1) Què és BMS?
El nom complet de BMS és Battery Management System.És un dispositiu que controla l'estat de les bateries d'emmagatzematge d'energia.S'utilitza principalment per a la gestió intel·ligent i el manteniment de les cèl·lules individuals de la bateria, evitant la sobrecàrrega i la sobredescàrrega de les bateries, allargant la vida útil de la bateria i supervisant l'estat de la bateria.Generalment, BMS es representa com una placa de circuit o una caixa de maquinari.
El BMS és un dels subsistemes bàsics del sistema d'emmagatzematge d'energia de la bateria, responsable de controlar l'estat de funcionament de cada bateria a la unitat d'emmagatzematge d'energia de la bateria i garantir el funcionament segur i fiable de la unitat d'emmagatzematge d'energia.El BMS pot controlar i recopilar els paràmetres d'estat de la bateria d'emmagatzematge d'energia en temps real (incloent, entre d'altres, la tensió d'una cel·la, la temperatura del pol de la bateria, el corrent del bucle de la bateria, la tensió del terminal del paquet de la bateria, la resistència d'aïllament del sistema de bateria, etc.) i realitzar l'anàlisi i el càlcul necessaris sobre els paràmetres d'estat rellevants per obtenir més paràmetres d'avaluació de l'estat del sistema.També pot aconseguir un control efectiu de la pròpia bateria d'emmagatzematge d'energia segons estratègies específiques de control de protecció per garantir el funcionament segur i fiable de tota la unitat d'emmagatzematge d'energia de la bateria.Al mateix temps, el BMS pot interactuar amb altres dispositius externs (PCS, EMS, sistema de protecció contra incendis, etc.) mitjançant la seva pròpia interfície de comunicació i interfície d'entrada analògica/digital per formar un control d'enllaç de diversos subsistemes en tota la potència d'emmagatzematge d'energia. central, assegurant un funcionament segur, fiable i eficient de la central elèctrica connectada a la xarxa.
2) Arquitectura
Des de la perspectiva de l'arquitectura de la topologia, BMS es divideix en dues categories: centralitzada i distribuïda segons diferents requisits del projecte.
BMS centralitzat
En poques paraules, el BMS centralitzat utilitza un únic maquinari BMS per recollir totes les cel·les, que és adequat per a escenaris amb poques cel·les.
El BMS centralitzat té els avantatges d'un baix cost, una estructura compacta i una alta fiabilitat, i s'utilitza habitualment en escenaris amb baixa capacitat, baixa pressió total i un petit volum del sistema de bateries, com ara eines elèctriques, robots (robots de manipulació, robots d'assistència), Cases intel·ligents IOT (robots escombradors, aspiradores elèctriques), carretons elevadors elèctrics, vehicles elèctrics de baixa velocitat (bicicletes elèctriques, motocicletes elèctriques, cotxes turístics elèctrics, cotxes patrulla elèctrics, carros de golf elèctrics, etc.) i vehicles híbrids lleugers.
El maquinari BMS centralitzat es pot dividir en àrees d'alta tensió i de baixa tensió.L'àrea d'alta tensió s'encarrega de recollir la tensió de la cèl·lula única, la tensió total del sistema i controlar la resistència d'aïllament.L'àrea de baixa tensió inclou circuits d'alimentació, circuits de CPU, circuits de comunicació CAN, circuits de control, etc.
A mesura que el sistema de bateries de potència dels vehicles de passatgers continua desenvolupant-se cap a una gran capacitat, una pressió total elevada i un gran volum, les arquitectures BMS distribuïdes s'utilitzen principalment en models de vehicles híbrids endollables i elèctrics purs.
BMS distribuït
Actualment, hi ha diversos termes per a BMS distribuïts a la indústria i diferents empreses tenen noms diferents.El BMS de la bateria d'alimentació té principalment una arquitectura de dos nivells mestre-esclau:
El BMS d'emmagatzematge d'energia sol ser una arquitectura de tres nivells a causa de la gran mida del paquet de bateries, amb una capa de control mestre per sobre de les capes de control principal i esclau.
De la mateixa manera que les bateries formen grups de bateries, que al seu torn formen piles, el BMS de tres nivells també segueix la mateixa regla ascendent:
Des del control: unitat de gestió de bateries (BMU), que recull informació de bateries individuals.
Controleu la tensió i la temperatura de la pila de la bateria
Equalització de la bateria al paquet
Pujada d'informació
gestió tèrmica
Alarma anormal
Control mestre: Unitat de gestió de clúster de bateries: BCU (unitat de clúster de bateries, també coneguda com a unitat de gestió d'alta tensió HVU, BCMU, etc.), encarregada de recopilar informació de la BMU i recopilar informació del clúster de bateries.
Adquisició de corrent de clúster de bateries, adquisició de voltatge total, detecció de fuites
Protecció d'apagada quan l'estat de la bateria és anormal
Sota la gestió de BMS, el calibratge de la capacitat i el calibratge del SOC es poden completar per separat com a base per a la gestió posterior de càrrega i descàrrega.
La unitat de gestió de la matriu de bateries (BAU) és responsable de la gestió centralitzada de les bateries a tota la pila d'emmagatzematge d'energia.Es connecta a diverses unitats de gestió de clúster de bateries i intercanvia informació amb altres dispositius per proporcionar informació sobre l'estat de funcionament de la matriu de bateries.
Gestió de càrrega i descàrrega de la matriu de bateries
Alarma d'autocontrol del sistema BMS i diagnòstic d'avaries
Alarma de diagnòstic d'avaria de la bateria
Protecció de seguretat per a diverses anomalies i errors en la matriu de bateries
Comunicar-se amb altres dispositius com PCS i EMS
Emmagatzematge, transmissió i tractament de dades
Capa de gestió de bateries: encarregada de recollir informació diversa (tensió, temperatura) de bateries individuals, calcular i analitzar SOC i SOH de bateries, aconseguir l'equalització activa de bateries individuals i carregar informació anormal de bateries individuals a la capa d'unitat del paquet de bateries BCMU.Mitjançant la comunicació externa CAN, està interconnectat mitjançant una cadena de margarides.
Capa de gestió de la bateria: encarregada de recollir informació diversa de les bateries individuals carregades per la BMU, recopilar informació diversa sobre el paquet de bateries (tensió del paquet, temperatura del paquet), els corrents de càrrega i descàrrega del paquet de bateries, calcular i analitzar el SOC i el SOH del paquet de bateries. , i penjant tota la informació a la capa d'unitats de clúster de bateries BAMS.Mitjançant la comunicació externa CAN, està interconnectat mitjançant una cadena de margarides.
Capa de gestió de clúster de bateries: encarregada de recollir la informació de la bateria carregada per BCMU i carregar tota la informació al sistema EMS de monitorització d'emmagatzematge d'energia mitjançant la interfície RJ45;comunicant-se amb PCS per enviar informació anormal rellevant de la bateria a PCS (interfície CAN o RS485) i equipat amb nodes secs de maquinari per comunicar-se amb PCS.A més, realitza l'avaluació del sistema de bateries BSE (Estimació de l'estat de la bateria), la detecció de l'estat del sistema elèctric, la gestió de contactors, la gestió tèrmica, la gestió de l'operació, la gestió de la càrrega, la gestió del diagnòstic i la gestió de la xarxa de comunicació interna i externa.Es comunica amb els subordinats mitjançant CAN.
3) Què fa BMS?
Les funcions del BMS són nombroses, però el nucli i el que més ens preocupa són tres aspectes:
Una és la detecció (gestió de l'estat), que és la funció bàsica del BMS.Mesura la tensió, la resistència, la temperatura i, finalment, detecta l'estat de la bateria.Volem saber quin és l'estat de la bateria, quanta energia i capacitat té, com de saludable és, quanta potència produeix i quina seguretat és.Això és sentir.
El segon és la gestió (gestió del balanç).Algunes persones diuen que BMS és la mainadera de la bateria.Aleshores, aquesta mainadera ho hauria de gestionar.Què gestionar?És per fer la bateria el millor possible.El més bàsic és la gestió de l'equilibri i la gestió tèrmica.
El tercer és la protecció (gestió de la seguretat).La mainadera també té una feina a fer.Si la bateria té algun estat, cal protegir-la i activar una alarma.
Per descomptat, també hi ha un component de gestió de comunicacions que transfereix dades dins o fora del sistema mitjançant determinats protocols.
El BMS té moltes altres funcions, com ara el control de l'operació, el control de l'aïllament, la gestió tèrmica, etc., que no es comenten aquí.
3.1 Percepció – Mesurament i Estimació
La funció bàsica del BMS és mesurar i estimar els paràmetres de la bateria, inclosos els paràmetres bàsics com ara la tensió, el corrent, la temperatura i l'estat, així com els càlculs de les dades d'estat de la bateria com ara SOC i SOH.El camp de les bateries de potència també implica càlculs de SOP (estat de potència) i SOE (estat de l'energia), que no es discuteixen aquí.Ens centrarem en les dues primeres dades més utilitzades.
Mesura cel·lular
1) Mesurament de la informació bàsica: la funció més bàsica del sistema de gestió de la bateria és mesurar la tensió, el corrent i la temperatura de les cèl·lules individuals de la bateria, que és la base per a tots els càlculs de nivell superior i la lògica de control del sistema de gestió de la bateria.
2) Prova de resistència d'aïllament: es requereix una prova d'aïllament per a tot el sistema de bateries i el sistema d'alta tensió dins del sistema de gestió de la bateria.
3) Detecció d'enclavament d'alta tensió (HVIL): s'utilitza per confirmar la integritat de tot el sistema d'alta tensió i iniciar mesures de seguretat quan la integritat del bucle del sistema d'alta tensió està compromesa.
Càlcul de SOC
SOC fa referència a l'estat de càrrega, que és la capacitat restant de la bateria.En poques paraules, és la quantitat d'energia que queda a la bateria.
SOC és el paràmetre més important en BMS, ja que tota la resta es basa en ell.Per tant, la seva precisió i robustesa (també coneguda com a capacitat de correcció d'errors) són extremadament importants.Sense un SOC precís, cap funció de protecció pot fer que el BMS funcioni correctament, ja que sovint la bateria estarà protegida, cosa que fa que sigui impossible allargar la vida útil de la bateria.
Actualment, els mètodes d'estimació de SOC principals inclouen el mètode de tensió de circuit obert, el mètode d'integració de corrent, el mètode de filtre de Kalman i el mètode de xarxa neuronal.Els dos primers mètodes s'utilitzen habitualment.Els dos últims mètodes impliquen coneixements avançats com ara models d'integració i intel·ligència artificial, que no es detallen aquí.
En aplicacions pràctiques, sovint s'utilitzen diversos algorismes en combinació, amb diferents algorismes que s'adopten en funció de l'estat de càrrega i descàrrega de la bateria.
Mètode de voltatge de circuit obert
El principi del mètode de tensió de circuit obert és utilitzar la relació funcional relativament fixa entre la tensió de circuit obert i el SOC en condicions de col·locació estàtica a llarg termini de la bateria i, per tant, estimar el SOC en funció de la tensió de circuit obert.La bicicleta elèctrica amb bateria de plom-àcid utilitzada anteriorment utilitza aquest mètode per estimar el SOC.El mètode de tensió de circuit obert és senzill i convenient, però també hi ha molts desavantatges:
1. La bateria s'ha de deixar en peu durant molt de temps, en cas contrari, la tensió del circuit obert serà difícil d'estabilitzar en un curt període de temps;
2. Hi ha un altiplà de tensió a les bateries, especialment les de fosfat de ferro de liti, on la tensió terminal i la corba SOC són aproximadament lineals durant el rang SOC30%-80%;
3. La bateria es troba a diferents temperatures o diferents etapes de vida, i encara que la tensió del circuit obert és la mateixa, la diferència real de SOC pot ser gran;
Com es mostra a la figura següent, quan utilitzem aquesta bicicleta elèctrica, si el SOC actual es mostra al 100%, la tensió cau en accelerar i la potència es pot mostrar com a 80%.Quan deixem d'accelerar, la tensió augmenta i la potència torna al 100%.Per tant, la pantalla de potència del nostre patinet elèctric no és precisa.Quan parem, té energia, però quan engeguem, es queda sense energia.Pot ser que això no sigui un problema amb la bateria, però pot ser que l'algoritme SoC del BMS sigui massa senzill.
Mètode integral An-Shi
El mètode d'integració Anshicontinuous calcula directament el valor SOC en temps real mitjançant la definició de SOC.
Tenint en compte el valor SOC inicial, sempre que es pugui mesurar el corrent de la bateria (on el corrent de descàrrega és positiu), el canvi en la capacitat de la bateria es pot calcular amb precisió mitjançant la integració del corrent, donant lloc al SOC restant.
Aquest mètode té resultats d'estimació relativament fiables en un període curt de temps, però a causa dels errors de mesura del sensor de corrent i la degradació gradual de la capacitat de la bateria, la integració del corrent a llarg termini introduirà certes desviacions.Per tant, generalment s'utilitza conjuntament amb el mètode de tensió de circuit obert per estimar el valor inicial per a l'estimació de SOC amb requisits de precisió baixos, i també es pot utilitzar juntament amb el mètode de filtrat de Kalman per a la predicció de SOC a curt termini.
SOC (estat de càrrega) pertany a l'algoritme de control bàsic de BMS, que representa l'estat actual de la capacitat restant.S'aconsegueix principalment mitjançant el mètode d'integració d'amperes-hora i l'algorisme EKF (Filtre de Kalman estès), combinat amb estratègies de correcció (com ara la correcció de la tensió de circuit obert, la correcció de càrrega completa, la correcció del final de la càrrega, la correcció de la capacitat a diferents temperatures i SOH, etc.).El mètode d'integració amper-hora és relativament fiable amb la condició de garantir la precisió de l'adquisició actual, però no és robust.A causa de l'acumulació d'errors, s'ha de combinar amb estratègies de correcció.El mètode EKF és robust però l'algorisme és relativament complex i difícil d'implementar.Els fabricants principals nacionals poden aconseguir una precisió inferior al 6% a temperatura ambient, però és difícil estimar a temperatures altes i baixes i l'atenuació de la bateria.
Correcció SOC
A causa de les fluctuacions actuals, el SOC estimat pot ser inexacte i cal incorporar diverses estratègies de correcció al procés d'estimació.
Càlcul SOH
SOH fa referència a l'estat de salut, que indica l'estat de salut actual de la bateria (o el grau de degradació de la bateria).Normalment es representa com un valor entre 0 i 100%, amb valors per sota del 80% generalment considerats que indiquen que la bateria ja no es pot utilitzar.Es pot representar per canvis en la capacitat de la bateria o la resistència interna.Quan s'utilitza la capacitat, la capacitat real de la bateria actual s'estima a partir de les dades del procés operatiu de la bateria, i la relació entre aquesta i la capacitat nominal és el SOH.Un SOH precís millorarà la precisió de l'estimació d'altres mòduls quan la bateria es deteriora.
Hi ha dues definicions diferents de SOH a la indústria:
Definició de SOH basada en la capacitat d'esvaïment
Durant l'ús de bateries d'ions de liti, el material actiu dins de la bateria disminueix gradualment, la resistència interna augmenta i la capacitat disminueix.Per tant, el SOH es pot estimar per la capacitat de la bateria.L'estat de salut de la bateria s'expressa com la relació entre la capacitat actual i la capacitat inicial, i el seu SOH es defineix com:
SOH=(C_standard-C_fade)/C_estàndard × 100%
On: C_fade és la capacitat perduda de la bateria;C_estàndard és la capacitat nominal.
L'estàndard IEEE 1188-1996 estableix que quan la capacitat de la bateria d'energia baixa al 80%, la bateria s'ha de substituir.Per tant, solem considerar que la bateria SOH no està disponible quan està per sota del 80%.
Definició SOH basada en l'atenuació de potència (Power Fade)
L'envelliment de gairebé tots els tipus de bateries comportarà un augment de la resistència interna de la bateria.Com més gran sigui la resistència interna de la bateria, menor serà la potència disponible.Per tant, el SOH es pot estimar mitjançant l'atenuació de potència.
3.2 Gestió – Tecnologia Equilibrada
Cada bateria té la seva pròpia "personalitat"
Per parlar d'equilibri, hem de començar per les piles.Fins i tot les bateries produïdes en el mateix lot pel mateix fabricant tenen els seus propis cicles de vida i "personalitats": la capacitat de cada bateria no pot ser exactament la mateixa.Hi ha dues raons per a aquesta incoherència:
Una és la inconsistència de la producció cel·lular
Una és la inconsistència de les reaccions electroquímiques.
incoherència de producció
Les incoherències de producció són fàcils d'entendre.Per exemple, durant el procés de producció, les inconsistències del diafragma i les inconsistències del material del càtode i l'ànode poden provocar inconsistències generals de la capacitat de la bateria.Una bateria estàndard de 50 AH pot arribar a ser de 49 AH o 51 AH.
inconsistència electroquímica
La inconsistència de l'electroquímica és que en el procés de càrrega i descàrrega de la bateria, fins i tot si la producció i el processament de les dues cèl·lules són idèntiques, l'entorn tèrmic mai pot ser consistent en el procés de reacció electroquímica.Per exemple, quan es fabriquen mòduls de bateries, la temperatura de l'anell circumdant ha de ser inferior a la del mig.Això provoca una inconsistència a llarg termini entre les quantitats de càrrega i descàrrega, que al seu torn condueix a una capacitat inconsistent de les cèl·lules de la bateria;Quan els corrents de càrrega i descàrrega de la pel·lícula SEI a la cel·la de la bateria són incoherents durant molt de temps, l'envelliment de la pel·lícula SEI també serà inconsistent.
* Pel·lícula SEI: "interfície d'electròlit sòlid" (interfície d'electròlit sòlid).Durant el primer procés de descàrrega de la bateria de ions de liti líquid, el material de l'elèctrode reacciona amb l'electròlit a la interfície de fase sòlid-líquid per formar una capa de passivació que cobreix la superfície del material de l'elèctrode.La pel·lícula SEI és un aïllant electrònic, però un excel·lent conductor d'ions de liti, que no només protegeix l'elèctrode, sinó que tampoc afecta la funció de la bateria.L'envelliment de la pel·lícula SEI té un impacte significatiu en la salut de la bateria.
Per tant, la falta d'uniformitat (o discreció) dels paquets de bateries és una manifestació inevitable del funcionament de la bateria.
Per què cal l'equilibri
Les piles són diferents, així que per què no intentar fer-les iguals?Perquè la inconsistència afectarà el rendiment de la bateria.
El paquet de bateries en sèrie segueix l'efecte de canó curt: en el sistema de bateria en sèrie, la capacitat de tot el sistema de bateria està determinada per la unitat més petita.
Suposem que tenim un paquet de bateries format per tres bateries:
Sabem que la sobrecàrrega i la sobredescàrrega poden danyar greument les bateries.Per tant, quan la bateria B està completament carregada durant la càrrega o quan el SoC de la bateria B és molt baix durant la descàrrega, cal aturar la càrrega i la descàrrega per protegir la bateria B. Com a resultat, la potència de les bateries A i C no pot ser completament. utilitzat.Això condueix a:
La capacitat útil real de la bateria ha disminuït: la bateria A i la C, que podrien haver utilitzat la capacitat disponible, ara no poden fer-ho per acollir la bateria B. És com dues persones a tres cames lligades juntes, amb el persona més alta que no pot fer grans passos.
Durada de la bateria reduïda: una caminada més petita requereix més passos i fa que les cames estiguin més cansades.Amb una capacitat reduïda, augmenta el nombre de cicles de càrrega i descàrrega, donant lloc a una major degradació de la bateria.Per exemple, una sola cèl·lula pot aconseguir 4000 cicles al 100% DoD, però en l'ús real no pot arribar al 100% i el nombre de cicles certament no arribarà als 4000.
*DoD, Profunditat de descàrrega, representa el percentatge de la capacitat de descàrrega de la bateria respecte a la capacitat nominal de la bateria.
La inconsistència de les bateries provoca una disminució del rendiment del paquet de bateries.Quan la mida del mòdul de la bateria és gran, es connecten diverses cadenes de bateries en sèrie i una gran diferència de voltatge farà que la capacitat de tota la caixa disminueixi.Com més bateries connectades en sèrie, més capacitat perden.Tanmateix, a les nostres aplicacions, especialment en aplicacions de sistemes d'emmagatzematge d'energia, hi ha dos requisits importants:
La primera és la bateria de llarga durada, que pot reduir considerablement els costos d'operació i manteniment.El sistema d'emmagatzematge d'energia té uns requisits elevats per a la vida útil del paquet de bateries.La majoria dels domèstics estan dissenyats per a 15 anys.Si suposem 300 cicles per any, 15 anys són 4500 cicles, que encara són molt alts.Hem de maximitzar la vida útil de cada bateria perquè la vida total de tota la bateria pugui assolir el màxim possible la vida útil del disseny i reduir l'impacte de la dispersió de la bateria en la vida útil de la bateria.
El segon cicle profund, especialment en l'escenari d'aplicació de l'afaitat màxim, alliberar un kWh més d'electricitat aportarà un punt més d'ingressos.És a dir, farem un 80% DoD o un 90% DoD.Quan s'utilitza el cicle profund en el sistema d'emmagatzematge d'energia, es manifestarà la dispersió de la bateria durant la descàrrega de la cua.Per tant, per tal d'assegurar l'alliberament total de la capacitat de cada cel·la en condicions de càrrega profunda i descàrrega profunda, és necessari exigir que el BMS d'emmagatzematge d'energia tingui capacitats de gestió d'equalització fortes i suprimir l'ocurrència de coherència entre les cèl·lules de la bateria. .
Aquests dos requisits són exactament contraris a la inconsistència de la bateria.Per aconseguir aplicacions de bateria més eficients, hem de tenir una tecnologia d'equilibri més eficaç per reduir l'impacte de la inconsistència de la bateria.
tecnologia d'equilibri
La tecnologia d'equalització de bateries és una manera de fer que les bateries amb diferents capacitats siguin iguals.Hi ha dos mètodes d'igualització comuns: l'equalització unidireccional de dissipació d'energia (equalització passiva) i l'equalització bidireccional de transferència d'energia (equalització activa).
(1) Balanç passiu
El principi d'equalització passiva és posar en paral·lel una resistència de descàrrega commutable a cada cadena de bateries.El BMS controla la resistència de descàrrega per descarregar les cèl·lules de més voltatge, dissipant l'energia elèctrica en forma de calor.Per exemple, quan la bateria B està gairebé completament carregada, l'interruptor s'obre per permetre que la resistència de la bateria B dissipi l'excés d'energia elèctrica en forma de calor.A continuació, la càrrega continua fins que les bateries A i C també estiguin completament carregades.
Aquest mètode només pot descarregar cel·les d'alta tensió i no pot recarregar cèl·lules de baixa capacitat.A causa de la limitació de potència de la resistència de descàrrega, el corrent d'equalització és generalment petit (menys d'1 A).
Els avantatges de l'equalització passiva són el baix cost i el disseny de circuits senzills;els inconvenients són que es basa en la capacitat de bateria restant més baixa per a l'equalització, que no pot augmentar la capacitat de les bateries amb una capacitat restant baixa, i que el 100% de l'energia igualada es malgasta en forma de calor.
(2) Balanç actiu
Mitjançant algorismes, múltiples cadenes de bateries transfereixen l'energia de les cèl·lules d'alta tensió a les de baixa tensió mitjançant components d'emmagatzematge d'energia, descarregant les bateries de més voltatge i utilitzant l'energia alliberada per carregar les cel·les de menor voltatge.L'energia es transfereix principalment en lloc de dissipar-se.
D'aquesta manera, durant la càrrega, la bateria B, que arriba primer al 100% de tensió, es descarrega a A i C, i les tres bateries es carreguen completament juntes.Durant la descàrrega, quan la càrrega restant de la bateria B és massa baixa, A i C "carreguen" B, de manera que la cel·la B no arriba al llindar SOC per aturar la descàrrega tan ràpidament.
Característiques principals de la tecnologia d'equilibri actiu
(1) Equilibra l'alta i la baixa tensió per millorar l'eficiència de la bateria: durant la càrrega i descàrrega i en repòs, les bateries d'alta tensió es poden descarregar i les bateries de baixa tensió es poden carregar;
(2) Transferència d'energia de baixes pèrdues: l'energia es transfereix principalment en lloc de simplement es perd, millorant l'eficiència de la utilització de l'energia;
(3) Gran corrent d'equilibri: generalment, el corrent d'equilibri està entre 1 i 10A, i l'equilibri és més ràpid;
L'equalització activa requereix la configuració dels circuits corresponents i dels dispositius d'emmagatzematge d'energia, la qual cosa comporta un gran volum i un augment del cost.Aquestes dues condicions juntes determinen que la igualació activa no és fàcil de promoure i aplicar.
A més, el procés de càrrega i descàrrega d'equalització activa augmenta implícitament la vida útil de la bateria.Per a les cèl·lules que requereixen càrrega i descàrrega per aconseguir l'equilibri, la càrrega de treball addicional pot fer que superin l'envelliment de les cèl·lules ordinàries, donant lloc a una diferència de rendiment més gran amb altres cèl·lules.
Alguns experts creuen que les dues expressions anteriors haurien de correspondre a l'equilibri dissipatiu i l'equilibri no dissipatiu.Que sigui actiu o passiu hauria de dependre de l'esdeveniment que desencadena el procés d'equilibri.Si el sistema arriba a un estat en què ha de ser passiu, és passiu.Si l'estableixen els humans, establir el programa d'equilibri quan no cal que estigui equilibrat s'anomena equilibri actiu.
Per exemple, quan la descàrrega és al final, la cel·la de tensió més baixa ha arribat a la tensió de tall de descàrrega, mentre que altres cèl·lules encara tenen energia.En aquest moment, per tal de descarregar tanta electricitat com sigui possible, el sistema transfereix l'electricitat de les cèl·lules d'alta energia a les de baixa energia, permetent que el procés de descàrrega continuï fins que es descarregui tota l'energia.Aquest és un procés d'igualtat passiu.Si el sistema prediu que hi haurà un desequilibri al final de la descàrrega quan encara quedi el 40% de potència, iniciarà un procés d'equalització actiu.
La igualació activa es divideix en mètodes centralitzats i descentralitzats.El mètode d'equalització centralitzada obté energia de tot el paquet de bateries i després utilitza un dispositiu de conversió d'energia per complementar l'energia de les bateries amb menys energia.L'equalització descentralitzada implica un enllaç d'emmagatzematge d'energia entre bateries adjacents, que pot ser un inductor o un condensador, permetent que l'energia flueixi entre les bateries adjacents.
En l'estratègia de control de l'equilibri actual, hi ha qui pren la tensió de la cèl·lula com a paràmetre objectiu de control, i també hi ha qui proposa utilitzar SOC com a paràmetre objectiu de control de l'equilibri.Prenent com a exemple la tensió de la cèl·lula.
Primer, establiu un parell de valors de llindar per iniciar i acabar l'equalització: per exemple, en un conjunt de bateries, quan la diferència entre la tensió extrema d'una sola cel·la i la tensió mitjana del conjunt arriba als 50 mV, s'inicia l'equalització i quan arriba als 5mV, s'acaba l'equalització.
El BMS recull la tensió de cada cel·la segons un cicle d'adquisició fix, calcula el valor mitjà i després calcula la diferència entre la tensió de cada cel·la i el valor mitjà;
Si la diferència màxima arriba als 50 mV, el BMS ha d'iniciar el procés d'equalització;
Continueu amb el pas 2 durant el procés d'equalització fins que els valors de la diferència siguin tots inferiors a 5 mV i, a continuació, finalitzeu l'equalització.
Cal tenir en compte que no tots els BMS requereixen aquest pas, i les estratègies posteriors poden variar segons el mètode d'equilibri.
La tecnologia d'equilibri també està relacionada amb el tipus de bateria.En general, es creu que LFP és més adequat per a l'equilibri actiu, mentre que les bateries ternàries són adequades per a l'equilibri passiu.
L'etapa d'intensa competència a BMS es recolza principalment en el cost i la fiabilitat.Actualment, la verificació experimental de l'equilibri actiu encara no s'ha aconseguit.S'espera que el nivell de seguretat funcional avanci cap a ASIL-C i ASIL-D, però el cost és força elevat.Per tant, les grans empreses actuals són prudents amb la recerca d'equilibri actiu.Algunes grans fàbriques fins i tot volen cancel·lar el mòdul d'equilibri i que tot l'equilibri es realitzi externament, de manera similar al manteniment dels vehicles de combustible.Cada vegada que el vehicle recorre una certa distància, anirà a la botiga 4S per a l'equilibri extern.Això reduirà el cost de tot el BMS del vehicle i també beneficiarà la botiga 4S corresponent.És una situació de guanyar-guanyar per a totes les parts.Per tant, personalment, entenc que això es pot convertir en una tendència!
3.3 Protecció: diagnòstic d'avaries i alarma
La supervisió del BMS es combina amb el maquinari del sistema elèctric i es divideix en diferents nivells de fallada (falla lleu, fallada greu, fallada mortal) segons les diferents condicions de rendiment de la bateria.Es prenen diferents mesures de manipulació en diferents nivells de fallada: avís, limitació de potència o tall directe d'alta tensió.Els errors inclouen errors d'adquisició de dades i racionalitat, fallades elèctriques (sensors i actuadors), fallades de comunicació i fallades de l'estat de la bateria.
Un exemple comú és quan una bateria es sobreescalfa, el BMS determina que la bateria s'està sobreescalfant en funció de la temperatura de la bateria recollida, després controla el circuit d'aquesta bateria per desconnectar, realitza una protecció contra el sobreescalfament i envia una alerta a sistemes de gestió com ara EMS.
3.4 Comunicació
El funcionament normal del BMS no es pot separar de la seva funció de comunicació.Tant si es tracta de controlar la bateria durant la gestió de la bateria, de transmetre l'estat de la bateria al món exterior o de rebre instruccions de control, cal una comunicació estable.
En el sistema de bateria d'alimentació, un extrem del BMS està connectat a la bateria i l'altre extrem està connectat als sistemes de control i electrònics de tot el vehicle.L'entorn general utilitza el protocol CAN, però hi ha una distinció entre utilitzar CAN intern entre components interns del paquet de bateries i utilitzar CAN del vehicle entre el paquet de bateries i tot el vehicle.
En canvi, el BMS d'emmagatzematge d'energia i la comunicació interna utilitzen bàsicament el protocol CAN, però la seva comunicació externa (externa es refereix principalment al sistema d'enviament de centrals d'emmagatzematge d'energia PCS) sovint utilitza formats de protocol d'Internet, protocol TCP/IP i protocol modbus.
4) Emmagatzematge d'energia BMS
Els fabricants de BMS d'emmagatzematge d'energia generalment van evolucionar a partir de BMS de bateries d'energia, de manera que molts dissenys i termes tenen orígens històrics
Per exemple, la bateria d'alimentació generalment es divideix en BMU (Battery Monitor Unit) i BCU (Battery Control Unit), amb la primera recollida de dades i la segona controlant-les.
Com que la cèl·lula de la bateria és un procés electroquímic, diverses cèl·lules de la bateria formen una bateria.A causa de les característiques de cada cel·la de bateria, per precís que sigui el procés de fabricació, hi haurà errors i inconsistències en cada cel·la de bateria al llarg del temps i depenent de l'entorn.Per tant, el sistema de gestió de la bateria és avaluar l'estat actual de la bateria mitjançant paràmetres limitats, que és una mica com un metge de medicina tradicional xinesa que diagnostica un pacient observant els símptomes en lloc de la medicina occidental que requereix anàlisi física i química.L'anàlisi física i química del cos humà és similar a les característiques electroquímiques de la bateria, que es poden mesurar amb instruments experimentals a gran escala.Tanmateix, és difícil que els sistemes integrats avaluïn alguns indicadors de l'electroquímica.Per tant, BMS és com un vell metge de medicina xinesa.
4.1 Arquitectura de tres capes d'emmagatzematge d'energia BMS
A causa del gran nombre de cèl·lules de bateries en els sistemes d'emmagatzematge d'energia, per tal d'estalviar costos, el BMS s'implementa generalment en capes, amb dues o tres capes.Actualment, el corrent principal és de tres capes: control mestre/control mestre/control esclau.
4.2 Descripció detallada del BMS d'emmagatzematge d'energia
5) Situació actual i tendència futura
Hi ha diversos tipus de fabricants que produeixen BMS:
La primera categoria és l'usuari final amb la potència més dominant a la bateria d'energia BMS: fàbriques d'automòbils.De fet, la força de fabricació de BMS més forta a l'estranger també són les fàbriques d'automòbils, com General Motors, Tesla, etc. A casa, hi ha BYD, Huating Power, etc.
La segona categoria són les fàbriques de bateries, incloent fabricants de cèl·lules i fabricants de paquets, com ara Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad, etc.;
El tercer tipus de fabricants de BMS són aquells amb molts anys d'experiència en tecnologia d'electrònica de potència i tenen equips d'R+D amb antecedents universitaris o empresarials relacionats, com Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology i Kegong Electronics.
A diferència del BMS de bateries d'energia, que està dominat principalment pels fabricants de vehicles terminals, sembla que els usuaris finals de bateries d'emmagatzematge d'energia no tenen necessitat ni accions específiques per participar en la investigació, desenvolupament i fabricació de BMS.També és poc probable que gastin molts diners i energia per desenvolupar sistemes de gestió de bateries a gran escala.Per tant, es pot considerar que la indústria BMS de bateries d'emmagatzematge d'energia no té un jugador important amb avantatges absoluts, deixant un gran espai per al desenvolupament i la imaginació per als fabricants i venedors de bateries centrats en l'emmagatzematge d'energia BMS.Si s'estableix el mercat d'emmagatzematge d'energia, donarà als fabricants de bateries i als fabricants professionals de BMS molt marge de desenvolupament i menys resistència competitiva.
Actualment, hi ha relativament pocs fabricants professionals de BMS centrats en el desenvolupament de BMS d'emmagatzematge d'energia, principalment a causa del fet que el mercat d'emmagatzematge d'energia encara està en la seva infància i encara hi ha molts dubtes sobre el desenvolupament futur de l'emmagatzematge d'energia al mercat.Per tant, la majoria de fabricants no han desenvolupat BMS relacionats amb l'emmagatzematge d'energia.En l'entorn empresarial real, també hi ha fabricants que compren BMS de bateries de vehicles elèctrics per utilitzar-los com a BMS per a bateries d'emmagatzematge d'energia.Es creu que, en el futur, també és probable que els fabricants professionals de BMS de vehicles elèctrics esdevinguin una part important dels proveïdors de BMS utilitzats en projectes d'emmagatzematge d'energia a gran escala.
En aquesta etapa, hi ha una manca d'estàndards uniformes per a BMS proporcionats per diversos proveïdors de sistemes d'emmagatzematge d'energia.Els diferents fabricants tenen diferents dissenys i definicions per a BMS i, depenent de les diferents bateries amb les quals siguin compatibles, l'algoritme SOX, la tecnologia d'equalització i el contingut de dades de comunicació carregats també poden variar.En l'aplicació pràctica de BMS, aquestes diferències augmentaran els costos d'aplicació i seran perjudicials per al desenvolupament industrial.Per tant, l'estandardització i la modularització de BMS també serà una direcció de desenvolupament important en el futur.
Hora de publicació: 15-gen-2024