Сістэма кіравання батарэяй BMS Веды і функцыі, увядзенне

Поўная назва BMS - Battery Management System.Гэта прылада, якое кантралюе стан акумулятараў энергіі.Ён у асноўным выкарыстоўваецца для інтэлектуальнага кіравання і абслугоўвання асобных элементаў батарэі, прадухілення перазарадкі і празмернай разрадкі батарэй, падаўжэння тэрміну службы батарэі і маніторынгу стану батарэі.Звычайна BMS уяўляе сабой друкаваную плату або апаратную скрынку.

 

BMS з'яўляецца адной з асноўных падсістэм сістэмы назапашвання энергіі акумулятара, якая адказвае за маніторынг працоўнага стану кожнай батарэі ў назапашвальніку энергіі акумулятара і забяспечвае бяспечную і надзейную працу назапашвальніка энергіі.BMS можа кантраляваць і збіраць параметры стану акумулятарнай батарэі ў рэжыме рэальнага часу (уключаючы, але не абмяжоўваючыся імі, напружанне адной ячэйкі, тэмпературу полюса батарэі, ток у контуры батарэі, напружанне на клемах акумулятарнага блока, супраціў ізаляцыі акумулятарнай сістэмы і г.д.) і правесці неабходны аналіз і разлік адпаведных параметраў стану, каб атрымаць больш параметраў ацэнкі стану сістэмы.Ён таксама можа дасягнуць эфектыўнага кантролю самой батарэі захоўвання энергіі ў адпаведнасці са спецыфічнымі стратэгіямі кантролю абароны, каб забяспечыць бяспечную і надзейную працу ўсяго блока захоўвання энергіі батарэі.У той жа час BMS можа ўзаемадзейнічаць з іншымі вонкавымі прыладамі (PCS, EMS, сістэма супрацьпажарнай абароны і г.д.) праз уласны інтэрфейс сувязі і інтэрфейс аналагавага/лічбавага ўводу для фарміравання кіравання сувяззю розных падсістэм ва ўсёй магутнасці назапашвання энергіі. станцыі, забяспечваючы бяспечную, надзейную і эфектыўную працу электрастанцыі ў сетцы.

2) Архітэктура

З пункту гледжання тапалагічнай архітэктуры BMS дзеліцца на дзве катэгорыі: цэнтралізаваная і размеркаваная ў адпаведнасці з рознымі патрабаваннямі праекта.

 

Цэнтралізаваная БМС

Прасцей кажучы, цэнтралізаваная BMS выкарыстоўвае адзінае абсталяванне BMS для збору ўсіх ячэек, што падыходзіць для сцэнарыяў з невялікай колькасцю ячэек.

Цэнтралізаваная BMS мае такія перавагі, як нізкі кошт, кампактная структура і высокая надзейнасць, і звычайна выкарыстоўваецца ў сцэнарыях з нізкай ёмістасцю, нізкім агульным ціскам і невялікім аб'ёмам акумулятарнай сістэмы, такіх як электраінструменты, робаты (робаты-маніпулятары, дапаможныя робаты), Разумныя дамы IOT (робаты-падмятальнікі, электрычныя пыласосы), электрычныя пагрузчыкі, электрычныя нізкахуткасныя транспартныя сродкі (электравеласіпеды, электрычныя матацыклы, электрычныя экскурсійныя аўтамабілі, электрычныя патрульныя аўтамабілі, электрычныя гольф-кары і г.д.) і лёгкія гібрыдныя транспартныя сродкі.

Цэнтралізаванае абсталяванне BMS можна падзяліць на зоны высокага і нізкага напружання.Зона высокага напружання адказвае за збор напружання адной ячэйкі, агульнага напружання сістэмы і кантроль супраціву ізаляцыі.Зона нізкага напружання ўключае ланцугі сілкавання, ланцугі працэсара, ланцугі сувязі CAN, ланцугі кіравання і г.д.

Паколькі акумулятарная сістэма сілкавання пасажырскіх аўтамабіляў працягвае развівацца ў бок высокай ёмістасці, высокага агульнага ціску і вялікага аб'ёму, размеркаваныя архітэктуры BMS у асноўным выкарыстоўваюцца ў гібрыдных і чыста электрычных мадэлях транспартных сродкаў.

Размеркаваная BMS

У цяперашні час у галіны існуюць розныя тэрміны для размеркаванай BMS, і розныя кампаніі маюць розныя назвы.Сілавая батарэя BMS у асноўным мае двухузроўневую архітэктуру: галоўны-падпарадкаваны:

 

Назапашвальнік энергіі BMS звычайна мае трохузроўневую архітэктуру з-за вялікага памеру акумулятара, з галоўным узроўнем кіравання над падпарадкаваным і асноўным узроўнем кіравання.

Гэтак жа, як акумулятары ўтвараюць акумулятарныя кластары, якія ў сваю чаргу ўтвараюць стэкі, трох'ярусная BMS таксама прытрымліваецца таго ж правіла:

Ад элемента кіравання: блок кіравання батарэямі (BMU), які збірае інфармацыю ад асобных батарэй.

Сачыце за напругай і тэмпературай элемента батарэі

Выраўноўванне батарэі ў камплекце

Загрузка інфармацыі

цеплавое кіраванне

Ненармальная сігналізацыя

Галоўнае кіраванне: Блок кіравання акумулятарным кластарам: BCU (блок акумулятарнага кластара, таксама вядомы як высокавольтны блок кіравання HVU, BCMU і г.д.), адказвае за збор інфармацыі аб BMU і збор інфармацыі аб акумулятарным кластары.

Вызначэнне току кластара батарэі, вызначэнне агульнага напружання, выяўленне ўцечкі

Абарона ад адключэння, калі стан батарэі ненармальны

Пад кіраваннем BMS каліброўка ёмістасці і каліброўка SOC могуць быць выкананы асобна ў якасці асновы для наступнага кіравання зарадкай і разрадкай

Блок кіравання акумулятарным акумулятарам (BAU) адказвае за цэнтралізаванае кіраванне акумулятарамі ва ўсім акумулятарным акумулятары.Ён падключаецца да розных блокаў кіравання кластэрам батарэй і абменьваецца інфармацыяй з іншымі прыладамі, каб забяспечыць зваротную сувязь аб працоўным стане батарэйнага масіва.

Кіраванне зарадкай і разрадкай акумулятара

Сігналізацыя самакантролю сістэмы BMS і дыягностыкі няспраўнасцей

Сігналізацыя дыягностыкі няспраўнасці акумулятара

Бяспечная абарона ад розных адхіленняў і няспраўнасцяў у акумулятарным масіве

Сувязь з іншымі прыладамі, такімі як PCS і EMS

Захоўванне, перадача і апрацоўка даных

Узровень кіравання батарэямі: адказвае за збор рознай інфармацыі (напружанне, тэмпература) асобных батарэй, разлік і аналіз SOC і SOH батарэй, дасягненне актыўнага выраўноўвання асобных батарэй і загрузку ненармальнай інфармацыі аб асобных батарэях на ўзровень блока батарэй BCMU.Дзякуючы знешняй сувязі CAN, ён злучаны праз ланцужок.

Узровень кіравання батарэяй: адказвае за збор рознай інфармацыі аб асобных батарэях, загружанай BMU, збор рознай інфармацыі аб батарэі (напружанне батарэі, тэмпература батарэі), токі зарадкі і разрадкі батарэі, разлік і аналіз SOC і SOH батарэі. , і загрузка ўсёй інфармацыі на ўзровень блока акумулятарнага кластара BAMS.Дзякуючы знешняй сувязі CAN, ён злучаны праз ланцужок.

Узровень кіравання кластэрам батарэі: адказвае за збор рознай інфармацыі аб батарэі, загружанай BCMU, і загрузку ўсёй інфармацыі ў сістэму EMS маніторынгу захоўвання энергіі праз інтэрфейс RJ45;сувязь з PCS для адпраўкі адпаведнай ненармальнай інфармацыі аб батарэі ў PCS (інтэрфейс CAN або RS485) і абсталяваны апаратнымі сухімі вузламі для сувязі з PCS.Акрамя таго, ён выконвае ацэнку акумулятарнай сістэмы BSE (Battery State Estimate), вызначэнне стану электрычнай сістэмы, кіраванне кантактарамі, кіраванне тэмпературай, кіраванне працай, кіраванне зарадкай, кіраванне дыягностыкай, а таксама ажыццяўляе кіраванне ўнутранай і знешняй сеткай сувязі.Звязваецца з падначаленымі праз CAN.

3) Што робіць BMS?

Функцый BMS мноства, але асноўныя і тое, што нас больш за ўсё хвалюе, гэта тры аспекты:

Адным з іх з'яўляецца зандзіраванне (кіраванне станам), што з'яўляецца асноўнай функцыяй BMS.Ён вымярае напружанне, супраціў, тэмпературу і, у канчатковым выніку, вызначае стан батарэі.Мы хочам ведаць, у якім стане акумулятар, колькі ў яго энергіі і ёмістасці, наколькі ён здаровы, колькі энергіі вырабляе і наколькі ён бяспечны.Гэта адчуванне.

Другі - кіраванне (кіраванне балансам).Некаторыя людзі кажуць, што BMS - няня батарэі.Тады гэта няня павінна кіраваць.Чым кіраваць?Гэта зрабіць акумулятар як мага лепш.Самы асноўны - гэта кіраванне балансам і кіраванне тэмпературай.

Трэцяе - абарона (кіраванне бяспекай).У няні таксама ёсць праца.Калі акумулятар мае нейкі статус, яго трэба абараніць і паставіць сігналізацыю.

Вядома, ёсць таксама кампанент кіравання сувяззю, які перадае даныя ўнутры або па-за сістэмай праз пэўныя пратаколы.

BMS мае шмат іншых функцый, такіх як кіраванне працай, маніторынг ізаляцыі, кіраванне тэмпературай і г.д., якія тут не абмяркоўваюцца.

 

3.1 Успрыманне - вымярэнне і ацэнка

Асноўнай функцыяй BMS з'яўляецца вымярэнне і ацэнка параметраў акумулятара, у тым ліку такіх асноўных параметраў, як напружанне, ток, тэмпература і стан, а таксама разлікаў дадзеных аб стане акумулятара, такіх як SOC і SOH.Сфера энергетычных батарэй таксама ўключае разлікі SOP (стан магутнасці) і SOE (стан энергіі), якія тут не абмяркоўваюцца.Мы спынімся на першых двух больш шырока выкарыстоўваюцца дадзеных.

Вымярэнне клеткі

1) Вымярэнне асноўнай інфармацыі: самая асноўная функцыя сістэмы кіравання акумулятарам - гэта вымярэнне напружання, току і тэмпературы асобных элементаў акумулятара, што з'яўляецца асновай для ўсіх разлікаў верхняга ўзроўню і логікі кіравання ў сістэме кіравання акумулятарам.

2) Выпрабаванне супраціву ізаляцыі: патрабуецца праверка ізаляцыі ўсёй акумулятарнай сістэмы і сістэмы высокага напружання ў сістэме кіравання батарэяй.

3) Выяўленне блакіроўкі высокага напружання (HVIL): выкарыстоўваецца для пацверджання цэласнасці ўсёй сістэмы высокага напружання і ініцыявання мер бяспекі, калі цэласнасць ланцуга сістэмы высокага напружання парушана.

Разлік SOC

SOC адносіцца да стану зарада, які з'яўляецца астатняй ёмістасцю батарэі.Прасцей кажучы, гэта тое, колькі энергіі засталося ў батарэі.

SOC - самы важны параметр у BMS, бо ўсё астатняе заснавана на ім.Такім чынам, яго дакладнасць і надзейнасць (таксама вядомая як магчымасць выпраўлення памылак) вельмі важныя.Без дакладнага SOC ніякая функцыя абароны не можа забяспечыць належную працу BMS, паколькі батарэя часта знаходзіцца ў абароненым стане, што робіць немагчымым падоўжыць тэрмін службы батарэі.

У цяперашні час асноўныя метады ацэнкі SOC ўключаюць метад напружання холадна, метад інтэгравання току, метад фільтра Калмана і метад нейроннай сеткі.Звычайна выкарыстоўваюцца першыя два спосабу.Апошнія два метады ўключаюць перадавыя веды, такія як мадэлі інтэграцыі і штучны інтэлект, якія тут не апісваюцца.

У практычных прыкладаннях некалькі алгарытмаў часта выкарыстоўваюцца ў камбінацыі, прычым розныя алгарытмы прымаюцца ў залежнасці ад стану зарадкі і разрадкі батарэі.

метад напружання холадна

Прынцып метаду напружання разрыву ланцуга заключаецца ў выкарыстанні адносна фіксаванай функцыянальнай залежнасці паміж напружаннем разрыву ланцуга і SOC пры ўмове працяглага статычнага размяшчэння батарэі і, такім чынам, ацэнцы SOC на аснове напружання разрыву ланцуга.Электрычны ровар са свінцова-кіслотнай батарэяй, які раней часта выкарыстоўваўся, выкарыстоўвае гэты метад для ацэнкі SOC.Метад напружання халастога ходу просты і зручны, але недахопаў таксама шмат:

1. Акумулятар павінен стаяць на працягу доўгага часу, інакш напружанне холадна будзе цяжка стабілізаваць за кароткі прамежак часу;

2. Існуе плато напружання ў батарэях, асабліва літый-жалеза-фасфатных батарэях, дзе напружанне на клемах і крывая SOC прыблізна лінейныя ў дыяпазоне SOC30%-80%;

3. Батарэя знаходзіцца пры розных тэмпературах або на розных стадыях жыцця, і, хоць напружанне холадна ланцуга аднолькавае, фактычная розніца ў SOC можа быць вялікай;

Як паказана на малюнку ніжэй, калі мы выкарыстоўваем гэты электрычны ровар, калі бягучы SOC адлюстроўваецца як 100%, напружанне падае пры паскарэнні, а магутнасць можа адлюстроўвацца як 80%.Калі мы спыняем разгон, напружанне павышаецца, і магутнасць зноў падскоквае да 100%.Такім чынам, дысплей магутнасці нашага электрычнага скутэра недакладны.Калі мы спыняемся, у яго ёсць магутнасць, але калі мы запускаем, ён разрадзіцца.Магчыма, гэта не праблема з акумулятарам, але можа быць звязана з занадта простым алгарытмам SoC BMS.

Інтэгральны метад Ань-Шы

Метад бесперапыннай інтэграцыі Anshi непасрэдна разлічвае значэнне SOC у рэжыме рэальнага часу праз вызначэнне SOC.

Улічваючы пачатковае значэнне SOC, пакуль можна вымераць ток акумулятара (калі ток разраду дадатны), змяненне ёмістасці акумулятара можа быць дакладна разлічана шляхам інтэгравання току, у выніку чаго SOC застаецца.

Гэты метад дае адносна надзейныя вынікі ацэнкі за кароткі прамежак часу, але з-за памылак вымярэння датчыка току і паступовага зніжэння ёмістасці акумулятара доўгатэрміновае інтэграванне току прывядзе да пэўных адхіленняў.Такім чынам, ён звычайна выкарыстоўваецца ў спалучэнні з метадам напружання размыкання для ацэнкі пачатковага значэння для ацэнкі SOC з нізкімі патрабаваннямі да дакладнасці, а таксама можа выкарыстоўвацца ў спалучэнні з метадам фільтрацыі Калмана для кароткатэрміновага прагназавання SOC.

SOC (State Of Charge) належыць да асноўнага алгарытму кіравання BMS, які адлюстроўвае бягучы стан пакінутай ёмістасці.У асноўным гэта дасягаецца з дапамогай метаду інтэграцыі ампер-гадзін і алгарытму EKF (пашыранага фільтра Калмана) у спалучэнні са стратэгіямі карэкцыі (такімі як карэкцыя напружання халасты ланцуга, карэкцыя поўнай зарадкі, карэкцыя канца зарадкі, карэкцыя ёмістасці пры розных тэмпературах і SOH, і г.д.).Метад інтэгравання ампер-гадзін з'яўляецца адносна надзейным пры ўмове забеспячэння дакладнасці атрымання току, але ён не з'яўляецца надзейным.З-за назапашвання памылак яго трэба спалучаць са стратэгіямі выпраўлення.Метад EKF надзейны, але алгарытм адносна складаны і складаны ў рэалізацыі.Айчынныя асноўныя вытворцы могуць дасягнуць дакладнасці менш за 6% пры пакаёвай тэмпературы, але ацэнка пры высокіх і нізкіх тэмпературах і згасанні акумулятара складаная.

Карэкцыя SOC

З-за бягучых ваганняў разліковы SOC можа быць недакладным, і ў працэс ацэнкі неабходна ўключыць розныя стратэгіі карэкцыі.

 

Разлік SOH

SOH адносіцца да стану здароўя, які паказвае бягучы стан здароўя акумулятара (або ступень разраду акумулятара).Звычайна гэта значэнне ад 0 да 100%, пры гэтым значэнні ніжэй за 80% звычайна лічацца паказальнікам на тое, што батарэя больш непрыдатная.Гэта можа быць прадстаўлена зменамі ёмістасці батарэі або ўнутранага супраціву.Пры выкарыстанні ёмістасці фактычная ёмістасць бягучага акумулятара ацэньваецца на аснове даных аб працэсе працы акумулятара, і стаўленне гэтага да намінальнай ёмістасці з'яўляецца SOH.Дакладны SOH павысіць дакладнасць ацэнкі іншых модуляў, калі батарэя пагаршаецца.

У прамысловасці існуе два розных вызначэння SOH:

Вызначэнне SOH на аснове згасання ёмістасці

Падчас выкарыстання літый-іённых акумулятараў актыўнае рэчыва ўнутры акумулятара паступова памяншаецца, унутраны супраціў павялічваецца, а ёмістасць змяншаецца.Такім чынам, SOH можна ацаніць па ёмістасці батарэі.Стан здароўя батарэі выражаецца як стаўленне бягучай ёмістасці да пачатковай ёмістасці, а яе SOH вызначаецца як:

SOH=(C_standard-C_fade)/C_standard ×100%

Дзе: C_fade - страчаная ёмістасць батарэі;C_standard - намінальная ёмістасць.

Стандарт IEEE 1188-1996 прадугледжвае, што калі ёмістасць акумулятара падае да 80%, акумулятар неабходна замяніць.Такім чынам, мы звычайна лічым, што батарэя SOH недаступная, калі яна ніжэй за 80%.

Вызначэнне SOH на аснове згасання магутнасці (Power Fade)

Старэнне практычна ўсіх тыпаў батарэй прывядзе да павелічэння ўнутранага супраціву батарэі.Чым вышэй унутраны супраціў батарэі, тым ніжэй даступная магутнасць.Такім чынам, SOH можна ацаніць з дапамогай згасання магутнасці.

3.2 Кіраванне - збалансаваная тэхналогія

Кожны акумулятар мае сваю "асаблівасць"

Каб гаварыць пра баланс, мы павінны пачаць з батарэек.Нават батарэі, вырабленыя адной партыяй адным і тым жа вытворцам, маюць свае ўласныя жыццёвыя цыклы і «асобы» - ёмістасць кожнай батарэі не можа быць абсалютна аднолькавай.Ёсць дзве прычыны гэтай неадпаведнасці:

Адзін з іх - неадпаведнасць вытворчасці клетак

Адным з іх з'яўляецца непаслядоўнасць электрахімічных рэакцый.

неадпаведнасць вытворчасці

Неадпаведнасці вытворчасці лёгка зразумець.Напрыклад, падчас вытворчага працэсу неадпаведнасць дыяфрагмы і неадпаведнасць матэрыялу катода і анода можа прывесці да неадпаведнасці агульнай ёмістасці батарэі.Стандартная батарэя 50AH можа стаць 49AH або 51AH.

электрахімічная неадпаведнасць

Супярэчлівасць электрахіміі заключаецца ў тым, што ў працэсе зарадкі і разрадкі батарэі, нават калі вытворчасць і апрацоўка дзвюх элементаў ідэнтычныя, цеплавое асяроддзе ніколі не можа быць паслядоўным у працэсе электрахімічнай рэакцыі.Напрыклад, пры вырабе батарэйных модуляў тэмпература навакольнага кольцы павінна быць ніжэй, чым у сярэдзіне.Гэта прыводзіць да доўгатэрміновай неадпаведнасці паміж аб'ёмамі зарадкі і разрадкі, што, у сваю чаргу, прыводзіць да неадпаведнай ёмістасці элемента батарэі;Калі токі зарадкі і разрадкі плёнкі SEI на элеменце батарэі не адпавядаюць на працягу доўгага часу, старэнне плёнкі SEI таксама будзе неадпаведным.

* Плёнка SEI: «інтэрфейс цвёрдага электраліта» (інтэрфейс цвёрдага электраліта).Падчас першага працэсу разрадкі вадкага літый-іённага акумулятара матэрыял электрода ўступае ў рэакцыю з электралітам на мяжы цвёрдай і вадкай фаз, утвараючы пасівацыйны пласт, які пакрывае паверхню матэрыялу электрода.Плёнка SEI з'яўляецца электронным ізалятарам, але выдатным правадніком іёнаў літыя, які не толькі абараняе электрод, але і не ўплывае на працу батарэі.Старэнне плёнкі SEI істотна ўплывае на стан батарэі.

Такім чынам, нераўнамернасць (або дыскрэтнасць) батарэйных блокаў з'яўляецца непазбежным праявай працы батарэі.

Навошта патрэбен баланс

Акумулятары розныя, дык чаму б не паспрабаваць зрабіць іх аднолькавымі?Паколькі неадпаведнасць паўплывае на прадукцыйнасць акумулятара.

Серыйны акумулятарны блок прытрымліваецца эфекту кароткага ствала: у паслядоўнай сістэме акумулятарнага блока ёмістасць усёй сістэмы акумулятарнага блока вызначаецца найменшай асобнай адзінкай.

Дапусцім, у нас ёсць акумулятар, які складаецца з трох батарэй:

Вы ведаеце, што празмерная зарадка і празмерная разрадка могуць сур'ёзна пашкодзіць батарэі.Такім чынам, калі батарэя B цалкам зараджана падчас зарадкі або калі SoC батарэі B вельмі нізкі падчас разрадкі, неабходна спыніць зарадку і разрадку, каб абараніць батарэю B. У выніку магутнасць батарэй A і C не можа быць цалкам выкарыстаны.

Гэта прыводзіць да:

Фактычная карысная ёмістасць акумулятарнага блока паменшылася: батарэі A і C, якія маглі выкарыстаць даступную ёмістасць, цяпер не могуць зрабіць гэта, каб змясціць батарэю B. Гэта як два чалавекі на трох нагах, звязаныя разам, з больш высокі чалавек не можа рабіць вялікія крокі.

Паменшаны тэрмін службы батарэі: меншая даўжыня кроку патрабуе большай колькасці крокаў і больш стамляе ногі.Пры паменшанай ёмістасці павялічваецца колькасць цыклаў зарадкі і разрадкі, што прыводзіць да большай дэградацыі батарэі.Напрыклад, адна клетка можа дасягнуць 4000 цыклаў пры 100% DoD, але ў рэальным выкарыстанні яна не можа дасягнуць 100%, і колькасць цыклаў, вядома, не дасягне 4000.

*DoD, Глыбіня разраду, уяўляе працэнт разраднай ёмістасці батарэі да намінальнай ёмістасці батарэі.

Неадпаведнасць батарэй прыводзіць да зніжэння прадукцыйнасці акумулятара.Калі памер акумулятарнага модуля вялікі, некалькі радкоў батарэй злучаюцца паслядоўна, і вялікая адзінкавая розніца напружання прывядзе да зніжэння ёмістасці ўсёй скрынкі.Чым больш паслядоўна злучаных батарэй, тым большую ёмістасць яны губляюць.Аднак у нашых праграмах, асабліва ў сістэмах захоўвання энергіі, ёсць два важныя патрабаванні:

Па-першае, гэта батарэя з доўгім тэрмінам службы, якая можа значна знізіць выдаткі на эксплуатацыю і тэхнічнае абслугоўванне.Сістэма захоўвання энергіі прад'яўляе высокія патрабаванні да тэрміну службы акумулятара.Большасць айчынных разлічаны на 15 гадоў.Калі мы выкажам здагадку, што 300 цыклаў у год, 15 гадоў - гэта 4500 цыклаў, што ўсё яшчэ вельмі высока.Нам трэба максімальна падоўжыць тэрмін службы кожнай батарэі, каб агульны тэрмін службы ўсяго акумулятарнага блока мог дасягнуць праектнага тэрміну службы, наколькі гэта магчыма, і паменшыць уплыў рассейвання батарэі на тэрмін службы акумулятарнага блока.

Другі глыбокі цыкл, асабліва ў сцэнары прымянення пікавага галення, вызваленне яшчэ аднаго кВт.гадз электраэнергіі прынясе яшчэ адзін бал даходу.Гэта значыць, мы будзем выконваць 80% DoD або 90% DoD.Калі глыбокі цыкл выкарыстоўваецца ў сістэме захоўвання энергіі, дысперсія батарэі падчас хваставога разраду будзе выяўляцца.Такім чынам, для таго, каб забяспечыць поўнае вызваленне ёмістасці кожнай асобнай ячэйкі пры ўмове глыбокай зарадкі і глыбокай разрадкі, неабходна патрабаваць, каб назапашвальнік энергіі BMS меў моцныя магчымасці кіравання выраўноўваннем і падаўленне з'яўлення ўзгодненасці паміж элементамі батарэі .

Гэтыя два патрабаванні цалкам супярэчаць неадпаведнасці батарэі.Каб дасягнуць больш эфектыўнага прымянення батарэй, мы павінны мець больш эфектыўную тэхналогію балансавання, каб паменшыць уплыў неадпаведнасці батарэі.

тэхналогія раўнавагі

Тэхналогія выраўноўвання батарэі - гэта спосаб зрабіць батарэі рознай ёмістасці аднолькавымі.Ёсць два распаўсюджаных метаду выраўноўвання: аднанакіраванае выраўноўванне рассейвання энергіі (пасіўнае выраўноўванне) і двухнакіраванае выраўноўванне перадачы энергіі (актыўнае выраўноўванне).

(1) Пасіўны баланс

Прынцып пасіўнага выраўноўвання заключаецца ў паралельным падключэнні пераключанага разраднага рэзістара да кожнай ланцугу батарэй.BMS кіруе разрадным рэзістарам для разрадкі элементаў больш высокага напружання, рассейваючы электрычную энергію ў выглядзе цяпла.Напрыклад, калі акумулятар B амаль цалкам зараджаны, перамыкач размыкаецца, каб рэзістар на акумулятары B рассейваў лішак электрычнай энергіі ў выглядзе цяпла.Затым зарадка працягваецца, пакуль батарэі A і C таксама не будуць цалкам зараджаны.

Гэты метад можа разрадзіць толькі элементы высокага напружання і не можа перазарадзіць элементы нізкай ёмістасці.З-за абмежавання магутнасці супраціўлення разраду ток выраўноўвання звычайна невялікі (менш за 1 А).

Перавагі пасіўнага выраўноўвання - нізкі кошт і простая схемная канструкцыя;недахопы заключаюцца ў тым, што ён заснаваны на самай нізкай астатняй ёмістасці батарэі для выраўноўвання, што не можа павялічыць ёмістасць батарэй з нізкай астатняй ёмістасцю, і што 100% выраўнаванай магутнасці траціцца ў выглядзе цяпла.

(2) Актыўны баланс

З дапамогай алгарытмаў некалькі радкоў акумулятараў перадаюць энергію ад высакавольтных элементаў да нізкавольтных элементаў з дапамогай кампанентаў для захоўвання энергіі, разраджаючы батарэі з больш высокім напружаннем і выкарыстоўваючы вызваленую энергію для зарадкі элементаў з нізкім напружаннем.Энергія ў асноўным перадаецца, а не рассейваецца.

Такім чынам, падчас зарадкі акумулятар B, які першым дасягае 100% напружання, разраджаецца на A і C, і тры акумулятары цалкам зараджаюцца разам.Падчас разрадкі, калі астатні зарад батарэі B занадта нізкі, A і C «зараджаюць» B, так што ячэйка B не дасягае парога SOC для спынення разрадкі так хутка.

Асноўныя асаблівасці тэхналогіі актыўнага балансавання

(1) Збалансуйце высокае і нізкае напружанне для павышэння эфектыўнасці акумулятарнага блока: падчас зарадкі і разрадкі, а таксама ў стане спакою высакавольтныя акумулятары можна разраджаць, а нізкавольтныя зараджаць;

(2) Перадача энергіі з нізкімі стратамі: энергія ў асноўным перадаецца, а не проста губляецца, што павышае эфектыўнасць выкарыстання энергіі;

(3) Вялікі раўнаважны ток: як правіла, раўнаважны ток складае ад 1 да 10 А, і раўнавага хутчэй;

Актыўнае выраўноўванне патрабуе канфігурацыі адпаведных ланцугоў і назапашвальнікаў энергіі, што прыводзіць да вялікага аб'ёму і павелічэння кошту.Гэтыя дзве ўмовы разам вызначаюць, што актыўнае выраўноўванне няпроста прасоўваць і прымяняць.

Акрамя таго, актыўны працэс эквалайзернай зарадкі і разрадкі няяўна павялічвае тэрмін службы акумулятара.Для элементаў, якія патрабуюць зарадкі і разрадкі для дасягнення балансу, дадатковая рабочая нагрузка можа прывесці да таго, што яны перавышаюць старэнне звычайных элементаў, што прывядзе да большага разрыву ў прадукцыйнасці з іншымі элементамі.

Некаторыя эксперты лічаць, што прыведзеныя вышэй два выразы павінны адпавядаць дысіпатыўнай раўнавазе і недысіпатыўнай раўнавазе.Будзь ён актыўным або пасіўным, павінна залежаць ад падзеі, якая запускае працэс раўнавагі.Калі сістэма дасягае стану, калі яна павінна быць пасіўнай, яна пасіўная.Калі яна задаецца чалавекам, то ўстанаўленне праграмы раўнавагі, калі не трэба ўраўнаважвацца, называецца актыўнай раўнавагай.

Напрыклад, калі разрад заканчваецца, элемент з самым нізкім напругай дасягнуў напружання адключэння разраду, у той час як іншыя элементы ўсё яшчэ маюць энергію.У гэты час, каб разрадзіць як мага больш электрычнасці, сістэма перадае электраэнергію з высокаэнергетычных элементаў у нізкаэнергетычныя, дазваляючы працэсу разраду працягвацца, пакуль не будзе разраджана ўся энергія.Гэта пасіўны працэс выраўноўвання.Калі сістэма прадбачыць, што будзе дысбаланс у канцы разраду, калі засталося 40% магутнасці, яна пачне актыўны працэс выраўноўвання.

Актыўнае ўраўноўванне дзеліцца на цэнтралізаваны і дэцэнтралізаваны метады.Цэнтралізаваны метад выраўноўвання атрымлівае энергію ад усяго акумулятарнага блока, а затым выкарыстоўвае прыладу пераўтварэння энергіі для дапаўнення энергіі да батарэй з меншай колькасцю энергіі.Дэцэнтралізаванае выраўноўванне ўключае сувязь для назапашвання энергіі паміж суседнімі батарэямі, якая можа быць індуктыўнасцю або кандэнсатарам, што дазваляе энергіі цячы паміж суседнімі батарэямі.

У бягучай стратэгіі кантролю балансу ёсць тыя, хто прымае напружанне ячэйкі ў якасці мэтавага параметра кантролю, і ёсць таксама тыя, хто прапануе выкарыстоўваць SOC у якасці мэтавага параметру кантролю балансу.У якасці прыкладу возьмем напружанне клеткі.

Па-першае, усталюйце пару парогавых значэнняў для пачатку і заканчэння выраўноўвання: напрыклад, у камплекце батарэй, калі розніца паміж крайнім напружаннем аднаго элемента і сярэднім напружаннем набору дасягае 50 мВ, ініцыюецца выраўноўванне, і калі яно дасягае 5 мВ, выраўноўванне скончана.

BMS збірае напружанне кожнай ячэйкі ў адпаведнасці з фіксаваным цыклам збору дадзеных, разлічвае сярэдняе значэнне, а затым вылічвае розніцу паміж напругай кожнай ячэйкі і сярэднім значэннем;

Калі максімальная розніца дасягае 50 мВ, BMS неабходна пачаць працэс выраўноўвання;

Працягвайце крок 2 у працэсе выраўноўвання, пакуль усе значэнні розніцы не стануць менш за 5 мВ, а затым завяршыце выраўноўванне.

Варта адзначыць, што не ўсе BMS патрабуюць гэтага кроку, і наступныя стратэгіі могуць адрознівацца ў залежнасці ад метаду балансу.

Тэхналогія балансу таксама звязана з тыпам батарэі.Прынята лічыць, што LFP больш падыходзіць для актыўнага балансу, у той час як трайныя батарэі падыходзяць для пасіўнага балансу.

Стадыя інтэнсіўнай канкурэнцыі ў BMS у асноўным падтрымліваецца коштам і надзейнасцю.У цяперашні час эксперыментальная праверка актыўнага балансавання яшчэ не дасягнута.Чакаецца, што ўзровень функцыянальнай бяспекі будзе рухацца да ASIL-C і ASIL-D, але кошт даволі высокі.Такім чынам, цяперашнія буйныя кампаніі асцярожна ставяцца да актыўных даследаванняў балансавання.Некаторыя буйныя заводы нават хочуць адмяніць модуль балансавання і правесці ўсю балансіроўку звонку, падобна тэхнічнаму абслугоўванню паліўных аўтамабіляў.Кожны раз, калі транспартны сродак праходзіць пэўную адлегласць, ён будзе адпраўляцца ў краму 4S для знешняй балансіроўкі.Гэта знізіць кошт усяго аўтамабіля BMS, а таксама прынясе карысць адпаведнай краме 4S.Гэта бяспройгрышная сітуацыя для ўсіх бакоў.Таму асабіста я разумею, што гэта можа стаць трэндам!

3.3 Абарона – дыягностыка няспраўнасцяў і сігналізацыя

Маніторынг BMS узгадняецца з апаратным забеспячэннем электрычнай сістэмы і падзелены на розныя ўзроўні адмовы (нязначная няспраўнасць, сур'ёзная няспраўнасць, смяротная няспраўнасць) у залежнасці ад розных умоў прадукцыйнасці батарэі.Пры розных узроўнях адмовы прымаюцца розныя меры: папярэджанне, абмежаванне магутнасці або прамое адключэнне высокага напружання.Збоі ўключаюць збоі збору даных і рацыянальнасці, электрычныя збоі (датчыкі і выканаўчыя механізмы), збоі сувязі і збоі стану батарэі.

Распаўсюджаны прыклад: калі батарэя пераграваецца, BMS вызначае, што батарэя пераграваецца, на аснове сабранай тэмпературы батарэі, затым кіруе ланцугом гэтай батарэі для адключэння, забяспечвае абарону ад перагрэву і адпраўляе папярэджанне сістэмам кіравання, такім як EMS.

3.4 Камунікацыя

Нармальную працу BMS нельга аддзяліць ад яе функцыі сувязі.Незалежна ад таго, ці з'яўляецца гэта кіраванне батарэяй падчас кіравання батарэяй, перадача стану батарэі ў знешні свет або атрыманне інструкцый кіравання, патрабуецца стабільная сувязь.

У сістэме сілавога акумулятара адзін канец BMS падлучаны да акумулятара, а другі - да сістэмы кіравання і электронных сістэм усяго аўтамабіля.Агульнае асяроддзе выкарыстоўвае пратакол CAN, але існуе адрозненне паміж выкарыстаннем унутранай CAN паміж унутранымі кампанентамі акумулятарнай батарэі і выкарыстаннем CAN транспартнага сродку паміж акумулятарнай батарэяй і ўсім аўтамабілем.

Наадварот, BMS для назапашвання энергіі і ўнутраная сувязь у асноўным выкарыстоўваюць пратакол CAN, але для знешняй сувязі (знешняе ў асноўным адносіцца да дыспетчарскай сістэмы PCS для назапашвання энергіі электрастанцыі) часта выкарыстоўваюцца фарматы інтэрнэт-пратаколаў TCP/IP і пратакол Modbus.

4) Назапашванне энергіі BMS

Вытворцы BMS для захоўвання энергіі звычайна эвалюцыянавалі ад BMS для акумулятараў, таму многія канструкцыі і тэрміны маюць гістарычнае паходжанне

Напрыклад, акумулятар харчавання звычайна дзеліцца на BMU (блок манітора батарэі) і BCU (блок кіравання батарэяй), прычым першы збірае даныя, а другі кіруе імі.

Паколькі батарэйны элемент - гэта электрахімічны працэс, некалькі батарэйных элементаў утвараюць батарэю.З-за характарыстык кожнай батарэі незалежна ад таго, наколькі дакладны вытворчы працэс, з часам і ў залежнасці ад навакольнага асяроддзя ў кожнай батарэі будуць узнікаць памылкі і неадпаведнасці.Такім чынам, сістэма кіравання акумулятарам павінна ацэньваць бягучы стан акумулятара з дапамогай абмежаваных параметраў, што крыху падобна на тое, як урач традыцыйнай кітайскай медыцыны ставіць дыягназ пацыенту, назіраючы за сімптомамі, а не заходняя медыцына, якая патрабуе фізічнага і хімічнага аналізу.Фізіка-хімічны аналіз чалавечага цела падобны на электрахімічныя характарыстыкі батарэі, якія можна вымераць буйнамаштабнымі эксперыментальнымі прыборамі.Аднак убудаваным сістэмам цяжка ацаніць некаторыя паказчыкі электрахіміі.Такім чынам, BMS падобны на старога кітайскага лекара.

4.1 Трохузроўневая архітэктура назапашвання энергіі BMS

З-за вялікай колькасці акумулятарных элементаў у сістэмах назапашвання энергіі, у мэтах эканоміі выдаткаў, BMS звычайна ўкараняецца ў два ці тры пласта.У цяперашні час асноўная плынь - гэта тры ўзроўні: галоўны кантроль/галоўны кантроль/падпарадкаваны кантроль.

4.2 Падрабязнае апісанне BMS назапашвання энергіі

5) Бягучая сітуацыя і будучыя тэндэнцыі

Ёсць некалькі відаў вытворцаў, якія выпускаюць BMS:

Першая катэгорыя - гэта канчатковы карыстальнік з найбольшай магутнасцю ў акумулятары BMS - аўтамабільныя заводы.Фактычна, самая моцная вытворчая сіла BMS за мяжой - гэта таксама аўтамабільныя заводы, такія як General Motors, Tesla і г.д. У краіне ёсць BYD, Huating Power і г.д.

Другая катэгорыя - заводы акумулятараў, у тым ліку вытворцы элементаў і пакетаў, такія як Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad і інш.;

Трэці тып вытворцаў BMS - гэта вытворцы з шматгадовым вопытам работы ў сілавых электронных тэхналогіях і групы даследаванняў і распрацовак ва ўніверсітэце або сумежных прадпрыемствах, такія як Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology і Kegong Electronics.

У адрозненне ад BMS сілавых акумулятараў, дзе ў асноўным дамінуюць вытворцы тэрмінальных транспартных сродкаў, здаецца, што канчатковыя карыстальнікі акумулятарных батарэй не маюць патрэбы або асаблівых дзеянняў удзельнічаць у даследаваннях і распрацоўках і вытворчасці BMS.Таксама малаверагодна, што яны будуць марнаваць шмат грошай і энергіі на распрацоўку маштабных сістэм кіравання батарэямі.Такім чынам, можна лічыць, што індустрыі акумулятарных батарэй BMS не хапае важнага гульца з абсалютнымі перавагамі, што пакідае велізарную прастору для развіцця і фантазіі вытворцам і прадаўцам акумулятараў, арыентаваных на BMS назапашвання энергіі.Калі рынак назапашвання энергіі будзе створаны, гэта дасць вытворцам акумулятараў і прафесійным вытворцам BMS шмат магчымасцей для развіцця і меншы супраціў канкурэнцыі.

У цяперашні час адносна мала прафесійных вытворцаў BMS, якія сканцэнтраваны на распрацоўцы BMS для захоўвання энергіі, галоўным чынам з-за таго, што рынак захоўвання энергіі ўсё яшчэ знаходзіцца ў зачаткавым стане і ўсё яшчэ існуе шмат сумневаў адносна будучага развіцця назапашвання энергіі на рынку.Такім чынам, большасць вытворцаў не распрацавалі BMS, звязаныя з назапашваннем энергіі.У рэальным бізнес-асяроддзі таксама ёсць вытворцы, якія купляюць акумулятар BMS для электрамабіляў для выкарыстання ў якасці BMS для акумулятараў энергіі.Мяркуецца, што ў будучыні прафесійныя вытворцы BMS электрамабіляў таксама, верагодна, стануць важнай часткай пастаўшчыкоў BMS, якія выкарыстоўваюцца ў буйнамаштабных праектах захоўвання энергіі.

На дадзеным этапе існуе недахоп адзіных стандартаў для BMS, якія прадстаўляюцца рознымі пастаўшчыкамі сістэм захоўвання энергіі.Розныя вытворцы маюць розныя канструкцыі і азначэнні для BMS, і ў залежнасці ад розных батарэй, з якімі яны сумяшчальныя, алгарытм SOX, тэхналогія выраўноўвання і змесціва загружаных камунікацыйных даных таксама могуць адрознівацца.Пры практычным прымяненні BMS такія адрозненні павялічаць выдаткі на прымяненне і нанясуць шкоду развіццю прамысловасці.Такім чынам, стандартызацыя і модульнасць BMS таксама будзе важным напрамкам развіцця ў будучыні.