Sistema di Gestione di Batterie BMS Cunniscenza è Funzione, Una Introduzione

U nome cumpletu di BMS hè Battery Management System.Hè un dispositivu chì monitorizza u statutu di e batterie di almacenamiento d'energia.Hè principarmenti utilizatu per a gestione intelligente è u mantenimentu di e cellule di batterie individuali, prevenendu l'overcharging è l'overdischarging di batterie, allargendu a vita di a batteria, è monitorizà u statu di a batteria.In generale, BMS hè rapprisintatu cum'è un circuit board o una scatula hardware.

 

U BMS hè unu di i sottosistemi core di u sistema di almacenamentu di l'energia di a bateria, rispunsevule per u monitoraghju di u statu di u funziunamentu di ogni batteria in l'unità di almacenamentu di l'energia di a batteria è per assicurà u funziunamentu sicuru è affidabile di l'unità di almacenamentu d'energia.U BMS pò monitorà è raccoglie i paràmetri di statutu di a bateria di almacenamentu di l'energia in tempu reale (cumprese, ma micca limitate à a tensione di una sola cellula, a temperatura di u polu di a batteria, a corrente di loop di a batteria, a tensione di terminale di u pacchettu di batteria, a resistenza d'insulazione di u sistema di batteria, etc.), è realizà l'analisi è u calculu necessariu nantu à i paràmetri di statutu pertinenti per ottene più parametri di valutazione di u statutu di u sistema.Puderà ancu ottene un cuntrollu efficace di a batteria di almacenamentu d'energia stessu secondu strategie di cuntrollu di prutezzione specifiche per assicurà u funziunamentu sicuru è affidabile di tutta l'unità di almacenamentu di energia di a batteria.À u stessu tempu, u BMS pò interagisce cù altri dispositi esterni (PCS, EMS, sistema di prutezzione di u focu, etc.) attraversu a so propria interfaccia di cumunicazione è l'interfaccia di input analogica / digitale per formà un cuntrollu di ligame di diversi sottosistemi in tutta a putenza di almacenamentu di energia. stazione, assicurendu un funziunamentu sicuru, affidabile è efficaci di a rete cunnessa à a centrale elettrica.

2) Architettura

Da a perspettiva di l'architettura di topologia, BMS hè divisu in duie categurie: centralizatu è distribuitu secondu e diverse esigenze di u prugettu.

 

BMS centralizzata

Simply put, centralized BMS uses a single BMS hardware to collect all the cells, chì hè adattatu per scenarii cù poche cellule.

U BMS centralizatu hà i vantaghji di u prezzu bassu, a struttura compatta, è l'alta affidabilità, è hè comunmente utilizatu in scenarii cù bassa capacità, bassa pressione totale, è un picculu voluminu di u sistema di batterie, cum'è arnesi, robots (robot di manipulazione, robot d'assistenza), Case intelligenti IOT (robot di spazzatura, aspiratori elettrici), carrelli elevatori elettrici, veiculi elettrici à bassa velocità (biciclette elettriche, motociclette elettriche, vitture turistiche elettriche, vitture elettriche di pattuglia, carretti elettrici di golf, etc.), è veiculi ibridi ligeri.

L'hardware BMS centralizatu pò esse divisu in zone d'alta tensione è di bassa tensione.L'area d'alta tensione hè rispunsevule per a cullizzioni di a tensione di una sola cellula, a tensione tutale di u sistema, è di monitorà a resistenza d'insulazione.L'area di bassa tensione include circuiti di alimentazione, circuiti CPU, circuiti di cumunicazione CAN, circuiti di cuntrollu, etc.

Cum'è u sistema di batterie di putere di i veiculi di passageru cuntinueghja à sviluppà versu una capacità elevata, una pressione tutale alta è un grande volume, l'architetture BMS distribuite sò principarmenti aduprate in mudelli di veiculi elettrichi ibridi plug-in è puri.

BMS distribuitu

Attualmente, ci sò diversi termini per BMS distribuiti in l'industria, è diverse cumpagnie anu nomi diffirenti.A batteria di energia BMS hà principalmente una architettura master-slave à dui livelli:

 

U BMS di almacenamentu d'energia hè di solitu una architettura di trè livelli per via di a grande dimensione di u pacchettu di bateria, cù una strata di cuntrollu maestru sopra l'esclave è i strati di cuntrollu principali.

Cum'è e batterie formanu gruppi di batterie, chì à u turnu formanu pile, u BMS à trè livelli seguita ancu a listessa regula ascendente:

Da u cuntrollu: unità di gestione di batterie (BMU), chì raccoglie infurmazioni da batterie individuali.

Monitorà a tensione è a temperatura di a cellula di a bateria

Equalizazione di a batteria in u pacchettu

Caricà l'infurmazioni

gestione termale

Alarma anormale

Cuntrollu maestru: Unità di gestione di cluster di batterie: BCU (unità di cluster di batteria, cunnisciuta ancu com'è unità di gestione di alta tensione HVU, BCMU, etc.), rispunsevuli di cullà l'infurmazioni BMU è di cullà l'infurmazioni di u cluster di batterie.

Acquisizione di corrente di cluster di batteria, acquisizione di tensione totale, rilevazione di fughe

Prutezzione di spegnimentu quandu u statutu di a bateria hè anormale

Sottu a gestione di BMS, a calibrazione di capacità è a calibrazione SOC pò esse cumpletata separatamente cum'è a basa per a gestione di carica è scaricamentu sussegwenti.

L'unità di gestione di l'array di batterie (BAU) hè rispunsevule per a gestione centralizata di e batterie in tutta a pila di batterie di almacenamento di energia.Cunnette à diverse unità di gestione di cluster di batterie è scambia infurmazioni cù altri dispositi per furnisce feedback nantu à u statu di u funziunamentu di l'array di batterie.

Gestione di carica è scaricamentu di l'array di batterie

Sistema BMS di autocontrollo è alarme di diagnosi di difetti

Alarma di diagnostica di difetti di batteria

Prutezzione di sicurità per diverse anomalie è difetti in a matrice di batterie

Cumunicà cù altri dispositi cum'è PCS è EMS

L'almacenamiento, a trasmissione è u trattamentu di dati

Livellu di gestione di batterie: rispunsevuli di cullà diverse informazioni (tensione, temperatura) di batterie individuali, calculendu è analizà SOC è SOH di batterie, ottenendu l'equalizazione attiva di batterie individuali, è caricate infurmazioni anormali di batterie individuali à u stratu di unità di batterie BCMU.Per mezu di a cumunicazione esterna CAN, hè interconnessu attraversu una catena margherita.

Livellu di gestione di a batteria: rispunsevuli di raccoglie diverse informazioni da e batterie individuali caricate da u BMU, raccoglie diverse informazioni nantu à u pacchettu di batterie (voltage di u pacchettu, temperatura di u pacchettu), carica di batterie è scaricamentu di corrente, calculà è analizà u SOC è SOH di u pacchettu di batterie. , è caricate tutte l'infurmazioni à a capa di unità di cluster di batterie BAMS.Per mezu di a cumunicazione esterna CAN, hè interconnessu attraversu una catena margherita.

Livellu di gestione di cluster di batterie: rispunsevuli di cullà diverse informazioni di batteria caricate da BCMU è di carica tutte l'infurmazioni à u sistema EMS di monitoraghju di l'energia per via di l'interfaccia RJ45;cumunicà cù PCS per mandà infurmazioni anormali pertinenti di a batteria à PCS (interfaccia CAN o RS485), è equipatu di nodi secchi di hardware per cumunicà cù PCS.Inoltre, eseguisce a valutazione di u sistema di batterie BSE (Stima di u Statu di Batteria), a rilevazione di u statutu di u sistema elettricu, a gestione di u cuntattu, a gestione termica, a gestione di l'operazione, a gestione di carica, a gestione di diagnostica, è eseguisce a gestione di a rete di cumunicazione interna è esterna.Comunica cù i subordinati attraversu CAN.

3) Chì faci BMS?

E funzioni di BMS sò numerose, ma u core è ciò chì avemu più preoccupatu sò trè aspetti:

Unu hè sensu (gestione statale), chì hè a funzione basica di BMS.Misura a tensione, a resistenza, a temperatura, è in fine sente u statu di a bateria.Vulemu sapè quale hè u statu di a bateria, quantu energia è capacità hà, quantu hè sana, quantu putenza pruduce, è quantu hè sicura.Questu hè sensu.

U sicondu hè a gestione (gestione di equilibriu).Certi pirsuni dicenu chì BMS hè a nanna di a bateria.Allora sta nanna duveria gestisce.Cosa à gestisce?Hè per fà a bateria u megliu pussibule.U più basicu hè a gestione di l'equilibriu è a gestione termale.

U terzu hè a prutezzione (gestione di sicurità).A nanna hà ancu un travagliu da fà.Se a bateria hà qualchì statutu, deve esse prutetta è un alarme deve esse risuscitatu.

Di sicuru, ci hè ancu un cumpunente di gestione di cumunicazione chì trasferisce dati in o fora di u sistema attraversu certi protokolli.

BMS hà parechje altre funzioni, cum'è u cuntrollu di l'operazione, u monitoraghju di l'insulation, a gestione termale, etc., chì ùn sò micca discututi quì.

 

3.1 Percezione - Misurazione è Stima

A funzione basica di BMS hè di misurà è stime i paràmetri di a bateria, cumpresi i paràmetri di basa cum'è a tensione, l'attuali, a temperatura è u statu, è ancu i calculi di dati di u statu di a batteria cum'è SOC è SOH.U campu di batterie di putenza implica ancu calculi di SOP (statu di putenza) è SOE (statu di energia), chì ùn sò micca discututi quì.Fighjemu nantu à i primi dui dati più utilizati.

Misurazione cellulare

1) Misurazione di l'infurmazioni di basa: A funzione più basica di u sistema di gestione di a batteria hè di misurà a tensione, l'attuali è a temperatura di e cellule di batterie individuali, chì hè u fundamentu per tutti i calculi di primu livellu è a logica di cuntrollu in u sistema di gestione di a batteria.

2) Test di resistenza d'insulazione: A prova d'insulazione hè necessaria per tuttu u sistema di batterie è u sistema d'alta tensione in u sistema di gestione di a batteria.

3) Rilevazione di interlock d'alta tensione (HVIL): usata per cunfirmà l'integrità di tuttu u sistema d'alta tensione è inizià e misure di sicurezza quandu l'integrità di u ciclu di u sistema d'alta tensione hè cumprumessa.

U calculu SOC

SOC si riferisce à u Statu di Carica, chì hè a capacità restante di a bateria.Simply put, hè quantu putenza resta in a bateria.

SOC hè u paràmetru più impurtante in BMS, cum'è tuttu u restu hè basatu annantu à questu.Dunque, a so precisione è robustezza (cunnisciutu ancu com'è capacità di correzione di errore) sò estremamente impurtanti.Senza SOC precisu, nisuna quantità di funzione di prutezzione pò fà chì BMS funziona bè, postu chì a bateria serà spessu in un statu prutettu, facendu impussibile allargà a vita di a bateria.

Attualmente, i metudi di stima SOC mainstream includenu u metudu di tensione di circuitu apertu, u metudu di integrazione attuale, u metudu di filtru Kalman è u metudu di rete neurale.I primi dui metudi sò cumunimenti usati.L'ultimi dui metudi implicanu cunniscenze avanzate cum'è mudelli di integrazione è intelligenza artificiale, chì ùn sò micca dettagliati quì.

In l'applicazioni pratiche, parechji algoritmi sò spessu usati in cumminazione, cù diversi algoritmi chì sò aduttati secondu u statutu di carica è scaricamentu di a batteria.

Metudu di tensione di circuitu apertu

U principiu di u metudu di tensione aperta-circuit hè di utilizà a rilazioni funziunali relativamente fissu trà a tensione di u circuitu apertu è SOC sottu a cundizione di a stallazione statica longu di a bateria, è cusì stima SOC basatu nantu à a tensione di u circuitu apertu.A bicicletta elettrica di batteria di piombo-acidu usata prima usa stu metudu per stimà SOC.U metudu di tensione di circuitu apertu hè simplice è cunvene, ma ci sò ancu assai svantaghji:

1. A bateria deve esse lasciata in piedi per un bellu pezzu, altrimenti a tensione di u circuitu apertu serà difficiule di stabilizzà in un cortu periodu di tempu;

2. Ci hè un plateau di voltage in batterie, in particulare batterie di fosfatatu di ferru di lithium, induve a tensione terminale è a curva SOC sò apprussimatamente lineari durante a gamma SOC30% -80%;

3. A bateria hè in diverse temperature o diverse tappe di vita, è ancu s'è a tensione di u circuitu apertu hè a stessa, a diferenza SOC attuale pò esse grande;

Cum'è mostra in a figura sottu, quandu usemu sta bicicletta elettrica, se u SOC attuale hè indicatu cum'è 100%, a tensione scende quandu accelerà, è u putere pò esse indicatu cum'è 80%.Quandu smettemu di accelerà, a tensione aumenta, è u putere torna à 100%.Allora a visualizazione di a putenza di u nostru scooter elettricu ùn hè micca precisa.Quandu ci fermemu, hà u putere, ma quandu avemu principiatu, si manca u putere.Questu pò esse micca un prublema cù a bateria, ma pò esse dovutu à l'algoritmu SoC di u BMS chì hè troppu simplice.

Metudu integrale An-Shi

U metudu di integrazione Anshicontinuous calcula direttamente u valore SOC in tempu reale attraversu a definizione di SOC.

Data u valore SOC iniziale, sempre chì u currente di a bateria pò esse misurata (induve a corrente di scaricamentu hè pusitiva), u cambiamentu di a capacità di a bateria pò esse calculatu accuratamente per l'integrazione attuale, risultatu in u SOC restante.

Stu metudu hà risultati di stima relativamente affidabile in un cortu periodu di tempu, ma per via di l'errori di misurazione di u sensoru di corrente è a degradazione graduale di a capacità di a bateria, l'integrazione attuale à longu andà introducerà certe deviazioni.Per quessa, hè generalmente usatu in cungiunzione cù u metudu di tensione di circuitu apertu per stimà u valore iniziale per l'estimazione SOC cù esigenze di precisione bassa, è pò ancu esse usatu in cungiunzione cù u metudu di filtrazione Kalman per a prediczione SOC à cortu termine.

SOC (State Of Charge) appartene à l'algoritmu di cuntrollu core di BMS, chì rapprisenta u statutu di capacità restante attuale.Hè rializatu principarmenti attraversu u metudu di integrazione ampere-ora è l'algoritmu EKF (Extended Kalman Filter), cumminatu cù strategie di currezzione (cum'è a correzione di tensione in circuitu apertu, a correzione di carica completa, a correzione di fine di carica, a currezzione di capacità sottu diverse temperature è SOH, ecc.).U metudu di integrazione ampere-ora hè relativamente affidabile sottu a cundizione di assicurà a precisione di l'acquisizione attuale, ma ùn hè micca robusta.A causa di l'accumulazione di errori, deve esse cumminata cù strategie di correzione.U metudu EKF hè robustu ma l'algoritmu hè relativamente cumplessu è difficiule da implementà.I pruduttori mainstream domestici ponu ottene una precisione di menu di 6% à a temperatura di l'ambienti, ma stimà à e temperature alte è bassu è l'attenuazione di a bateria hè difficiule.

Correzione SOC

A causa di i fluttuazioni attuali, u SOC stimatu pò esse imprecisu, è diverse strategie di currezzione devenu esse incorporate in u prucessu di stima.

 

U calculu SOH

SOH si riferisce à u Statu di Salute, chì indica u statu di salute attuale di a bateria (o u gradu di degradazione di a bateria).Hè tipicamenti rapprisintatu cum'è un valore trà 0 è 100%, cù valori sottu à 80% generalmente cunzidiratu per indicà chì a bateria ùn hè più utilizable.Pò esse rapprisintatu da cambiamenti in a capacità di a bateria o a resistenza interna.Quandu si usa a capacità, a capacità attuale di a bateria attuale hè stimata nantu à e dati da u prucessu di u funziunamentu di a bateria, è u rapportu di questu à a capacità nominale hè u SOH.Un SOH precisu migliurà a precisione di stima di altri moduli quandu a bateria si deteriora.

Ci hè duie definizioni diffirenti di SOH in l'industria:

Definizione SOH basata nantu à a capacità di fade

Durante l'usu di batterie di lithium-ion, u materiale attivu in a bateria diminuisce gradualmente, a resistenza interna aumenta, è a capacità decade.Dunque, SOH pò esse stimatu da a capacità di a bateria.U statu di salute di a bateria hè spressione cum'è u rapportu di a capacità attuale à a capacità iniziale, è u so SOH hè definitu cum'è:

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

Induve: C_fade hè a capacità persa di a bateria;C_standard hè a capacità nominale.

A norma IEEE 1188-1996 stipula chì quandu a capacità di a bateria di putenza cade à 80%, a bateria deve esse rimpiazzata.Per quessa, avemu di solitu cunsiderà chì a bateria SOH ùn hè micca dispunibule quandu hè sottu à 80%.

Definizione SOH basata nantu à l'attenuazione di putenza (Power Fade)

L'anziane di quasi tutti i tipi di batterie portanu à un aumentu di a resistenza interna di a batteria.A più alta hè a resistenza interna di a bateria, più bassa hè a putenza dispunibule.Dunque, u SOH pò esse stimatu cù l'attenuazione di putenza.

3.2 Management - Tecnulugia equilibrata

Ogni batteria hà a so propria "personalità"

Per parlà di equilibriu, avemu da principià cù batterie.Ancu e batterie prodotte in u stessu batch da u stessu fabricatore anu u so propiu ciclu di vita è "personalità" - a capacità di ogni bateria ùn pò esse esattamente a stessa.Ci hè dui motivi per sta incongruenza:

Unu hè l'incongruenza di a produzzione cellula

Unu hè l'inconsistenza di reazzione elettrochimica.

incoerenza di pruduzzione

L'incoerenza di a produzzione hè faciule da capisce.Per esempiu, durante u prucessu di pruduzzione, inconsistenzi di diafragma è inconsistenzi di materiale di catodu è anodu ponu risultatu in inconsistenzii di capacità generale di a bateria.Una batteria standard 50AH pò diventà 49AH o 51AH.

inconsistenza elettrochimica

L'inconsistenza di l'elettrochimica hè chì in u prucessu di carica è scaricamentu di a bateria, ancu s'è a pruduzzione è a trasfurmazioni di e duie cellule sò identiche, l'ambiente termale ùn pò mai esse coherente in u prucessu di reazzione elettrochimica.Per esempiu, quandu facenu moduli di bateria, a temperatura di l'anellu circundante deve esse più bassu di quella di u mediu.Questu risultatu in l'incoerenza à longu andà trà e quantità di carica è di scaricamentu, chì à u turnu porta à a capacità di cellula di bateria inconsistente;Quandu i currenti di carica è scaricamentu di u film SEI nantu à a cellula di a bateria sò inconsistenti per un bellu pezzu, l'anzianu di a film SEI serà ancu inconsistente.

* Film SEI: "interfaccia di elettroliti solidi" (interfaccia di elettroliti solidi).Durante u primu prucessu di scaricamentu di carica di a batteria di ioni di litio liquidu, u materiale di l'elettrodu reagisce cù l'elettrolitu nantu à l'interfaccia di fase solida-liquida per furmà una strata di passivazione chì copre a superficia di u materiale di l'elettrodu.A film SEI hè un insulatore elettronicu, ma un eccellente cunduttore di ioni di litiu, chì ùn solu prutege l'elettrodu, ma ancu ùn affetta micca a funzione di a bateria.L'anziane di u film SEI hà un impattu significativu in a salute di a bateria.

Dunque, a non-uniformità (o a discrezione) di i pacchetti di batterie hè una manifestazione inevitabbile di u funziunamentu di a bateria.

Perchè l'equilibriu hè necessariu

E batterie sò diverse, perchè ùn pruvate micca di fà u listessu?Perchè l'incoerenza affetterà a prestazione di a batteria.

U pacchettu di batterie in serie seguita l'effettu di u canna corta: in u sistema di batterie in serie, a capacità di tuttu u sistema di batterie hè determinata da a più chjuca unità unica.

Supponete chì avemu un pacchettu di batterie custituitu da trè batterie:

Sapemu chì l'overcharging è l'overdischarging ponu dannà seriamente e batterie.Per quessa, quandu a bateria B hè cumplettamente carica durante a carica o quandu u SoC di a batteria B hè assai bassu durante a scaricazione, hè necessariu di piantà a carica è a scaricamentu per prutege a batteria B. In u risultatu, u putere di e batterie A è C ùn pò micca esse cumplettamente. utilizatu.

Questu porta à:

A capacità utile reale di a batteria hè diminuita: A batteria A è C, chì anu pussutu utilizà a capacità dispunibile, ùn sò avà incapace di fà per allughjà a Batteria B. Hè cum'è duie persone nantu à trè gammi ligati inseme, cù u persona più alta incapace di fà grandi passi.

Riduzzione di a vita di a bateria: una lunghezza di stride più chjuca richiede più passi è fa e gambe più stancu.Cù una capacità ridutta, u nùmeru di ciculi di carica è scaricamentu aumenta, risultatu in una degradazione di a bateria più grande.Per esempiu, una sola cellula pò ottene 4000 cicli à 100% DoD, ma in l'usu attuale ùn pò micca ghjunghje à 100% è u numeru di ciculi certamenti ùn ghjunghjerà micca à 4000.

* DoD, Profundità di scaricamentu, rapprisenta u percentuale di a capacità di scaricamentu di a batteria à a capacità nominale di a batteria.

L'incongruenza di e batterie porta à una diminuzione di u rendiment di a bateria.Quandu a dimensione di u modulu di a batteria hè grande, parechje stringhe di batterie sò cunnessi in serie, è una grande diferenza di tensione unica pruvucarà a capacità di tutta a scatula à diminuisce.Più batterie cunnesse in serie, più capacità perdenu.Tuttavia, in e nostre applicazioni, in particulare in l'applicazioni di u sistema di almacenamentu di energia, ci sò duie esigenze impurtanti:

U primu hè una batteria di longa vita, chì pò riduce assai i costi di operazione è di mantenimentu.U sistema di almacenamentu di energia hà esigenze elevate per a vita di u pacchettu di bateria.A maiò parte di i domestici sò pensati per 15 anni.Se assumemu 300 cicli annu, 15 anni hè 4500 cicli, chì hè sempre assai altu.Avemu bisognu di maximizà a vita di ogni bateria in modu chì a vita tutale di tuttu u pacchettu di bateria pò ghjunghje à a vita di u disignu quant'è pussibule, è riduce l'impattu di a dispersione di a bateria nantu à a vita di a bateria.

U secondu ciculu prufondu, soprattuttu in u scenariu di l'applicazione di rasatura di piccu, alliberendu un kWh più di elettricità purterà un puntu più di ingressu.Vale à dì, faremu 80% DoD o 90% DoD.Quandu u ciculu prufondu hè utilizatu in u sistema di almacenamentu d'energia, a dispersione di a bateria durante a scarica di a cuda serà manifestata.Dunque, per assicurà a liberazione cumpleta di a capacità di ogni cellula in a cundizione di carica profonda è scarica profonda, hè necessariu dumandà à u BMS di almacenamentu di energia per avè una forte capacità di gestione di equalizazione è suppressione l'occurrence di coerenza trà e cellule di batteria. .

Sti dui esigenze sò esattamente contru à l'inconsistenza di a bateria.Per ottene applicazioni di batterie più efficaci, duvemu avè una tecnulugia di equilibriu più efficace per riduce l'impattu di l'incoerenza di a batteria.

tecnulugia di equilibriu

A tecnulugia di equalizazione di batterie hè una manera di fà e batterie cù capacità diverse u listessu.Ci sò dui metudi di equalizazione cumuni: equalizazione unidirezionale di dissipazione di energia (equalizazione passiva) è equalizazione bidirezionale di trasferimentu di energia (equalizazione attiva).

(1) Bilanciu passivu

U principiu di equalizazione passiva hè di mette in parallelu una resistenza di scaricamentu commutabile in ogni fila di batterie.U BMS cuntrola a resistenza di scaricamentu per scaricate e cellule di tensione più alta, dissipandu l'energia elettrica cum'è calore.Per esempiu, quandu a bateria B hè guasi cumpletamente carica, l'interruttore hè apertu per permette à a resistenza di a bateria B di dissiparà l'eccessu di energia elettrica cum'è calore.Allora a carica cuntinueghja finu à chì e batterie A è C sò ancu cariche.

Stu metudu pò solu scaricate cellule d'alta tensione, è ùn pò micca ricaricà e cellule di bassa capacità.A causa di a limitazione di u putere di a resistenza di scaricamentu, u currente di equalizazione hè generalmente chjucu (menu di 1A).

I vantaghji di l'equalizazione passiva sò low cost è u disignu di circuitu simplice;i disadvantages sò chì hè basatu annantu à a capacità di a bateria più bassa per l'equalizazione, chì ùn pò micca aumentà a capacità di e batterie cù a capacità restante, è chì u 100% di u putere equalized hè persu in forma di calore.

(2) Bilanciu attivu

Per mezu di l'algoritmi, parechje stringhe di batterie trasferiscenu l'energia di e cellule d'alta tensione à e cellule di bassa tensione utilizendu cumpunenti di almacenamento di energia, scaricate e batterie di tensione più alta è utilizendu l'energia liberata per carica e cellule di tensione più bassa.L'energia hè principalmente trasferita invece di dissipata.

In questu modu, durante a carica, a batteria B, chì righjunghji u 100% di tensione prima, si scarica in A è C, è e trè batterie sò cumpletamente caricate inseme.Durante a scaricamentu, quandu a carica restante di a bateria B hè troppu bassu, A è C "carica" ​​B, perchè a cellula B ùn ghjunghje micca u sogliu SOC per piantà a scarica cusì rapidamente.

Funzioni principali di a tecnulugia di equilibriu attivu

(1) Equilibrate a tensione alta è bassa per migliurà l'efficienza di u pacchettu di batterie: durante a carica è a scaricamentu è in u restu, e batterie d'alta tensione ponu esse scaricate è e batterie di bassa tensione ponu esse caricate;

(2) Trasferimentu d'energia Low-loss: l'energia hè principalmente trasferita piuttostu chè solu persa, migliurà l'efficienza di l'utilizazione di u putere;

(3) Large equilibrium current: Generalmente, u currente di equilibriu hè trà 1 è 10A, è l'equilibriu hè più veloce;

L'equalizazione attiva richiede a cunfigurazione di i circuiti currispondenti è i dispositi di almacenamento di energia, chì porta à un grande voluminu è un costu aumentatu.Sti dui cundizioni inseme determinanu chì l'equalizazione attiva ùn hè micca faciule per esse promossa è applicata.

Inoltre, u prucessu di carica è scaricamentu di equalizazione attiva aumenta implicitamente a vita di u ciclu di a bateria.Per e cellule chì necessitanu di carica è di scaricamentu per ottene l'equilibriu, a carica di travagliu supplementu pò causà à superà l'invechjamentu di e cellule ordinarie, risultatu in un gap di rendiment più grande cù altre cellule.

Certi sperti credi chì e duie espressioni sopra deve currisponde à l'equilibriu dissipativu è l'equilibriu non-dissipative.S'ellu hè attivu o passiu deve dipende da l'avvenimentu chì attiva u prucessu di equilibriu.Se u sistema righjunghji un statu induve deve esse passivu, hè passiu.S'ellu hè stabilitu da l'omu, stabilisce u prugramma di equilibriu quandu ùn hè micca necessariu esse equilibratu hè chjamatu equilibriu attivu.

Per esempiu, quandu u scaricamentu hè à a fine, a cellula di tensione più bassu hà righjuntu a tensione di cut-off di scaricamentu, mentre chì altre cellule anu sempre u putere.À questu tempu, per scaricate quant'è l'electricità pussibule, u sistema trasferisce l'electricità di e cellule d'alta energia à e cellule di bassa energia, chì permettenu u prucessu di scaricamentu per cuntinuà finu à chì tuttu u putere hè scaricatu.Questu hè un prucessu di equalizazione passiva.Se u sistema predice chì ci sarà un sbilanciamentu à a fine di scaricamentu quandu ci hè sempre u 40% di u putere, hà da inizià un prucessu di equalizazione attivu.

L'equalizazione attiva hè divisa in metudi centralizzati è decentralizati.U metudu di equalizazione centralizata uttene l'energia da tuttu u pacchettu di batterie, è dopu usa un dispositivu di cunversione d'energia per supplementà l'energia à e batterie cù menu energia.L'equalizazione decentralizata implica un ligame d'almacenamiento d'energia trà e batterie adiacenti, chì pò esse un inductor o un condensatore, chì permettenu l'energia di flussu trà e batterie adiacenti.

In l'attuale strategia di cuntrollu di equilibriu, ci sò quelli chì piglianu a tensione di a cellula cum'è u paràmetru di destinazione di cuntrollu, è ci sò ancu quelli chì prupone l'usu di SOC cum'è u paràmetru di destinazione di cuntrollu di equilibriu.Pigliendu a tensione di cellula per esempiu.

Prima, stabilisce un paru di valori di soglia per inizià è finisce l'equalizazione: per esempiu, in un inseme di batterie, quandu a diffarenza trà a tensione estrema di una sola cellula è a tensione media di u settore righjunghji 50mV, l'equalizazione hè iniziata, è quandu ghjunghje à 5mV, l'equalizazione hè finita.

U BMS recullà a tensione di ogni cellula secondu un ciculu d'acquistu fissu, calculate u valore mediu, è dopu calculate a diffarenza trà ogni voltage cellula è u valore mediu;

Se a diferenza massima righjunghji 50mV, u BMS hà bisognu di inizià u prucessu di equalizazione;

Cuntinuà u passu 2 durante u prucessu di equalizazione finu à chì i valori di a diferenza sò tutti menu di 5mV, è dopu finisce l'equalizazione.

Semu devi esse nutatu chì micca tutti i BMS necessanu stu passu, è e strategie successive pò varià secondu u metudu di equilibriu.

A tecnulugia di equilibriu hè ancu ligata à u tipu di bateria.Hè generalmente crede chì LFP hè più adattatu per u equilibriu attivu, mentre chì e batterie ternarie sò adattati per u equilibriu passiu.

U stadiu di intensa cumpetizione in BMS hè soprattuttu sustinutu da u costu è affidabilità.Attualmente, a verificazione sperimentale di l'equilibriu attivu ùn hè ancu stata ottenuta.U livellu di sicurità funziunale hè previstu di passà versu ASIL-C è ASIL-D, ma u costu hè abbastanza altu.Per quessa, l'attuale grande cumpagnie sò prudenti in a ricerca di equilibriu attivu.Alcune grandi fabbriche volenu ancu annullà u modulu di equilibriu è avè tutti l'equilibriu realizatu esternamente, simili à u mantenimentu di i veiculi di carburante.Ogni volta chì u veiculu viaghja una certa distanza, andarà à a tenda 4S per equilibriu esternu.Questu hà da riduce u costu di tuttu u veiculu BMS è ancu benefiziu a tenda 4S currispondente.Hè una situazione win-win per tutti i partiti.Dunque, personalmente, capiscu chì questu pò diventà una tendenza!

3.3 Prutezzione - diagnosi di difetti è alarme

U monitoraghju BMS hè assuciatu cù u hardware di u sistema elettricu, è hè divisu in diversi livelli di fallimentu (fallimentu minore, fallimentu seriu, fallimentu fatale) secondu e diverse cundizioni di rendiment di a bateria.Diverse misure di manipolazione sò pigliate in diversi livelli di fallimentu: avvisu, limitazione di putenza o cut-off direttu di alta tensione.I fallimenti includenu l'acquisizione di dati è i fallimenti di razionalità, fallimenti elettrici (sensori è attuatori), fallimenti di cumunicazione è fallimenti di u statu di a bateria.

Un esempiu cumuni hè quandu una batteria surriscalda, u BMS determina chì a bateria hè surriscaldata basatu annantu à a temperatura di a bateria cullata, poi cuntrolla u circuitu di sta batteria per disconnect, esegue a prutezzione di surriscaldamentu, è manda una alerta à i sistemi di gestione cum'è EMS.

3.4 A cumunicazione

U funziunamentu normale di BMS ùn pò esse separatu da a so funzione di cumunicazione.Ch'ella sia cuntrullà a bateria durante a gestione di a batteria, trasmette u statutu di a bateria à u mondu esternu, o riceve struzzioni di cuntrollu, una cumunicazione stabile hè necessaria.

In u sistema di batterie di u putere, una estremità di u BMS hè cunnessu à a bateria, è l'altru finale hè cunnessu à i sistemi di cuntrollu è elettronicu di tuttu u veiculu.L'ambiente generale usa u protokollu CAN, ma ci hè una distinzione trà l'usu di u CAN internu trà i cumpunenti internu di u pacchettu di bateria è l'usu di u CAN di u veiculu trà u pacchettu di bateria è u veiculu sanu.

In cuntrastu, l'almacenamiento d'energia BMS è a cumunicazione interna utilizanu basamente u protocolu CAN, ma a so cumunicazione esterna (esternu si riferisce principarmenti à u sistema di dispatching di stazioni di energia di almacenamento di energia PCS) spessu usa furmati di protocolu Internet TCP / IP è u protocolu modbus.

4) Almacenamiento d'energia BMS

I pruduttori di BMS di almacenamiento d'energia sò generalmente evoluzionati da a batteria di energia BMS, tanti disinni è termini anu origini storichi

Per esempiu, a bateria di l'energia hè generalmente divisa in BMU (Battery Monitor Unit) è BCU (Battery Control Unit), cù l'anzianu chì raccoglie dati è l'ultimi cuntrollanu.

Perchè a cellula di bateria hè un prucessu elettrochimicu, parechje cellule di bateria formanu una bateria.A causa di e caratteristiche di ogni cellula di bateria, ùn importa micca quantu precisu u prucessu di fabricazione hè, ci saranu errori è inconsistenzi in ogni cellula di bateria cù u tempu è secondu l'ambiente.Per quessa, u sistema di gestione di a batteria hè di valutà u statu attuale di a batteria per mezu di paràmetri limitati, chì hè un pocu cum'è un duttore di medicina tradiziunale cinese chì diagnostica un paziente osservendu i sintomi invece di a medicina occidentale chì richiede analisi fisiche è chimiche.L'analisi fisicu è chimicu di u corpu umanu hè simile à e caratteristiche elettrochimiche di a bateria, chì ponu esse misurata da strumenti sperimentali à grande scala.Tuttavia, hè difficiule per i sistemi incrustati per evaluà certi indicatori di l'elettrochimica.Dunque, BMS hè cum'è un vechju duttore di medicina cinese.

4.1 Architettura à trè strati di BMS di almacenamiento d'energia

A causa di u gran numaru di cellule di batterie in i sistemi di almacenamentu di energia, per risparmià i costi, BMS hè generalmente implementatu in strati, cù dui o trè strati.Attualmente, u mainstream hè di trè strati: cuntrollu maestru / cuntrollu maestru / cuntrollu slave.

4.2 Descrizzione dettagliata di u BMS di almacenamiento d'energia

5) Situazione attuale è tendenza futura

Ci sò parechji tippi di fabricatori chì pruducenu BMS:

A prima categuria hè l'utilizatori finali cù u putere più dominante in a bateria di energia BMS - fabbrica di vitture.In fatti, a forza di fabricazione BMS più forte à l'esteru hè ancu e fabbriche di vitture, cum'è General Motors, Tesla, etc. In casa, ci sò BYD, Huating Power, etc.

A seconda categuria hè e fabbriche di batterie, cumpresi i pruduttori di cellula è i pruduttori di pacchetti, cum'è Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad, etc.;

U terzu tippu di fabricatori di BMS sò quelli chì anu parechji anni di sperienza in a tecnulugia di l'elettronica di putere, è anu squadre di R & D cù sfondi universitarii o imprese in relazione, cum'è Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology è Kegong Electronics.

A cuntrariu di u BMS di batterie di putenza, chì hè principarmenti duminatu da i fabricatori di veìculi terminali, pare chì l'utilizatori finali di batterie di almacenamiento d'energia ùn anu micca bisognu o azzioni specifiche per participà à a ricerca è u sviluppu è a fabricazione di BMS.Hè ancu improbabile chì passanu assai soldi è energia per sviluppà sistemi di gestione di batterie à grande scala.Dunque, si pò esse cunsideratu chì l'industria BMS di batterie di almacenamento d'energia ùn manca un attore impurtante cù vantaghji assoluti, lascendu un spaziu enormu per u sviluppu è l'imaginazione per i pruduttori di batterie è i venditori chì si concentranu in u BMS di almacenamentu di energia.Se u mercatu di almacenamiento d'energia hè stabilitu, darà à i pruduttori di batterie è à i pruduttori di BMS prufessiunali assai spaziu per u sviluppu è a resistenza menu competitiva.

Attualmente, ci sò relativamente pochi pruduttori di BMS prufessiunali focalizati nantu à u sviluppu di l'almacenamiento d'energia BMS, soprattuttu per u fattu chì u mercatu di almacenamiento d'energia hè sempre in a so zitiddina è ci sò ancu assai dubbii nantu à u futuru sviluppu di l'almacenamiento d'energia in u mercatu.Dunque, a maiò parte di i fabricatori ùn anu micca sviluppatu BMS in relazione à u almacenamentu di energia.In l'ambiente di l'affari attuale, ci sò ancu pruduttori chì compranu batterie di veiculi elettrichi BMS per l'utilizazione cum'è BMS per batterie di almacenamento di energia.Hè cresce chì in u futuru, i pruduttori di BMS di veiculi elettrichi prufessiunali sò ancu prubabili di diventà una parte impurtante di i fornituri BMS utilizati in prughjetti di almacenamentu di energia à grande scala.

In questa fase, ci hè una mancanza di standard uniformi per BMS furniti da diversi fornitori di sistemi di almacenamentu di energia.Diversi fabricatori anu diversi disinni è definizioni per BMS, è secondu e diverse batterie chì sò cumpatibili, l'algoritmu SOX, a tecnulugia di equalizazione è u cuntenutu di dati di cumunicazione caricati pò ancu varià.In l'applicazione pratica di BMS, tali differenze aumenteranu i costi di l'applicazioni è dannu à u sviluppu industriale.Dunque, a standardizazione è a modularizazione di BMS serà ancu una direzzione di sviluppu impurtante in u futuru.