배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)

배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)은 
배터리가 안전한 작동 영역 밖에서 작동되지 않도록 보호하고 
상태를 모니터링하며 보조 데이터를 계산하고, 데이터를 보고하고, 
환경을 제어하고 인증하며/또는 균형을 잡습니다.

외부 통신 데이터 버스와의 배터리 관리 시스템과 함께 구축된 배터리 팩은 스마트 배터리 팩이다. 
스마트 배터리 팩은 스마트 배터리 충전기로 충전해야 합니다.

BMS는 다음과 같은 다양한 항목으로 표시되는 배터리 상태를 모니터링할 수 있습니다.

전압: 총 전압, 개별 셀의 전압 또는 주기적인 탭 전압
온도: 평균 온도, 냉각수 흡입 온도, 냉각수 출력 온도 또는 개별 셀의 온도
냉각수 흐름: 액체 냉각 배터리용
전류: 배터리 내부 또는 외부 전류
개별 세포의 상태
셀 밸런스 상태

또한 BMS는 회수한 에너지(즉, 회생 제동)를 
배터리 팩(일반적으로 다수의 배터리 모듈로 구성되며, 각 셀로 구성됨)으로 재연결하여 배터리의 재충전을 제어합니다.
배터리 열관리 시스템은 수동식 또는 능동식일 수 있으며, 냉각 매체는 공기, 액체 또는 어떤 형태의 상변화일 수 있다. 
공랭은 그 단순성에 유리하다. 
이러한 시스템은 주변 공기의 대류에만 의존하여 수동적일 수도 있고, 
공기 흐름을 위한 팬을 사용하여 능동적일 수도 있습니다. 
상업적으로 Honda Insight와 Toyota Prius는 둘 다 배터리 시스템의 능동적인 공기 냉각을 사용합니다.
공기 냉각의 주요 단점은 비효율적이라는 것이다. 냉각 메커니즘을 작동하려면 액티브 액체 냉각보다 훨씬 많은 양의 전력이 사용되어야 합니다.
냉각 메커니즘의 추가적인 구성 요소들은 또한 BMS에 무게를 더하여 운송에 사용되는 배터리의 효율을 감소시킨다.

액체 냉각은 공기보다 열전도율이 높은 경향이 있기 때문에 공기 냉각보다 자연 냉각 퍼텐셜이 높다. 
배터리는 냉각수에 직접 잠길 수도 있고, 배터리와 직접 접촉하지 않고 냉각수가 BMS를 통해 흐를 수도 있다. 
간접 냉각은 냉각 채널의 길이 증가로 인해 BMS 전체에 큰 열 구배를 발생시킬 수 있습니다. 
냉각수를 시스템을 통해 더 빠르게 펌핑하여 펌핑 속도와 열 일관성 사이의 균형을 유지함으로써 냉각수를 줄일 수 있습니다.

또한 BMS는 다음과 같은 항목을 기준으로 값을 계산할 수 있습니다. 

전압: 최소 및 최대 셀 전압
배터리의 충전 수준을 나타내는 충전 상태(SoC) 또는 방전 깊이(DoD)
배터리의 잔존 용량을 원래 용량의 %로 다양하게 정의된 측정값인 상태(SoH)
전력 상태(SoP), 현재 전력 사용량, 온도 및 기타 조건이 주어진 정의된 시간 간격 동안 사용 가능한 전력량
안전 상태(SOS)
CCL(충전 전류 한계치)로서의 최대 충전 전류
방전 전류 한계(DCL)로서의 최대 방전 전류
마지막 충전 또는 충전 사이클 이후 전달된 에너지 [kWh]
셀의 내부 임피던스(개방 회로 전압 결정)
전달 또는 저장된 전하 [Ah](이 기능을 쿨롱 카운터라고도 함)
최초 사용 이후 전달된 총 에너지
처음 사용한 이후의 총 작동 시간
총 주기 수
온도 모니터링
공기 또는 액체 냉각 배터리용 냉각수 흐름

BMS의 중앙 컨트롤러는 내부적으로 셀 레벨에서 작동하는 하드웨어와 통신하거나, 
외부적으로는 노트북 또는 HMI와 같은 고급 하드웨어와 통신합니다.

고급 외부 통신은 간단하며 여러 가지 방법을 사용합니다.

서로 다른 유형의 시리얼 통신입니다.
CAN 버스 통신, 일반적으로 자동차 환경에서 사용됩니다.
다양한 유형의 무선 통신입니다.
저전압 중앙 집중식 BMS는 대부분 내부 통신이 없습니다.

분산형 또는 모듈형 BMS는 낮은 수준의 내부 셀 컨트롤러(모듈형 아키텍처) 또는 컨트롤러-컨트롤러(분산형 아키텍처) 통신을 사용해야 합니다. 
이러한 유형의 통신은 특히 고전압 시스템에서 어렵다. 
문제는 셀 간의 전압 이동입니다. 
제1 셀 접지 신호는 다른 셀 접지 신호보다 수백 볼트 높을 수 있다. 
소프트웨어 프로토콜과는 별도로, 전압 이동 시스템을 위한 하드웨어 통신에는 광 절연체와 무선 통신이라는 두 가지 알려진 방법이 있다. 
내부 통신을 위한 또 다른 제한사항은 셀의 최대 수입니다. 
모듈형 아키텍처의 경우 대부분의 하드웨어는 최대 255개 노드로 제한됩니다. 
고전압 시스템에서 모든 셀의 탐색 시간은 최소 버스 속도를 제한하고 일부 하드웨어 옵션을 상실하는 또 다른 제한 사항이다. 
모듈식 시스템의 비용은 셀 가격과 비교할 수 있기 때문에 중요하다.
하드웨어 및 소프트웨어 제한의 조합은 내부 통신을 위한 몇 가지 옵션이 됩니다.

전류로 인한 열로 인한 기존 USB 케이블의 전력 제한을 우회하기 위해, 
높은 전압을 협상하기 위해 휴대폰 충전기에 구현된 통신 프로토콜이 개발되었으며, 
그 중 가장 널리 사용되는 프로토콜은 Qualcomm Quick Charge와 Media이다.
Tek Pump Express입니다. 
Oppo의 "VOOC"("OnePlus"와 함께 "Dash Charge"로 브랜드화됨)는 장치에서 발생하는 열을 
내부적으로 높은 전압을 배터리의 단자 충전 전압으로 변환하는 것을 줄이기 위해 전압 대신 전류를 증가시키지만, 
기존 USB 케이블과 호환되지 않고 특수한 고전류 USB에 의존합니다. 
그에 따라 동선이 두꺼운 케이블 최근 USB 전력 공급 표준은 최대 240와트의 장치에 걸친 범용 협상 프로토콜을 목표로 한다.

BMS는 배터리가 다음과 같은 안전한 작동 영역 밖에서 작동하지 않도록 하여 배터리를 보호할 수 있습니다.

충전 중 과전류
방전 중 과전류
충전 중 과전압, 특히 납-산 및 Li-ion 셀에 중요
방전 중 저전압
과열
저온 상태에서 충전
과압(NiMH 배터리)
접지 고장 또는 누출 전류 감지(고압 배터리가 차체처럼 사용할 수 있는 모든 전도성 물체와 전기적으로 분리되었는지 시스템 모니터링)

BMS는 다음과 같은 방법으로 배터리의 안전한 작동 영역 밖에서 작동하지 않도록 할 수 있습니다.

배터리가 안전한 작동 영역 밖에서 작동할 경우 열리는 내부 스위치(릴레이 또는 모스펫 등) 포함
배터리가 연결된 장치에 배터리 사용 또는 충전을 줄이거나 중지하도록 요청합니다.
히터, 팬, 에어컨 또는 액체 냉각을 통한 능동적인 환경 제어