Spannung und des Stroms der Batteriezelle verwendet wird. MCU ((Mikrocontroller-Einheit, Mikrocontroller-Chip) berechnet und steuert hauptsächlich die von AFE gesammelten Informationen.
Die Beziehung zwischen den beiden ist in der Abbildung dargestellt:

1. AFE
AFE ist im Allgemeinen ein 6-Pin-Chip, CO, DO, VDD, VSS, DP und VM. Die Einführung lautet wie folgt:
CO: Ladungsausgang (Ladesteuerung);
DO: Entladeausgang (Entladesteuerung);
VDD: Versorgungsspannung, auch Ausgangsspannung genannt, ist der Ort mit der höchsten Spannung;
VSS: Referenzspannung, also der Ort mit der niedrigsten Spannung;
VM: Überwachen Sie den Spannungswert am MOS.
Wenn BMS normal ist, sind CO, DO, VDD auf hohem Niveau, VSS und VM auf niedrigem Niveau. Wenn sich ein Parameter von VDD, VSS, VM ändert, ändert sich auch das Niveau des CO- oder DO-Terminals.
2. MCU
MCU bezieht sich auf eine Mikrosteuereinheit, auch bekannt als Ein-Chip-Mikrocomputer, die die Vorteile hoher Leistung, geringem Stromverbrauch, Programmierbarkeit und hoher Flexibilität bietet. Es wird häufig in den Bereichen Unterhaltungselektronik, Automobile, Industrie, Kommunikation, Computer, Haushaltsgeräte, medizinische Geräte und anderen Bereichen eingesetzt. In einem BMS fungiert die MCU als Gehirn, sie erfasst alle Daten der Sensoren über ihre Peripheriegeräte und verarbeitet die Daten, um basierend auf dem Profil des Batteriepakets geeignete Entscheidungen zu treffen. Der MCU-Chip verarbeitet die vom AFE-Chip gesammelten Informationen und übernimmt die Rolle der Berechnung (wie SOC, SOP usw.) und Steuerung (MOS aus, ein usw.), daher stellt das Batteriemanagementsystem hohe Anforderungen an die Leistung des MCU-Chips. AFE und MCU realisieren den Schutz der Schaltung durch Steuerung des MOS.
3.MOS
MOS ist die Abkürzung für Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, auch Feldeffekttransistor genannt, der als Schalter im Stromkreis fungiert und das Ein- und Ausschalten des Lade- und Entladekreises steuert. Sein Einschaltwiderstand ist sehr klein, sodass sein Einschaltwiderstand nur geringe Auswirkungen auf die Leistung der Schaltung hat. Unter normalen Bedingungen beträgt der Verbrauchsstrom der Schutzschaltung einen μA-Wert, normalerweise weniger als 7 μA.
4. Realisierung des BMS-Primärschutzes: Verbindung zwischen Steuer-IC und MOS
Wenn die Lithiumbatterie überladen, überentladen oder überlastet ist, kommt es zu chemischen Nebenreaktionen im Inneren der Batterie, die die Leistung und Lebensdauer der Batterie erheblich beeinträchtigen und eine große Menge Gas erzeugen können, wodurch der Innendruck schnell ansteigt der Batterie und schließlich zu einer Druckentlastung führen. Das Ventil öffnet sich und der Elektrolyt wird ausgestoßen, was zu einem thermischen Durchgehen führt.
Wenn die obige Situation eintritt, aktiviert das BMS den Schutzmechanismus und führt Folgendes aus:

(1) Normalzustand
Im Normalzustand geben beide „CO“- und „DO“-Pins in der Schaltung einen hohen Pegel aus, beide MOS befinden sich im leitenden Zustand und die Batterie kann frei geladen und entladen werden.
(2) Überladeschutz
Beim Laden überwacht AFE immer die Spannung zwischen Pin 5 VDD und Pin 6 VSS. Wenn diese Spannung größer als die Überladungs-Abschaltspannung ist, steuert die MCU Pin 3 CO (CO-Pin wechselt von hohem Pegel auf niedrigen Pegel) (Ping), um die MOS-Röhre M2 zu schließen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Ladestromkreis unterbrochen Der Akku kann nur entladen werden. Zu diesem Zeitpunkt kann die Batterie aufgrund der Existenz der Body-Diode V2 der M2-Röhre die externe Last über diese Diode entladen.
(3) Überentladungsschutz
Beim Entladen überwacht AFE immer die Spannung zwischen Pin 5 VDD und Pin 6 VSS. Wenn diese Spannung niedriger als die Überentladungs-Abschaltspannung ist, leitet die MCU Pin 1 DO weiter (DO-Pin wechselt von hohem Pegel auf niedrigen Pegel). Schalten Sie die MOS-Röhre M1 aus, dann wird der Entladekreis und die Batterie unterbrochen kann nur aufgeladen werden. Zu diesem Zeitpunkt kann das Ladegerät aufgrund der Existenz der Body-Diode V1 des MOS-Transistors M1 die Batterie über die Diode laden.
(4) Überstromschutz
Während des normalen Entladevorgangs der Batterie, wenn der Entladestrom durch zwei in Reihe geschaltete MOS fließt, wird aufgrund des Einschaltwiderstands des MOS an beiden Enden eine Spannung erzeugt. Der Spannungswert U=2IR und R ist der Durchlasswiderstand eines einzelnen MOS. AFE Pin 2 VM überwacht ständig den Spannungswert. Wenn der Schleifenstrom so groß ist, dass die Spannung U größer als der Überstromschwellenwert ist, schaltet die MCU den MOS-Transistor M1 über den ersten Pin DO aus (DO-Pin wechselt von High-Pegel auf Low-Pegel) und die Entladeschleife wird unterbrochen ausgeschaltet, so dass der Strom in der Schleife Null ist. , um die Rolle des Überstromschutzes zu spielen.
(5) Kurzschlussschutz
Ähnlich dem Funktionsprinzip des Überstromschutzes schaltet die MCU die MOS-Röhre M1 über den ersten Pin DO aus, wenn der Schleifenstrom so groß ist, dass die Spannung U sofort die Kurzschlussschwelle erreicht (DO-Pin wechselt von High-Pegel auf Low-Pegel) und abschalten. Der Entladekreis fungiert als Kurzschlussschutz. Die Verzögerungszeit des Kurzschlussschutzes ist sehr kurz, normalerweise weniger als 7 Mikrosekunden.

Das Obige lässt sich kurz wie folgt beschreiben:

Schaltkreisstatus	MOS1	MOS 2	Lade- und Entladestatus
Normaler Zustand	AN	AN	Wiederaufladbar und entladbar
Überladungsschutz	AN	AUS	Entladbar und nicht wiederaufladbar
Überentladungsschutz	AUS	AN	wiederaufladbar, nicht entladbar
Überstromschutz	AUS	AN	Wenn der Überstrom freigegeben wird, kann er geladen und entladen werden
Kurzschlussschutz	AUS	AN	Wenn der Kurzschluss aufgehoben wird, kann es geladen und entladen werden

(2) Sekundärschutzschaltung: Sicherung mit drei Anschlüssen. Sicherung
Aus Sicherheitsgründen muss noch ein sekundärer Schutzmechanismus hinzugefügt werden. Derzeit wird häufig REP (Resistor Embedded Protector, integrierter Widerstandsschutz) eingesetzt, während die dreipolige Sicherung Fuse im Vergleich kostengünstiger ist.
Wenn der Strom zu groß ist, wird die Sicherung nach dem gleichen Prinzip wie eine normale Sicherung durchbrennen; und wenn sich der MOS in einem abnormalen Betriebszustand befindet, wird die Hauptsteuerung automatisch die Sicherung mit drei Anschlüssen durchbrennen. Die Hauptvorteile dieses Sicherheitsschutzmechanismus sind geringer Stromverbrauch, schnelle Reaktionsgeschwindigkeit und gute Schutzwirkung. Derzeit weist es eine hohe Anwendbarkeit auf und wird häufig in Elektrofahrzeugen, Mobiltelefonen und anderen Geräten eingesetzt.

Dreistufige Schutzschaltung: NTC und TVS1.NTC-Thermistor Der extrem wärmeempfindliche Thermistor ist eine Art variabler Widerstand, der hauptsächlich in PTC und NTC unterteilt ist. PTC (Positive Temperature Coefficient, Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten), je höher die Temperatur, desto größer der Widerstand, wird hauptsächlich in Mückenvernichtern, Heizgeräten und anderen Produkten verwendet. NTC (Negative Temperature Coefficient, Negative Temperature Coefficient Thermistor) ist das Gegenteil von PTC. Je höher die Temperatur, desto geringer ist der Widerstand. Es wird hauptsächlich als Widerstandstemperatursensor und Strombegrenzungsgerät verwendet.

Das BMS von Lithiumbatterien verwendet im Allgemeinen NTC. Im Vergleich dazu verbraucht dieses Produkt weniger Strom, verfügt über eine hohe Genauigkeit und schnelle Reaktion und verfügt über drei Hauptfunktionen.

(1) Temperaturmessung
Mithilfe der Eigenschaften dieses Widerstands können die folgenden drei Temperaturkategorien gemessen werden: Zelltemperatur: Platzieren Sie den NTC-Thermistor zwischen den Zellen, um die Zelltemperatur zu messen. Dabei muss die Anzahl der von jedem NTC abgedeckten Zellen berücksichtigt werden . Leistungstemperatur: Platzieren Sie den NTC-Thermistor zwischen dem MOS, um die Leistungstemperatur zu messen. Bei der Installation muss darauf geachtet werden, dass der NTC in engem Kontakt mit dem MOS-Gerät steht. Umgebungstemperatur: Platzieren Sie den NTC-Thermistor auf der BMS-Platine, um die Umgebungstemperatur zu messen. Der Installationsort muss weit vom Leistungsgerät entfernt sein.
(2) Temperaturkompensation
Der Widerstand der meisten Komponenten erhöht sich mit steigender Temperatur. Zu diesem Zeitpunkt muss NTC zur Kompensation verwendet werden, um den durch die Temperatur verursachten Fehler auszugleichen.
(3) Unterdrückung des Einschaltstroms.
Überspannung (elektrische Überspannung), auch Überspannung genannt, ist der momentane Spitzenwert, der über den stabilen Wert hinausgeht, einschließlich Überspannung und Überstrom. Wenn die elektronische Schaltung eingeschaltet wird, erzeugt sie einen großen Stoßstrom, der leicht zu Schäden an den Komponenten führen kann. Der Einsatz von NTC kann dies verhindern und den normalen Betrieb des Stromkreises sicherstellen. Für den Überspannungsschutz ist TVS erforderlich.
2. TVS-Überspannungsschutz
TVS (Transient Voltage Suppressors) sind transiente Spannungsunterdrücker, die schnell reagieren und sich für den Portschutz eignen. Die spezifische Implementierung ist wie folgt: