Ein Batteriemanagementsystem ist im Wesentlichen das „Gehirn“ eines Batteriepacks. Es misst und meldet wichtige Informationen für den Betrieb der Batterie und schützt die Batterie unter einer Vielzahl von Betriebsbedingungen vor Beschädigungen.
Die wichtigste Funktion eines Batteriemanagementsystems ist der Zellschutz.
Lithium-Ionen-Batteriezellen zwei kritische Designprobleme haben; Wenn Sie sie überladen, können Sie sie beschädigen und Überhitzung und sogar Explosion oder Flamme verursachen. Daher ist es wichtig, ein Batteriemanagementsystem zu haben, das Überspannungsschutz bietet.
Lithium-Ionen-Zellen können auch beschädigt werden, wenn sie unterhalb eines bestimmten Schwellenwerts, etwa 5 Prozent der Gesamtkapazität, entladen werden. Wenn die Zellen unterhalb dieser Schwelle entladen werden, kann ihre Kapazität dauerhaft verringert werden.
Um sicherzustellen, dass die Ladung eines Akkus seine Grenzwerte nicht überschreitet oder unterschreitet, verfügt ein Batteriemanagementsystem über ein Schutzgerät, das als dedizierter Lithium-Ionen-Schutz bezeichnet wird
Jede Batterieschutzschaltung verfügt über zwei elektronische Schalter, die als "MOSFETs" bezeichnet werden. MOSFETs sind Halbleiter, mit denen elektronische Signale in einer Schaltung ein- oder ausgeschaltet werden.
Ein Batteriemanagementsystem hat typischerweise einen Entladungs-MOSFET und einen Ladungs-MOSFET.
Wenn der Protektor feststellt, dass die Spannung an den Zellen einen bestimmten Grenzwert überschreitet, wird die Ladung durch Öffnen des Ladungs-MOSFET-Chips unterbrochen. Sobald die Ladung wieder auf ein sicheres Niveau gesunken ist, wird der Schalter wieder geschlossen.
Wenn eine Zelle auf eine bestimmte Spannung entleert wird, unterbricht der Schutz die Entladung durch Öffnen des Entladungs-MOSFET.
Die zweitwichtigste Funktion eines Batteriemanagementsystems ist das Energiemanagement.
Ein gutes Beispiel für Energiemanagement ist der Leistungsmesser Ihres Laptop-Akkus. Die meisten Laptops können Ihnen heute nicht nur sagen, wie viel Ladung noch im Akku vorhanden ist, sondern auch, wie viel Sie verbrauchen und wie viel Zeit Sie noch haben, um das Gerät zu verwenden, bevor der Akku aufgeladen werden muss. In der Praxis ist das Energiemanagement in tragbaren elektronischen Geräten sehr wichtig.
Der Schlüssel zum Energiemanagement ist "Coulomb-Zählung". Wenn Sie beispielsweise 5 Personen in einem Raum haben und 2 Personen gehen, bleiben Ihnen drei Personen übrig. Wenn drei weitere Personen eintreten, befinden sich jetzt 6 Personen im Raum. Wenn der Raum eine Kapazität von 10 Personen hat, ist er mit 6 Personen zu 60% voll. Ein Batteriemanagementsystem verfolgt diese Kapazität. Dieser Ladezustand wird dem Benutzer elektronisch über einen als SM-BUS bezeichneten digitalen Bus oder über eine Ladezustandsanzeige mitgeteilt, bei der Sie eine Taste drücken und eine LED-Anzeige die Gesamtladung in Schritten von 20% anzeigt.
Batteriemanagementsysteme für bestimmte Anwendungen wie das für dieses tragbare Kassenterminal umfassen auch ein eingebettetes Ladegerät, das aus einem Steuergerät, einem Induktor (der ein Energiespeicher ist) und einem Entlader besteht. Das Steuergerät verwaltet den Ladealgorithmus. Für Lithium-Ionen-Zellen ist der ideale Ladealgorithmus konstanter Strom und konstante Spannung.
Ein Akkupack besteht normalerweise aus mehreren einzelnen Zellen, die in Kombination zusammenarbeiten. Im Idealfall sollten alle Zellen in einem Akkupack im gleichen Ladezustand gehalten werden. Wenn die Zellen aus dem Gleichgewicht geraten, können einzelne Zellen gestresst werden und zu einer vorzeitigen Beendigung des Ladevorgangs und einer Verkürzung der Gesamtlebensdauer der Batterie führen. Die hier gezeigten Zellausgleicher des Batteriemanagementsystems verlängern die Lebensdauer der Batterie, indem sie das Auftreten dieses Ladungsungleichgewichts in einzelnen Zellen verhindern.
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