I. ฟังก์ชัน BMS
ขั้นแรก เราจะอธิบายรายละเอียดฟังก์ชันหลัก 4 ประการ
(1) การรับรู้และการวัด การวัดคือการรับรู้สถานะของแบตเตอรี่
นี่คือฟังก์ชันพื้นฐานของ BMS รวมถึงการวัดและการคำนวณพารามิเตอร์ดัชนีบางตัว รวมถึงแรงดัน กระแส อุณหภูมิ กำลังไฟ SOC (สถานะของประจุ), SOH (สถานะของสุขภาพ), SOP (สถานะของพลังงาน), SOE ( สถานะของ能源) SOC สามารถเข้าใจได้โดยทั่วไปว่าเป็นปริมาณพลังงานที่เหลืออยู่ในแบตเตอรี่ และค่าของมันอยู่ระหว่าง 0-100% ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดใน BMS SOH หมายถึงสถานะของแบตเตอรี่ (หรือระดับการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่) ซึ่งเป็นความจุจริงของแบตเตอรี่ปัจจุบัน อัตราส่วนของความจุที่กำหนดต่อความจุที่กำหนด เมื่อ SOH ต่ำกว่า 80% แบตเตอรี่ ไม่สามารถใช้ในสภาพแวดล้อมที่ใช้พลังงานได้
(2) สัญญาณเตือนและการป้องกัน
เมื่อแบตเตอรี่อยู่ในสถานะผิดปกติ BMS สามารถส่งสัญญาณเตือนไปยังแพลตฟอร์มเพื่อป้องกันแบตเตอรี่และใช้มาตรการที่เกี่ยวข้อง ในขณะเดียวกันก็จะส่งข้อมูลการเตือนภัยที่ผิดปกติไปยังแพลตฟอร์มการตรวจสอบและการจัดการ และสร้างข้อมูลการเตือนภัยในระดับต่างๆ ตัวอย่างเช่น เมื่ออุณหภูมิสูงเกินไป BMS จะตัดการเชื่อมต่อวงจรการชาร์จและการคายประจุโดยตรง ดำเนินการป้องกันความร้อนสูงเกินไป และส่งสัญญาณเตือนไปยังพื้นหลัง
แบตเตอรี่ลิเธียมส่วนใหญ่จะส่งสัญญาณเตือนสำหรับปัญหาต่อไปนี้: การชาร์จเกิน: แรงดันไฟเกินเพียงครั้งเดียว, แรงดันไฟเกินทั้งหมด, การชาร์จกระแสไฟเกิน; overdischarge: เดียวสวนท่ง, แรงดันรวมสวนท่ง, ปล่อยกระแสเกิน; อุณหภูมิ: อุณหภูมิเซลล์สูงเกินไป, อุณหภูมิแวดล้อมสูงเกินไป, อุณหภูมิ MOS สูงเกินไป, อุณหภูมิแบตเตอรี่ต่ำเกินไป, อุณหภูมิแวดล้อมต่ำเกินไป; สถานะ: น้ำท่วม การชน การผกผัน ฯลฯ
(3) การจัดการที่สมดุล
ความจำเป็นของการจัดการที่สมดุลมาจากความไม่สอดคล้องกันในการผลิตและการใช้แบตเตอรี่ จากมุมมองของการผลิต แบตเตอรี่แต่ละชนิดมีวงจรชีวิตและลักษณะเฉพาะตัว ไม่มีแบตเตอรี่สองก้อนที่เหมือนกัน เนื่องจากความไม่สอดคล้องกันของวัสดุ เช่น ตัวคั่น แคโทด และแอโนด ความจุของแบตเตอรี่ที่แตกต่างกันจึงไม่สามารถเท่ากันได้ ตัวอย่างเช่น เซลล์แบตเตอรี่แต่ละเซลล์ที่ประกอบเป็นชุดแบตเตอรี่ 48V/20AH จะมีช่วงความแตกต่างในตัวบ่งชี้ความสอดคล้อง เช่น ความต่างศักย์ไฟฟ้าและความต้านทานภายใน จากมุมมองของการใช้งาน ในกระบวนการชาร์จและคายประจุแบตเตอรี่ กระบวนการของปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีไม่สามารถสอดคล้องกันได้ แม้ว่าจะเป็นแบตเตอรี่ก้อนเดียวกัน ความสามารถในการชาร์จและคายประจุของแบตเตอรี่จะแตกต่างกันเนื่องจากอุณหภูมิและผลกระทบที่แตกต่างกัน ส่งผลให้ความจุของเซลล์ไม่สอดคล้องกัน ดังนั้นแบตเตอรี่จึงต้องการทั้งการทำให้เท่าเทียมกันแบบพาสซีฟและการทำให้เท่าเทียมกันแบบแอคทีฟ นั่นคือการกำหนดเกณฑ์คู่หนึ่งสำหรับการเริ่มต้นและสิ้นสุดการทำให้เท่าเทียมกัน ตัวอย่างเช่น ในกลุ่มของแบตเตอรี่ เมื่อความแตกต่างระหว่างค่าสูงสุดของแต่ละแรงดันไฟฟ้าและค่าเฉลี่ยของแรงดันไฟฟ้าของกลุ่มนี้ถึง 50mV การทำให้เท่าเทียมกันคือ เริ่มต้นแล้ว และอีควอไลเซชันจะสิ้นสุดที่ 5mV
(4) การสื่อสารและการวางตำแหน่ง
BMS มีโมดูลการสื่อสารแยกต่างหาก ซึ่งใช้สำหรับการส่งข้อมูลและการวางตำแหน่งแบตเตอรี่ตามลำดับ และสามารถส่งข้อมูลที่เกี่ยวข้องที่ตรวจจับและวัดได้ไปยังแพลตฟอร์มการจัดการการดำเนินงานแบบเรียลไทม์
ครั้งที่สอง หลักการทำงานของการป้องกัน BMS
BMS ประกอบด้วย IC ควบคุม, สวิตช์ MOS, ฟิวส์ ฟิวส์, เทอร์มิสเตอร์ NTC, ตัวป้องกันแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวของ TVS, ตัวเก็บประจุและหน่วยความจำ เป็นต้น รูปแบบเฉพาะจะแสดงในรูป:

ในรูปด้านบน IC ควบคุมจะควบคุมสวิตช์ MOS เพื่อเปิดและปิดวงจรเพื่อป้องกันวงจร และ FUSE ตระหนักถึงการป้องกันรองบนพื้นฐานนี้ TH คือการตรวจจับอุณหภูมิ และภายในคือ 10K NTC; กทช. ตระหนักถึงการตรวจจับอุณหภูมิเป็นหลัก TVS ส่วนใหญ่เพื่อระงับการกระชาก
(1) วงจรป้องกันปฐมภูมิ
IC ควบคุม IC ควบคุมในรูปด้านบนมีหน้าที่ตรวจสอบแรงดันแบตเตอรี่และกระแสลูป และควบคุมสวิตช์ของ MOS สองตัว IC ควบคุมสามารถแบ่งออกเป็น AFE และ MCU: AFE (Active Front End, ชิปส่วนหน้าแบบอะนาล็อก) เป็นชิปสุ่มตัวอย่างของแบตเตอรี่ ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้เพื่อรวบรวมแรงดันและกระแสของเซลล์แบตเตอรี่ MCU ((หน่วยไมโครคอนโทรลเลอร์, ชิปไมโครคอนโทรลเลอร์) ส่วนใหญ่คำนวณและควบคุมข้อมูลที่รวบรวมโดย AFE
ความสัมพันธ์ระหว่างทั้งสองแสดงในรูป:

1. AFE
AFE โดยทั่วไปคือชิป 6 พิน, CO, DO, VDD, VSS, DP และ VM การแนะนำมีดังนี้:
CO: เอาต์พุตการชาร์จ (การควบคุมการชาร์จ);
DO: เอาท์พุท (การควบคุมการปลดปล่อย);
VDD: แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟหรือที่เรียกว่าแรงดันขาออกเป็นสถานที่ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงสุด
VSS: แรงดันอ้างอิงซึ่งเป็นตำแหน่งที่มีแรงดันต่ำสุด
VM: ตรวจสอบค่าแรงดันไฟฟ้าทั่วทั้ง MOS
เมื่อ BMS เป็นปกติ CO, DO, VDD จะอยู่ในระดับสูง VSS, VM จะอยู่ในระดับต่ำ เมื่อพารามิเตอร์ใดๆ ของ VDD, VSS, VM เปลี่ยนแปลง ระดับของขั้ว CO หรือ DO จะเปลี่ยนไป
2. มจร
MCU หมายถึงหน่วยควบคุมขนาดเล็กหรือที่เรียกว่าไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียว ซึ่งมีข้อดีของประสิทธิภาพสูง ใช้พลังงานต่ำ ตั้งโปรแกรมได้ และมีความยืดหยุ่นสูง มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค รถยนต์ อุตสาหกรรม การสื่อสาร คอมพิวเตอร์ เครื่องใช้ภายในบ้าน อุปกรณ์ทางการแพทย์ และสาขาอื่นๆ ใน BMS MCU ทำหน้าที่เป็นสมอง เก็บข้อมูลทั้งหมดจากเซ็นเซอร์ผ่านอุปกรณ์ต่อพ่วงและประมวลผลข้อมูลเพื่อทำการตัดสินใจที่เหมาะสมตามโปรไฟล์ของชุดแบตเตอรี่ ชิป MCU ประมวลผลข้อมูลที่รวบรวมโดยชิป AFE และมีบทบาทในการคำนวณ (เช่น SOC, SOP ฯลฯ) และการควบคุม (ปิด MOS, เปิด ฯลฯ) ดังนั้นระบบการจัดการแบตเตอรี่จึงมีความต้องการสูงใน ประสิทธิภาพของชิป MCU AFE และ MCU ตระหนักถึงการป้องกันวงจรโดยการควบคุม MOS
3.MOS
MOS เป็นตัวย่อของ Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor หรือเรียกว่าทรานซิสเตอร์ภาคสนามซึ่งทำหน้าที่เป็นสวิตช์ในวงจรและควบคุมการเปิดปิดวงจรชาร์จและวงจรดิสชาร์จตามลำดับ ความต้านทานต่อออนมีขนาดเล็กมาก ดังนั้นความต้านทานต่อออนจึงมีผลเพียงเล็กน้อยต่อประสิทธิภาพของวงจร ภายใต้สภาวะปกติ กระแสไฟที่ใช้ของวงจรป้องกันจะอยู่ที่ระดับ μA โดยปกติจะน้อยกว่า 7μA
4. การตระหนักถึงการป้องกันเบื้องต้นของ BMS: การเชื่อมโยงระหว่าง IC ควบคุมและ MOS
หากแบตเตอรี่ลิเธียมถูกชาร์จมากเกินไป คายประจุมากเกินไป หรือกระแสไฟเกิน จะทำให้เกิดปฏิกิริยาด้านเคมีภายในแบตเตอรี่ ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่อย่างมาก และอาจสร้างก๊าซจำนวนมาก ซึ่งจะเพิ่มแรงดันภายในอย่างรวดเร็ว ของแบตเตอรี่และนำไปสู่การคลายแรงดันในที่สุด วาล์วจะเปิดขึ้นและอิเล็กโทรไลต์จะถูกขับออกมาเพื่อทำให้เกิดความร้อน
เมื่อเกิดสถานการณ์ข้างต้น BMS จะเปิดใช้กลไกการป้องกันและดำเนินการดังนี้

(1) สถานะปกติ
ในสถานะปกติ ทั้งพิน "CO" และ "DO" ในเอาต์พุตวงจรระดับสูง MOS ทั้งสองอยู่ในสถานะการนำไฟฟ้า และสามารถชาร์จและคายประจุแบตเตอรี่ได้อย่างอิสระ
(2) การป้องกันการชาร์จเกิน
เมื่อทำการชาร์จ AFE จะตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าระหว่างพิน 5 VDD และพิน 6 VSS เสมอ เมื่อแรงดันนี้มากกว่าแรงดันตัดโอเวอร์ชาร์จ MCU จะควบคุมพิน 3 CO (พิน CO เปลี่ยนจากระดับสูงเป็นระดับต่ำ Ping) เพื่อปิดท่อ MOS M2 ในเวลานี้ วงจรชาร์จจะถูกตัดออก และ แบตเตอรี่สามารถคายประจุได้เท่านั้น ในเวลานี้เนื่องจากการมีอยู่ของไดโอดตัว V2 ของหลอด M2 แบตเตอรี่สามารถปล่อยโหลดภายนอกผ่านไดโอดนี้ได้
(3) การป้องกันการคายประจุเกิน
เมื่อทำการคายประจุ AFE จะตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าระหว่างพิน 5 VDD และพิน 6 VSS เสมอ เมื่อแรงดันไฟฟ้านี้ต่ำกว่าแรงดันตัดการจ่ายไฟเกิน MCU จะผ่านพิน 1 DO (พิน DO เปลี่ยนจากระดับสูงเป็นระดับต่ำ) ปิด MOS หลอด M1 จากนั้นวงจรดิสชาร์จจะถูกตัดออก และแบตเตอรี่ สามารถชาร์จได้เท่านั้น ขณะนี้เนื่องจากการมีอยู่ของไดโอดตัว V1 ของทรานซิสเตอร์ MOS M1 เครื่องชาร์จสามารถชาร์จแบตเตอรี่ผ่านไดโอดได้
(4) การป้องกันกระแสเกิน
ในระหว่างกระบวนการคายประจุปกติของแบตเตอรี่ เมื่อกระแสคายประจุผ่าน MOS สองตัวแบบอนุกรม แรงดันไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นที่ปลายทั้งสองเนื่องจากความต้านทานแบบเปิดของ MOS ค่าแรงดันไฟฟ้า U=2IR และ R คือค่าความต้านทานต่อ MOS เดียว AFE ขา 2 VM จะตรวจสอบค่าแรงดันไฟฟ้าตลอดเวลา เมื่อกระแสลูปมีขนาดใหญ่มากจนแรงดัน U มากกว่าเกณฑ์กระแสเกิน MCU จะปิดทรานซิสเตอร์ M1 M1 ผ่านพิน DO พินแรก (พิน DO เปลี่ยนจากระดับสูงเป็นระดับต่ำ) และลูปดิสชาร์จจะถูกตัด ปิดเพื่อให้กระแสในลูปมีค่าเป็นศูนย์ เพื่อเล่นบทบาทของการป้องกันกระแสเกิน
(5) การป้องกันการลัดวงจร
คล้ายกับหลักการทำงานของการป้องกันกระแสเกิน เมื่อกระแสลูปมีมากจนแรงดัน U ถึงเกณฑ์การลัดวงจรในทันที MCU จะปิดหลอด M1 M1 ผ่านพิน DO แรก (พิน DO เปลี่ยนจากระดับสูงเป็น ระดับต่ำ) และตัดวงจรดิสชาร์จทำหน้าที่ป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร เวลาหน่วงของการป้องกันการลัดวงจรสั้นมาก โดยปกติจะน้อยกว่า 7 ไมโครวินาที

ข้างต้นสามารถอธิบายสั้น ๆ ได้ว่า:

สถานะวงจร	มอส1	เอ็มโอเอส2	สถานะการชาร์จและการคายประจุ
สถานะปกติ	บน	บน	ชาร์จไฟได้และคายประจุได้
ป้องกันการชาร์จเกิน	บน	ปิด	ปล่อยและไม่สามารถชาร์จใหม่ได้
มากกว่าการป้องกันการปลดปล่อย	ปิด	บน	ชาร์จไม่ปล่อย
การป้องกันกระแสไฟเกิน	ปิด	บน	เมื่อปล่อยกระแสเกิน จะสามารถชาร์จและคายประจุได้
ป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร	ปิด	บน	เมื่อไฟฟ้าลัดวงจรสามารถชาร์จและคายประจุได้

(2) วงจรป้องกันทุติยภูมิ: ฟิวส์สามขั้ว ฟิวส์
ด้วยเหตุผลด้านความปลอดภัย ยังจำเป็นต้องเพิ่มกลไกการป้องกันทุติยภูมิ ในขั้นตอนปัจจุบัน มีการใช้ REP (Resistor Embedded Protector, ตัวป้องกันความต้านทานในตัว) ในขณะที่ฟิวส์ฟิวส์สามขั้วมีความคุ้มค่ามากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกัน
เมื่อกระแสไฟฟ้ามากเกินไป ฟิวส์จะถูกเป่าด้วยหลักการเดียวกับฟิวส์ธรรมดา และเมื่อ MOS อยู่ในสถานะการทำงานที่ผิดปกติ ส่วนควบคุมหลักจะเป่าฟิวส์สามขั้วโดยอัตโนมัติ ข้อได้เปรียบหลักของกลไกการป้องกันความปลอดภัยนี้คือการใช้พลังงานต่ำ ความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็ว และผลการป้องกันที่ดี ในขั้นตอนนี้ มีการบังคับใช้สูง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์ไฟฟ้า โทรศัพท์มือถือ และอุปกรณ์อื่น ๆ

วงจรป้องกันสามระดับ: NTC และ TVS1.เทอร์มิสเตอร์ เทอร์มิสเตอร์ NTC เทอร์มิสเตอร์ซึ่งมีความไวต่อความร้อนสูงเป็นตัวต้านทานแบบแปรผันชนิดหนึ่ง ซึ่งส่วนใหญ่แบ่งออกเป็น PTC และ NTC PTC (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวก เทอร์มิสเตอร์สัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวก) อุณหภูมิยิ่งสูง ความต้านทานยิ่งมากขึ้น ส่วนใหญ่ใช้ในเครื่องฆ่ายุง เครื่องทำความร้อน และผลิตภัณฑ์อื่น ๆ NTC (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบ เทอร์มิสเตอร์ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบ) ตรงข้ามกับ PTC อุณหภูมิยิ่งสูง ความต้านทานยิ่งต่ำ ส่วนใหญ่จะใช้เป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิความต้านทานและอุปกรณ์จำกัดกระแส

โดยทั่วไป BMS ของแบตเตอรี่ลิเธียมจะใช้ NTC เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว ผลิตภัณฑ์นี้ใช้พลังงานน้อยกว่า มีความแม่นยำสูงและตอบสนองรวดเร็ว และมีฟังก์ชันหลักสามประการ

(1) การวัดอุณหภูมิ
โดยใช้คุณสมบัติของตัวต้านทานนี้ สามารถวัดอุณหภูมิได้สามประเภทต่อไปนี้: อุณหภูมิเซลล์: วางเทอร์มิสเตอร์ NTC ระหว่างเซลล์เพื่อวัดอุณหภูมิเซลล์ และจำนวนเซลล์ที่ครอบคลุมโดย NTC แต่ละตัวจำเป็นต้องพิจารณา . อุณหภูมิพลังงาน: วางเทอร์มิสเตอร์ NTC ระหว่าง MOS เพื่อวัดอุณหภูมิพลังงาน จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่า NTC สัมผัสกับอุปกรณ์ MOS อย่างใกล้ชิดในระหว่างการติดตั้ง อุณหภูมิแวดล้อม: วางเทอร์มิสเตอร์ NTC บนบอร์ด BMS เพื่อวัดอุณหภูมิโดยรอบ และตำแหน่งการติดตั้งจะต้องอยู่ห่างจากอุปกรณ์ไฟฟ้า
(2) การชดเชยอุณหภูมิ
ความต้านทานของส่วนประกอบส่วนใหญ่จะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ขณะนี้จำเป็นต้องใช้ กทช. เพื่อชดเชยความผิดพลาดที่เกิดจากอุณหภูมิ
(3) ลด
กระแสไฟกระชาก ไฟกระชาก (ไฟฟ้ากระชาก) หรือที่เรียกว่าไฟกระชาก คือค่าสูงสุดชั่วขณะเกินกว่าค่าคงที่ รวมถึงแรงดันไฟกระชากและกระแสไฟกระชาก เมื่อเปิดวงจรอิเล็กทรอนิกส์ จะเกิดกระแสไฟกระชากขนาดใหญ่ ซึ่งง่ายต่อการทำให้ส่วนประกอบเสียหาย การใช้ NTC สามารถป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้นและทำให้วงจรทำงานได้ตามปกติ เพื่อป้องกันไฟกระชาก จำเป็นต้องใช้ TVS
2. ตัวป้องกันแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวของ TVS
TVS (ตัวป้องกันแรงดันไฟฟ้าชั่วคราว) เป็นตัวป้องกันแรงดันไฟฟ้าชั่วคราว ซึ่งตอบสนองอย่างรวดเร็วและเหมาะสำหรับการป้องกันพอร์ต การใช้งานเฉพาะมีดังนี้: