BMS vs PCM: Diferencias y sinergias fundamentales en la protección de las baterías de litio

En el sistema de baterías de litio, el sistema de gestión de la batería (BMS) y el módulo de circuito de protección (PCM) son dos tipos clave de tecnologías de protección, que tienen diferencias significativas en la jerarquía funcional,En este trabajo se analizan en detalle cinco aspectos: definición, función, relación jerárquica, diferencias fundamentales y sinergia de aplicaciones.

¿Qué son el BMS y el PCM?

BMS (sistema de gestión de la batería)

Un sistema electrónico inteligente que ajusta dinámicamente las estrategias de carga y descarga mediante el monitoreo en tiempo real de los parámetros de la batería (voltaje, corriente, temperatura, etc.).) y integra la comunicación, ecualización, cálculo de datos y otras funciones para gestionar de manera integral la seguridad y el rendimiento del paquete de baterías.

• Gestión inteligente multidimensional
• Apoyo para la comunicación y la transferencia de datos
• Tecnología de gestión equilibrada
  

El módulo de circuito de protección PCM

Un circuito de protección basado en hardware se utiliza principalmente para prevenir problemas de seguridad fundamentales como sobrecarga, sobre descarga, cortocircuito,y sobrecorriente durante el proceso de carga y descarga de una batería de litio.

• Protección básica del hardware
• Protección contra la sobrecarga/descarga
• Protección contra cortocircuito

Funciones básicas del BMS

• Detección y seguimiento:la vigilancia de la tensión única, la tensión total, la corriente, la temperatura, el SOC (potencia residual), el SOH (grado de salud), etc.
• Protección activa:Cortar el contactor principal o ajustar los parámetros de carga y descarga de acuerdo con el nivel de falla (por ejemplo, sobrevoltura, bajo voltaje, sobrecorriente, temperatura anormal).
• Gestión de la ecualización:Reducir la diferencia entre las celdas mediante tecnología de ecualización pasiva o activa para prolongar la vida útil de la batería.
• Comunicación y gestión de datos:Apoya el bus CAN, Bluetooth y otros protocolos de comunicación para transmitir el estado de la batería a dispositivos o plataformas externos.

Funciones básicas del PCM

• Protección contra la sobrecarga: cortar el circuito de carga cuando la tensión unitaria exceda el valor límite (por ejemplo, 4,25 V)
• Protección contra la sobre descarga: evitar que el voltaje de la unidad individual caiga por debajo del umbral mínimo (por ejemplo, 2,3 V)
• Protección contra exceso de corriente y cortocircuito: Limitar la corriente anormal por el tubo o fusible MOS.
• Protección básica de la temperatura: algunos PCM integran sensores de temperatura, pero la función es más simple

Relaciones jerárquicas e integración de sistemas

jerarquía funcional

• PCM es la capa base de protección: se centra en la protección inmediata del hardware, generalmente como la primera línea de defensa para células individuales o paquetes de baterías pequeños.
• El BMS es la capa de gestión avanzada: algoritmos inteligentes, funciones de comunicación y ecualización se superponen a PCM para sistemas complejos de baterías (por ejemplo, vehículos eléctricos,almacenamiento industrial de energía).

Método de integración

• Sistemas de bajo voltaje: por ejemplo, bicicletas eléctricas, electrónica de consumo, PCM pueden funcionar de forma independiente.
• Sistemas de alto voltaje: por ejemplo, vehículos eléctricos, almacenamiento de energía de red, BMS generalmente integra la función de protección de hardware de PCM para formar una arquitectura de protección de varios niveles.

Comparación de las diferencias de funcionalidad central

Escenarios de aplicación y colaboración

Escenarios de aplicación independientes

• Escenarios dominantes del PCM

Baterías de celda única o de serie baja (por ejemplo, teléfonos celulares, baterías recargables), que dependen de una respuesta rápida del hardware

• Escenarios dominados por el BMS

Baterías de varias cuerdas (por ejemplo, vehículos eléctricos) con estrategias de carga y descarga dinámicamente ajustadas

modo de trabajo cooperativo

• Diseño de redundancia

En escenarios de alta seguridad, como el almacenamiento industrial de energía, el BMS y el PCM forman un mecanismo de protección dual (por ejemplo, arquitectura de protección de tres niveles)

• Control por capas

El PCM actúa como la capa inferior de protección y el BMS realiza la optimización global. Por ejemplo, el BMS inicia la ecualización cuando detecta un desequilibrio celular,mientras que el PCM corta el circuito sólo en casos extremos

Selección de recomendaciones y tendencias

Base de selección

• Tamaño de la batería:El PCM es opcional para < 20 células; el BMS es necesario para > 20 células.
• Requisitos funcionales:Si se requiere una estimación, comunicación o ecualización activa del SOC, deberá seleccionarse el BMS.

Tendencias tecnológicas

• BMS se mueve hacia una alta precisión e inteligencia (por ejemplo, algoritmos de IA que predicen SOH)
• El PCM sigue dominando en los escenarios de bajo coste, pero la penetración del BMS crece debido al aumento de la demanda de seguridad

Resumen.

El BMS y el PCM desempeñan el papel de "Intelligent Butler" y "Basic Defender", respectivamente, en la protección de las baterías de litio.BMS realiza una gestión integral mediante algoritmos de software y capacidad de comunicaciónAmbos pueden aplicarse de forma independiente en diferentes escenarios o trabajar juntos para formar un sistema de protección de varios niveles.A medida que aumenta la complejidad del sistema de baterías, la importancia del BMS es cada vez más prominente, pero el PCM sigue siendo indispensable en escenarios simples.