Tantangan Desain Hardware Baterai BMS

Pada saat perkembangan teknologi baterai yang cepat, sistem manajemen baterai (BMS) adalah komponen kunci untuk memastikan operasi baterai yang aman dan efisien,dan desain perangkat kerasnya menghadapi banyak tantanganBerikut adalah beberapa tantangan utama dan tren industri dalam desain perangkat keras BMS.

1. Tantangan Akurasi

• BMS membutuhkan pengukuran yang akurat dari parameter tegangan, arus, dan suhu baterai untuk memperkirakan keadaan muatan baterai (SOC) secara akurat,status kesehatan (SOH) dan status daya (SOP)Karakteristik kimia baterai kompleks dan dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti suhu dan penuaan. Baterai yang berbeda memiliki karakteristik pengisian dan pembuangan yang berbeda.Misalnya, baterai lithium iron phosphate (LFP) memiliki kepadatan energi rendah tetapi biaya rendah, umur siklus panjang dan stabil, sedangkan baterai lithium nikel-kobalt-mangan (NMC) memiliki kepadatan energi tinggi tetapi biaya tinggi.
• Pengukuran tegangan baterai yang akurat adalah salah satu tantangan utama, yang dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti pembebasan diri dan perubahan beban baterai.Perubahan suhu juga akan secara signifikan mempengaruhi kinerja baterai dan akurasi pengukuranMisalnya, suhu tinggi akan mempercepat penuaan baterai dan mengurangi kapasitas dan kinerja baterai.

2. Tantangan Keamanan

• Salah satu tugas utama dari BMS adalah untuk memastikan bahwa baterai beroperasi dalam kisaran aman dan mencegah situasi abnormal seperti overcharge, overdischarge, overcurrent dan overtemperature.,overcharging akan menyebabkan reaksi kimia di dalam baterai kehilangan keseimbangan, menghasilkan gas, meningkatkan tekanan di dalam baterai, dan bahkan menyebabkan situasi berbahaya seperti bengkak,kebakaran atau ledakan; overdischarge dapat menyebabkan perubahan kimia yang tidak dapat diubah pada bahan elektroda di dalam baterai, mengurangi kinerja dan umur baterai.
• Pengelolaan termal baterai juga merupakan masalah keamanan penting dalam desain perangkat keras BMS. Baterai lithium biasanya menggunakan elektrolit mudah terbakar.elektrolit akan terurai dan melepaskan panasBahkan jika arus termal tidak tercapai, suhu operasi yang tinggi dapat mempercepat penuaan baterai.

3. Tantangan pengelolaan panas

• BMS membutuhkan pengukuran yang akurat dari parameter tegangan, arus, dan suhu baterai untuk memperkirakan keadaan muatan baterai (SOC) secara akurat,status kesehatan (SOH) dan status daya (SOP)Karakteristik kimia baterai kompleks dan dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti suhu dan penuaan. Baterai yang berbeda memiliki karakteristik pengisian dan pembuangan yang berbeda.Misalnya, baterai lithium iron phosphate (LFP) memiliki kepadatan energi rendah tetapi biaya rendah, umur siklus panjang dan stabil,sementara baterai lithium nikel-kobalt-manganese (NMC) memiliki kepadatan energi yang tinggi tetapi biaya yang tinggi PDF.
• Pengukuran tegangan baterai yang akurat adalah salah satu tantangan utama, yang dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti pembebasan diri dan perubahan beban baterai.Perubahan suhu juga akan secara signifikan mempengaruhi kinerja baterai dan akurasi pengukuranMisalnya, suhu tinggi akan mempercepat penuaan baterai dan mengurangi kapasitas dan kinerja baterai.

4. Tantangan Biaya

• Desain perangkat keras BMS perlu mencapai keseimbangan antara biaya dan kinerja.yang meningkatkan biaya sistemMisalnya, penggunaan sensor presisi tinggi dan konverter analog-digital dapat meningkatkan akurasi pengukuran, tetapi juga berarti biaya yang lebih tinggi.
• Untuk sistem baterai skala besar seperti kendaraan listrik dan sistem penyimpanan energi, biaya BMS menyumbang sebagian besar dari total biaya sistem,yang dapat menghambat penggunaannya secara luas dalam beberapa aplikasi yang sensitif terhadap biayaOleh karena itu, bagaimana mengurangi biaya sambil memastikan fungsi dan kinerja BMS adalah tantangan penting yang dihadapi desain perangkat keras.

5. Tantangan skalabilitas

• Mendesain arsitektur BMS yang dapat beradaptasi dengan ukuran baterai yang berbeda, kimia dan konfigurasi adalah tantangan.BMS harus dapat beradaptasi dengan kebutuhan masa depan secara fleksibel tanpa modifikasi atau penggantian skala besar.
• Misalnya, pada kendaraan listrik, kapasitas dan konfigurasi baterai dapat bervariasi tergantung pada model,dan BMS harus dapat dengan mudah diperluas dan disesuaikan untuk memenuhi kebutuhan model yang berbedaPada saat yang sama, untuk pemanfaatan sekunder baterai pensiun dari kendaraan listrik,BMS juga diperlukan untuk memiliki skalabilitas yang baik untuk memenuhi kebutuhan kinerja dan keselamatan dari baterai tua ini.

6Tantangan Keandalan

• Perangkat keras BMS harus beroperasi stabil dalam berbagai kondisi dan lingkungan operasi untuk memastikan keandalan dan keselamatan sistem baterai.komponen perangkat keras mungkin gagal atau kinerja menurun karena faktor-faktor seperti interferensi elektromagnetik, getaran, dan kelembaban.
• Sebagai contoh, selama kendaraan listrik, BMS mengalami gangguan elektromagnetik yang disebabkan oleh mesin dan perangkat elektronik lainnya,yang dapat mempengaruhi komunikasi normal dan transmisi data BMSSelain itu, paket baterai akan terkena getaran dan kejut selama mengemudi kendaraan, yang juga dapat menyebabkan kerusakan pada komponen perangkat keras dari BMS.

7Tantangan Sertifikasi Kepatuhan

• Desain BMS harus sesuai dengan berbagai standar keamanan dan kinerja, seperti ISO 26262 untuk aplikasi otomotif dan UL 1973 untuk baterai tetap.Memenuhi persyaratan sertifikasi ini meningkatkan kompleksitas desain dan pengembangan.
• Persyaratan sertifikasi untuk BMS bervariasi dalam bidang dan wilayah aplikasi yang berbeda.dari pemilihan komponen hingga pengujian jaminan mutu dan persiapan pembuatan untuk memastikan bahwa produk dapat lulus sertifikasi dan berhasil dipasarkan.

8Tantangan Komunikasi

• Dalam sistem baterai besar, pemantauan dan kontrol elektronik sering didistribusikan melalui beberapa komponen papan sirkuit cetak daripada satu komputer BMS terpusat.data pengukuran kritis, data keselamatan dan data kesehatan baterai harus terus disinkronkan antara beberapa node mikrokontroler. kegagalan komunikasi antara node dapat melumpuhkan BMS,mencegah evaluasi tegangan sel baterai yang benar dan memicu respons perlindungan ketika terjadi kondisi di luar kisaran.
• Misalnya, pada kendaraan listrik, komunikasi yang efisien dan dapat diandalkan diperlukan antara BMS dan sistem lain seperti pengisi daya, inverter, dll.untuk mencapai manajemen dan kontrol yang tepat dari bateraiKegagalan komunikasi dapat menyebabkan manajemen baterai yang buruk, mempengaruhi kinerja dan keselamatan kendaraan.

9. Tren Masa Depan

• Integrated Internet of Things (IoT):Mengintegrasikan BMS dengan Internet of Things untuk memungkinkan pemantauan dan kontrol jarak jauh dan meningkatkan efisiensi operasional.BMS dapat mengidentifikasi masalah baterai potensial sebelumnya dan memperingatkan mereka untuk memastikan operasi sistem yang stabil.
• Teknologi baterai solid-state:Baterai solid-state telah menarik banyak perhatian karena kepadatan energi yang tinggi dan keamanan yang baik, tetapi karakteristik mereka membutuhkan manajemen dan kontrol yang akurat oleh BMS.BMS perlu dioptimalkan untuk karakteristik baterai solid-state untuk sepenuhnya memanfaatkan keuntungan mereka dan menghadapi tantangan baru.
• Aplikasi penggunaan sekunder:Penggunaan baterai kendaraan listrik pensiun dalam skenario penggunaan sekunder seperti sistem penyimpanan energi menempatkan persyaratan yang lebih tinggi untuk BMS.dengan akurat menilai kinerja dan status kesehatan mereka, dan memastikan keamanan dan efisiensi.