물론. BMS의 기본 개념을 넘어 "스마트 액티브 밸런서" 부분을 이해하려면 기술적인 세부 사항을 자세히 살펴봐야 합니다. 실제 엔지니어링이 이루어지는 곳입니다.
기술 지식을 핵심 원리, 토폴로지 및 회로, 제어 시스템, 통신 및 인텔리전스 등 주요 영역으로 분류해 보겠습니다.
1. 핵심 원칙: 액티브 밸런싱의 "액티브"
근본적인 목표는 충전량이 높은 셀에서 충전량이 낮은 셀로 에너지를 이동시키는 것입니다.
• 패시브 밸런싱(기준): 저항기를 통해 가장 높은 셀의 초과 에너지를 열로 낭비합니다(일반적으로 CV 충전 단계 중). 이는 간단하고 저렴하지만 특히 큰 팩이나 높은 불균형의 경우 비효율적입니다.
• 능동적 균형(고급 방법): 세포 간에 에너지를 전달합니다. 이는 훨씬 더 효율적이며 충전, 방전, 심지어 정지 중에도 작동할 수 있습니다.
액티브 밸런서의 주요 지표:
• 균형 전류: 이것은 가장 중요한 사양입니다. 패시브는 0.1~0.2A일 수 있고 액티브 밸런서는 1A~20A+ 범위일 수 있습니다.
• 효율성: 낮은 셀에 전달된 에너지 대 높은 셀에서 가져온 에너지의 비율입니다. 좋은 액티브 밸런서는 효율성이 90% 이상입니다.
• 정지 전류: 유휴 상태일 때 밸런서 자체가 끌어오는 전류입니다. 스마트 BMS는 보관 중에 팩이 방전되지 않도록 대기 전류가 매우 낮아야 합니다.
Enerkey는 액티브 밸런싱에만 중점을 둡니다. 우리는 다양한 종류의 액티브 밸런서를 보유하고 있습니다. 아래를 참조하십시오.
2. 토폴로지 및 회로: 에너지가 이동하는 방식
이것이 기술지식의 핵심이다. 다양한 회로 설계에서는 다양한 구성 요소를 사용하여 에너지를 이동합니다.
일반적인 액티브 밸런싱 토폴로지:
a) 용량성(스위치형 커패시터/전하 셔틀링)
• 원리: 플라잉 커패시터(또는 그 배열)를 사용하여 인접한 셀 간에 전하를 "셔틀"합니다.
• 과정: 커패시터가 고전압 셀에 연결되어 충전됩니다. 그런 다음 연결을 끊고 저전압 셀에 연결하여 방전합니다. 이것이 빠르게 반복됩니다.
• 장점: 간단하고 상대적으로 저렴하며 자기 부품이 없습니다.
• 단점: 셀 전압이 균등해지면 밸런싱 전류가 감소합니다. 인접한 셀에 가장 적합합니다. 긴 문자열의 균형을 맞추는 것은 느립니다.
• 주요 구성 요소: MOSFET(스위치), 커패시터.
b) 유도성(DC-DC 컨버터 기반)
이는 고성능 시스템을 위한 가장 일반적이고 강력한 방법입니다. 두 가지 주요 구현이 있습니다.
• i) 셀 쌍당 단일 변압기(양방향 플라이백 변환기)
영형 원리: 각 셀(또는 인접한 셀 쌍)에는 작은 변압기가 있습니다. 에너지는 높은 셀의 변압기 자기장에 저장되었다가 낮은 셀로 방출됩니다.
영형 장점: 이웃 셀뿐만 아니라 팩의 모든 셀을 다른 셀과 균형을 맞출 수 있습니다. 매우 빠르고 유연합니다.
영형 단점: 여러 변압기와 제어 회로로 인해 더 복잡하고 비용이 많이 듭니다.
영형 주요 구성 요소: 변압기, MOSFET, 다이오드, 제어 IC.
• ii) 다중 권선 변압기(단일 코어)
영형 원리: 전체 팩에 대한 1차 권선과 각 셀에 대한 2차 권선이 있는 단일 변압기.
영형 장점: 모든 셀의 균형을 동시에 맞출 수 있습니다. 높은 세포 수에 대해 매우 우아하고 잠재적으로 비용 효율적입니다.
영형 단점: 복잡한 변압기 설계 및 제조. 단일 변압기의 고장으로 인해 전체 밸런싱 시스템이 비활성화됩니다.
영형 주요 구성 요소: 맞춤형 다중 권선 변압기, MOSFET.
c) 에너지 저장 버스를 갖춘 DC-DC 컨버터
• 원리: 양방향 DC-DC 변환기를 사용하여 가장 높은 셀에서 에너지를 가져와 공통 "버스"(전체 팩 또는 전용 스토리지 커패시터일 수 있음)에 덤프합니다. 그러면 다른 변환기가 이 버스에서 에너지를 가져와 가장 낮은 셀에 전력을 공급합니다.
• 장점: 유연성이 뛰어나고 모든 세포 간에 많은 양의 에너지를 전달할 수 있습니다.
• 단점: 복잡성과 비용이 가장 높습니다.
3. 제어 시스템 및 알고리즘: "스마트" 부분
"멍청한" 밸런서는 그냥 켜집니다. 스마트 밸런서는 균형을 언제, 어떻게, 얼마나 오래 유지할지 결정합니다.
• 밸런싱 트리거:
영형 전압 차동: 가장 일반적인 방법입니다. 가장 높은 셀과 가장 낮은 셀 사이의 전압 차이가 설정된 임계값(예: 10mV)을 초과하면 밸런싱을 시작합니다.
영형 SoC(충전 상태) 차동: 더욱 발전되고 정확합니다. 칼만 필터 또는 쿨롱 계산을 사용하여 각 셀의 실제 에너지 함량을 추정하고 SoC를 기반으로 균형을 유지합니다. 부하가 걸린 상태에서 전압이 오해의 소지가 있는 지표가 될 수 있기 때문에 이는 더 우수합니다.
• 균형 전략:
영형 상단 균형: 가장 높은 셀에서 다른 셀 수준까지 에너지를 배출합니다.
영형 하단 균형 조정: 가장 낮은 셀에 다른 셀 수준까지 에너지를 추가합니다. (액티브 밸런싱에서는 덜 일반적입니다).
영형 평균 밸런싱: 에너지를 이동하여 모든 셀을 팩의 평균 전압/SoC로 가져옵니다.
• PID 제어 루프: 밸런싱 전류는 단순히 켜지거나 꺼지는 것이 아닙니다. 스마트 시스템은 PID(Proportional-Integral-Derivative) 컨트롤러를 사용하여 밸런싱 전력을 원활하게 조절하고 오버슈트와 진동을 방지합니다.
4. 통신 및 시스템 통합
스마트 BMS는 진공 상태에서 작동하지 않습니다.
• 마이크로컨트롤러(MCU): 두뇌. 이는 밸런싱 알고리즘을 실행하고 셀 매개변수를 모니터링하며 통신을 관리합니다.
영형 ADC(아날로그-디지털 변환기): MCU의 ADC 품질은 올바른 밸런싱의 기초가 되는 정확한 전압 측정에 매우 중요합니다.
• 통신 프로토콜:
영형 CAN 버스(Controller Area Network): 산업 표준. EV, 에너지 저장 시스템에 사용됩니다. 견고하고 잡음에 강하며 여러 장치의 통신이 가능합니다.
영형 UART/RS485: DIY 및 소형 시스템에 일반적입니다(종종 Bluetooth를 통해 "Smart BMS" 앱이 사용함).
영형 SMBus/I2C: 내부 칩 간 통신이나 스마트 충전기와의 통신에 사용됩니다.
• 데이터 로깅: 스마트 BMS는 진단 및 예측 유지 관리에 매우 중요한 데이터(최소/최대 셀 전압, 온도, 밸런싱 시간, 오류 코드)를 기록합니다.
스마트 액티브 밸런서를 분석하기 위한 주요 기술 사양:
BMS를 평가할 때 다음 사양을 찾아보세요.
1. 토폴로지: 용량성? 유도성? (유도성은 일반적으로 고전류 요구 사항에 우수합니다.)
2. 최대 연속 밸런싱 전류: 예: "5A". 이것은 당신에게 그 힘을 말해줍니다.
3. 균형 효율성: 예: ">92%".
4. 밸런싱 방법: 언제 밸런싱을 합니까? (충전/방전/정적 및 전압/SoC 기준).
5. 전압 측정 정확도: 예: "±2mV". 정확한 균형을 유지하는 데 중요합니다.
6. 통신 인터페이스: CAN, UART, Bluetooth?
7. 대기 전류: 예: "<200μA".
실제 고려 사항:
• 열 방출: 5-10A의 전류를 이동하면 열이 발생합니다. BMS는 적절한 열 설계(방열판, PCB 구리 주입)를 갖추고 있어야 합니다.
• EMI/EMC: 액티브 밸런서의 고주파수 스위칭은 전자기 간섭을 생성할 수 있습니다. 좋은 설계에는 규제 표준을 충족하는 차폐 및 필터링이 포함됩니다.
• 내결함성: 스위칭 MOSFET이 단락되면 어떻게 됩니까? 좋은 설계에는 셀의 치명적인 단락을 방지하는 보호 기능이 포함됩니다.
요약하자면, "스마트 액티브 밸런서"는 정교한 전력 전자 시스템입니다. 고주파 DC-DC 컨버터 설계, 정밀 아날로그 측정, 고급 제어 알고리즘 및 강력한 통신 프로토콜을 결합하여 배터리 팩의 성능, 안전성 및 수명을 극대화합니다. 더 깊이 들어가려면 DC-DC 컨버터 토폴로지(특히 플라이백 및 벅-부스트)와 임베디드 제어 시스템을 연구하는 것이 좋습니다.
Enerkey는 특허 기술인 Fit 커패시터 액티브 밸런싱 보드를 포함하여 드론의 리튬 배터리를 위한 지능형 액티브 밸런싱 기술을 개발했습니다. 이 기술은 의료 기기의 에너지 저장 배터리 팩, 가정용 에너지 저장 배터리 팩의 보호 및 관리, 통신 인프라 장비의 배터리 팩에 대한 병렬 역류 방지 보호에도 사용됩니다.
귀하의 메시지는 20-3,000 자 사이 여야합니다!
