バッテリーパック保護システム: どのように機能するのか?

リチウム バッテリー パックは、電動自転車や電動工具からエネルギー貯蔵システムに至るまで、あらゆるものに電力を供給します。{0}しかし、これらの細胞は内部の化学反応により敏感になっています。電圧を上げすぎたり、電圧を下げすぎたり、電流が急上昇したりすると、永久的な損傷が発生したり、最悪の場合、熱暴走.

バッテリーパック保護システム細胞と外界の間に位置します。主要なパラメータをリアルタイムで監視し、安全限界を超えた場合には電源を遮断します。でGEB優れた保護層がセルのコレクションを顧客が長年信頼できる信頼できる製品に変えるものであるため、当社はこれらのシステムを製造するすべてのパックに組み込んでいます。

一般的なアプローチは 2 つあります。保護回路モジュール(PCM)そしてより有能なバッテリー管理システム (BMS)。それぞれの仕組みを理解すると、パックを選択または指定するときに役立ちます。

バッテリーパック保護システムとは何ですか?

バッテリーパック保護システムは、電圧、電流、温度を継続的に監視し、動作を開始する電子セットアップです。パックを安全動作領域 (SOA) 内に保つためにオンにします。.

• PCM（保護回路モジュール）は基本バージョンです。これは本質的に、1 つまたは 2 つの保護 IC を中心に構築された保護ボードであり、MOSFETs.その仕事は簡単です。危険な状態を検出して回路を切断します。ほとんどの小型 1S ～ 4S パックが使用PCMコンパクトで低コストだからです。-
• BMS (バッテリー管理システム)さらに進みます。それを群れの頭脳と考えてください。複数のセンサー、マイクロコントローラー、ソフトウェアを使用して、すべての細胞を個別に監視し、計算します。充電状態 (SOC)そして健康状態 (SOH)、セルのバランスを保ち、多くの場合、CAN、UART、または Bluetooth を介してホストデバイスと通信します。

実際にこれらがどのように異なるのかを並べて明確に示します。--

PCM は、余分な複雑さを加えることなく、重要な保護を提供します。BMSアプリケーションの要求に応じて、寿命の延長、パフォーマンスの向上、システム レベルの統合を実現します。{0}

バッテリーパック保護システムの仕組み

PCM を使用する場合も BMS を使用する場合も、中心となるプロセスは同じです。監視 → 決定 → 実行 → 回復です。

センサー (または単純な PCM の保護 IC) は、セル間の電圧、流入または流出する電流、および重要なポイントの温度を常に測定します。制御ロジックは、これらの読み取り値を事前に設定されたしきい値と比較します。値が制限を超えると、システムは MOSFET スイッチをオフにして回路を遮断します。条件がクリアされると (たとえば、充電を開始すると、過剰に放電されたパック-)、システムは再接続します。

8205A MOSFET と組み合わせた DW01+ IC などを使用する一般的な PCM では、次のようになります。

• 通常動作 (セル電圧約 2.5 V ～ 4.3 V): IC は MOSFET をオンに維持するため、電流は自由に流れます。
• 放電中に電圧が低下しすぎると、IC は放電経路を遮断します。
• 充電中に電圧が上昇しすぎると、充電経路が切断されます。
• 過電流または短絡は、MOSFET 自体の小さなオン抵抗によって検出されます。-MOSFET の両端の突然の電圧降下は、過剰な電流を示し、シャットダウンを引き起こします。

完全な BMS では、これにレイヤーが追加されます。複数のセンサーからデータを収集し、マイクロコントローラーでアルゴリズムを実行し、ハードカットオフの代わりに充電電流を削減したり、セル間のエネルギーをアクティブに移動してバランスを保つなど、より賢明な決定を下すことができます。

どちらの場合でも結果は同じです。パックは安全な電圧、電流、温度範囲内に留まるため、セル内の化学物質が急速に劣化したり暴走したりすることはありません。

キー保護機能の説明

ここでは、遭遇する主な保護と、それらが重要である理由を説明します。

過充電保護

セル電圧が安全な最大値 (ほとんどの NMC または LCO セルでは通常約 4.2 V ～ 4.25 V) を超えると、保護回路が充電経路を切断します。過充電を続けると電解液が分解して発熱し、始動する可能性があります。熱暴走。優れたシステムには回復しきい値がわずかに低く設定されているため、電圧が安定したら充電を再開できます。

過放電保護-

セルあたり約 2.5 V ～ 3.0 V 未満で放電すると、アノードで銅が溶解し、永久的な容量損失が発生します。保護システムは、電圧がそこまで低下する前に放電電流をカットします。多くのパックでは、充電器が接続され、電圧が範囲内に戻ると自動的に回復します。

過電流および短絡保護

高電流は熱を発生させ、セルにストレスを与えます。PCMと BMS はどちらも電流を監視し、多くの場合 MOSFET 間の電圧降下を使用します。短絡は単に過電流の極端なバージョンです - システムはミリ秒以内に反応して損傷や火災を防ぎます。

温度と熱管理

温度は重要です。ほとんどのリチウム電池は 15 度から 35 度の間で最もよく機能します。この範囲を超えると、特に急速充電または大量の放電中に、熱が急速に蓄積します。 BMS ユニットは複数のポイントで温度を監視し、電流を抑制したり完全にシャットダウンしたりできます。より高出力のパックでは、セル間の熱障壁やアクティブな冷却パスなどの受動的な対策も追加します。-

セルバランシング

複数のセルが直列に接続されているパックでは、容量にわずかな差があるため、一部のセルが他のセルよりも早く満杯または空に達します。バランスを取らないと、使用可能な容量が失われ、個々のセルに過剰なストレスがかかる危険があります。-基本PCMバランスが崩れることはほとんどありません。適切な BMS は、エネルギーを能動的または受動的に伝達するため、すべてのセルが厳密に一致した状態を維持し、サイクル寿命と安全性が直接的に向上します。

これらの機能は連携して動作します。電圧保護のみを備え、温度を無視したパックは依然として脆弱です。 GEB では、保護層を個別の機能ではなく完全なシステムとして設計します。

PCM と BMS: 適切なアプローチの選択

低{0}}電力やコスト-を重視する多くのプロジェクトでは、適切に設計された PCM で十分です。{{2} 4 つのコア保護（過充電、過放電、過電流、短絡）を確実に処理し、パックを小さく手頃な価格に保ちます。-

アプリケーションで次のいずれかが必要な場合は、BMS に移行します。

• より長いサイクル寿命セルバランシング
• ユーザーまたはシステムの正確な SOC 情報
• 充電器、インバーター、または車両コントローラーとの通信
• 変化する温度環境または過酷な温度環境での動作
• より大きなパックのより高い安全マージン

この選択が顧客に反映されるのを毎週見ています。ポータブル デバイス メーカーは通常、PCM を使い続けます。電動自転車やソーラー ストレージ プロジェクトは、ほとんどの場合 BMS に移行します。これは、追加の監視とバランス調整が実際のパフォーマンスにすぐに反映され、保証の問題が少なくなるためです。-

バッテリーパックにとって強力な保護が重要な理由

適切に保護されたパックは長持ちし、より一貫したパフォーマンスを発揮し、下流での頭痛の種をはるかに少なくします。これにより、現場での故障が減り、認証が簡素化され、重要な瞬間に製品が期待を裏切らないという確信が最終顧客に与えられます。

でGEB 私たちは保護をアドオンとしてではなく、パック設計の中核部分として扱います。{0}}コンパクトを使うかどうかPCMコンパクトな工具用バッテリーまたはフル機能のバッテリーの場合{0}}BMSとCAN通信エネルギー貯蔵システムの場合も、目標は変わりません。セルを設計上の制限内でできるだけ多くのサイクルにわたって安全に動作させ続けることです。

最後の考え

シンプルな PCM か高度なバッテリー パック保護システム -BMS- は、生のリチウム電池を安全で使用可能な製品に変えるものです。電圧、電流、温度を監視し、限界に近づくとすぐに動作します。これらのメカニズムを理解することは、アプリケーションに適切なソリューションを指定し、バッテリー寿命の短縮や安全上のリスクを引き起こす一般的な落とし穴を回避するのに役立ちます。

新しい製品を開発している場合、または既存の製品の改善を検討している場合バッテリーパック、お気軽にお問い合わせください。 GEB では両方の設計と製造を行っています。PCM-保護されていますそしてBMS-搭載さまざまな電力レベル、環境、パフォーマンスのニーズに合わせて調整されたリチウム バッテリー パック。要件をお知らせいただければ、最適な保護アプローチを推奨いたします。