Định nghĩa và phân loại

Hệ thống quản lý pin (Battery Management System) là công nghệ chuyên giám sát các cụm cell pin, được sắp xếp theo cấu hình ma trận (hàng x cột) để cho phép cung cấp phạm vi điện áp và dòng điện mong muốn trong một khoảng thời gian nhất định so với các tình huống tải dự kiến.

Hệ thống giám sát mà BMS cung cấp thường bao gồm:

• Theo dõi pin
• Cung cấp hệ thống bảo vệ pin
• Ước tính trạng thái hoạt động của pin
• Tối ưu hiệu suất pin
• Báo cáo trạng thái hoạt động cho các thiết bị bên ngoài

Trong đó, thuật ngữ “pin” ám chỉ toàn bộ cụm pin, tuy nhiên các chức năng giám sát và điều khiển được áp dụng cụ thể cho từng ô hoặc nhóm ô được gọi là mô-đun trong cụm pin tổng thể. Các ô sạc lại bằng lithium-ion có mật độ năng lượng cao nhất và lựa chọn tiêu chuẩn cho cụm pin của nhiều sản phẩm tiêu dùng, từ máy tính xách tay đến xe điện. Mặc dùhoạt động rất tốt nhưng chúng có thể trở nên khắc nghiệt nếu vận hành bên ngoài vùng hoạt động an toàn (SOA) nói chung, với các kết quả từ việc làm giảm hiệu suất pin đến hậu quả nguy hiểm hoàn toàn. BMS chắc chắn có nhiệm vụ đầy thách thức với độ phức tạp tổng thể cũng như phạm vi giám sát của nó có thể trải dài trên nhiều lĩnh vực như điện, kỹ thuật số, điều khiển, nhiệt và thủy lực.

Hệ thống quản lý pin trải rộng từ đơn giản đến phức tạp, kết hợp nhiều công nghệ khác nhau để chăm sóc pin. Các hệ thống này có thể được phân loại theo cấu trúc liên kết của chúng – cách chúng được cài đặt và hoạt dộng trên các cell hoặc mô-đun của bộ pin.

Chức năng của hệ thống quản lý pin

Hệ thống quản lý pin giám sát và quản lý các thông số của pin, đo dòng điện, điện áp và nhiệt độ dựa trên nhu cầu của hệ thống. Nó cân bằng các cell và tính toán trạng thái sạc (SOC) và trạng thái sức khỏe (SOH) của pin.

BMS ngăn ngừa quá áp, quá nhiệt và các rủi ro khác bằng cách kiểm soát quá trình sạc và xả. Nó là điều cần thiết để đảm bảo an toàn cho cả pin và người dùng. Chức năng giáo tiếp truyền tín hiệu giữa các thành phần BMS bên trong và các thiết bị bên ngoài. BMS có thể hiển thị dữ liệu trên bảng điều khiển hoặc giao diện người và máy (HMI). Kết nối với bộ sạc, tích hợp hoặc riêng biệt, có dây hoặc không dây.

Cách hoạt động của hệ thống quản lý pin

Hệ thống quản lý pin áp dụng bộ tiêu chí cố định hoặc duy nhất phải. Phạm vi thiết kế công nghệ và các tính năng được triển khai thường tương quan với:

• Chi phí, độ phức tạp và kích thước của bộ pin
• Ứng dụng của pin và bất kỳ mối quan tâm nào về an toàn, tuổi thọ và bảo hành
• Yêu cầu chứng nhận từ các quy định khác nhau của chính phủ, trong đó chi phí và hình phạt là tối quan trọng nếu các biện pháp an toàn chức năng không được ấp dụng đầy đủ.

Có nhiều tính năng trong thiết kế BMS, trong đó quản lý bảo vệ bộ pin và quản lý dung lượng là hai tính năng thiết yếu. Chúng ta sẽ thảo luận về cách thức hoạt động của hai tính năng này tại đây. Quản lý bảo vệ bộ pin có hai lĩnh vực chính: bảo vệ điện, nghĩa là không cho phép pin bị hỏng do sử dụng ngoài SOA của nó và bảo vệ nhiệt, bao gồm kiểm soát nhiệt độ thụ động và/hoặc chủ động để duy trì hoặc đưa bộ pin vào SOA của nó.

Tác động của BMS đến tuổi thọ của pin

BMS có ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ của pin. Dưới đây là một số cách mà BMS ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin:

• Cân bằng điện áp và dòng điện: BMS đảm bảo cân bằng điện áp và dòng điện giữa các cell pin trong một hệ thống pin đa cell. Nếu một số cell pin có điện áp cao hơn hoặc thấp hơn các cell khác, BMS sẽ chuyển dòng điện để cân bằng lại. Điều này giúp đảm bảo rằng các cell pin hoạt động đồng đều và không bị quá tải hoặc quá xả, từ đó kéo dài tuổi thọ của pin.
• Quản lý sạc và xả pin: BMS kiểm soát quá trình sạc và xả pin để đảm bảo rằng pin không bị quá sạc hoặc quá xả. Quá sạc hoặc quá xả có thể gây hao mòn nhanh chóng và làm giảm tuổi thọ của pin. BMS đảm bảo rằng pin được sạc đúng mức và xả đúng mức, giúp kéo dài tuổi thọ của pin.
• Bảo vệ an toàn: BMS giám sát các thông số quan trọng của pin như nhiệt độ, quá nhiệt, quá dòng và ngắn mạch. Nếu phát hiện các tình huống nguy hiểm, BMS thực hiện biện pháp bảo vệ như ngắt kết nối hoặc giảm dòng điện. Điều này giúp tránh các sự cố và bảo vệ pin khỏi hư hỏng nghiêm trọng, từ đó kéo dài tuổi thọ của pin.
• Theo dõi và quản lý pin: BMS cung cấp thông tin quan trọng về trạng thái và hiệu suất của pin. Người dùng có thể theo dõi dung lượng, điện áp, thời gian hoạt động còn lại và các thông số khác thông qua giao diện BMS. Điều này giúp người dùng quản lý và sử dụng pin một cách tối ưu, từ đó giảm các yếu tố gây hao mòn và kéo dài tuổi thọ của pin.

Hệ thống quản lý pin tích hợp vào hệ thống tổng thể

BMS có thể được tích hợp vào hệ thống tổng thể một cách hoàn chỉnh. Trong nhiều ứng dụng, BMS không chỉ là một phần riêng lẻ mà là một thành phần quan trọng của hệ thống tổng thể. Hệ thống tổng thể có thể bao gồm các thành phần như hệ thống lưu trữ năng lượng, hệ thống điều khiển, hệ thống nạp và xả, hệ thống quản lý năng lượng và nhiều hơn nữa. BMS được tích hợp vào hệ thống này để quản lý và kiểm soát hoạt động của pin.

Việc tích hợp BMS vào hệ thống tổng thể mang lại nhiều lợi ích. Đầu tiên, nó tạo ra một hệ thống hoàn chỉnh và tối ưu hóa, nơi mọi thành phần hoạt động cùng nhau để đạt hiệu suất tối đa. BMS cung cấp thông tin quan trọng về pin và điều khiển các hoạt động sạc, xả, và cân bằng điện áp để đảm bảo rằng hệ thống hoạt động đúng cách. Thứ hai, việc tích hợp BMS vào hệ thống tổng thể giúp đơn giản hóa quy trình quản lý và giám sát. Thay vì cần theo dõi và quản lý BMS và các thành phần khác một cách riêng biệt, người dùng có thể sử dụng một giao diện hoặc hệ thống quản lý duy nhất để kiểm soát toàn bộ hệ thống. Cuối cùng, tích hợp BMS vào hệ thống tổng thể cũng mang lại sự linh hoạt và mở rộng. BMS có thể được tùy chỉnh và tích hợp với các yêu cầu cụ thể của hệ thống. Nó cũng có thể được mở rộng để hỗ trợ số lượng pin lớn hơn hoặc các ứng dụng phức tạp hơn.

Kết luận

Với sự tiến bộ liên tục trong công nghệ, các hệ thống quản lý pin BMS sẽ tiếp tục phát triển và cung cấp những cải tiến vượt bậc. BMS đóng vai trò quan trọng trong việc tận dụng tối đa tiềm năng của pin và đóng góp vào sự phát triển bền vững của công nghệ lưu trữ năng lượng.

‍