Battery Management System Znalost a funkce BMS, úvod

Celý název BMS je Battery Management System.Jde o zařízení, které monitoruje stav akumulátorů energie.Slouží především k inteligentní správě a údržbě jednotlivých článků baterie, zamezení přebíjení a nadměrnému vybíjení baterií, prodloužení životnosti baterie a sledování stavu baterie.Obecně je BMS reprezentován jako obvodová deska nebo hardwarová krabice.

 

BMS je jedním ze základních subsystémů bateriového systému ukládání energie, který je zodpovědný za monitorování provozního stavu každé baterie v bateriové akumulační jednotce a zajišťuje bezpečný a spolehlivý provoz energetické akumulační jednotky.BMS může monitorovat a shromažďovat stavové parametry akumulátoru energie v reálném čase (včetně, ale bez omezení na napětí jednoho článku, teplotu pólu baterie, proud smyčky baterie, svorkové napětí baterie, izolační odpor systému baterie atd.) a proveďte potřebnou analýzu a výpočet relevantních stavových parametrů, abyste získali více parametrů vyhodnocení stavu systému.Může také dosáhnout efektivního řízení samotné energetické akumulátorové baterie podle specifických strategií řízení ochrany, aby byl zajištěn bezpečný a spolehlivý provoz celé bateriové akumulační jednotky.Současně může BMS interagovat s dalšími externími zařízeními (PCS, EMS, protipožární systém atd.) prostřednictvím vlastního komunikačního rozhraní a analogového/digitálního vstupního rozhraní a vytvořit tak propojení různých subsystémů v celém energetickém zásobníku energie. stanice, zajišťující bezpečný, spolehlivý a efektivní provoz elektrárny připojený k síti.

2) Architektura

Z pohledu architektury topologie se BMS dělí do dvou kategorií: centralizované a distribuované podle různých požadavků projektu.

 

Centralizované BMS

Jednoduše řečeno, centralizované BMS používá jediný hardware BMS ke shromáždění všech buněk, což je vhodné pro scénáře s malým počtem buněk.

Centralizované BMS má výhody nízké ceny, kompaktní konstrukce a vysoké spolehlivosti a běžně se používá ve scénářích s nízkou kapacitou, nízkým celkovým tlakem a malým objemem bateriového systému, jako jsou elektrické nářadí, roboty (manipulační roboty, asistenční roboty), IOT chytré domácnosti (zametací roboti, elektrické vysavače), elektrické vysokozdvižné vozíky, elektrická nízkorychlostní vozidla (elektrická kola, elektrické motocykly, elektrické vyhlídkové vozy, elektrické hlídkové vozy, elektrické golfové vozíky atd.) a lehká hybridní vozidla.

Centralizovaný hardware BMS lze rozdělit na vysokonapěťovou a nízkonapěťovou oblast.Oblast vysokého napětí je zodpovědná za sběr jednočlánkového napětí, celkového napětí systému a monitorování izolačního odporu.Oblast nízkého napětí zahrnuje napájecí obvody, obvody CPU, komunikační obvody CAN, řídicí obvody a tak dále.

Vzhledem k tomu, že se systém napájecích baterií osobních vozidel neustále vyvíjí směrem k vysoké kapacitě, vysokému celkovému tlaku a velkému objemu, distribuované architektury BMS se používají hlavně v modelech plug-in hybridních a čistě elektrických vozidel.

Distribuované BMS

V současné době existují v tomto odvětví různé termíny pro distribuované BMS a různé společnosti mají různé názvy.Napájecí baterie BMS má většinou dvouvrstvou architekturu master-slave:

 

Úložiště energie BMS je obvykle třívrstvá architektura kvůli velké velikosti bateriové sady s hlavní řídicí vrstvou nad podřízenou a hlavní řídicí vrstvou.

Stejně jako baterie tvoří shluky baterií, které zase tvoří stohy, třívrstvý BMS se také řídí stejným směrem nahoru:

Z ovládání: battery management unit (BMU), který sbírá informace z jednotlivých baterií.

Sledujte napětí a teplotu článku baterie

Vyrovnání baterie v balení

Nahrání informací

tepelného managementu

Abnormální alarm

Hlavní ovládání: Jednotka správy clusteru baterií: BCU (jednotka clusteru baterií, známá také jako jednotka správy vysokého napětí HVU, BCMU atd.), zodpovědná za sběr informací o BMU a shromažďování informací o clusteru baterií.

Sběr proudu v clusteru baterie, sběr celkového napětí, detekce úniku

Ochrana proti vypnutí, když je stav baterie abnormální

Pod správou BMS může být kalibrace kapacity a kalibrace SOC dokončena samostatně jako základ pro následné řízení nabíjení a vybíjení

Jednotka správy bateriového pole (BAU) je zodpovědná za centralizovanou správu baterií v celém zásobníku baterií pro ukládání energie.Připojuje se k různým jednotkám pro správu clusteru baterií a vyměňuje si informace s jinými zařízeními, aby poskytoval zpětnou vazbu o provozním stavu pole baterií.

Řízení nabíjení a vybíjení bateriového pole

Samokontrola systému BMS a alarm diagnostiky poruch

Alarm diagnostiky závady baterie

Bezpečnostní ochrana pro různé abnormality a závady v bateriovém poli

Komunikujte s jinými zařízeními, jako jsou PCS a EMS

Ukládání, přenos a zpracování dat

Vrstva správy baterií: zodpovědná za shromažďování různých informací (napětí, teplota) jednotlivých baterií, výpočet a analýzu SOC a SOH baterií, dosažení aktivního vyrovnání jednotlivých baterií a nahrávání abnormálních informací o jednotlivých bateriích do vrstvy jednotky bateriových sad BCMU.Prostřednictvím externí komunikace CAN je propojena řetězem.

Vrstva správy baterií: zodpovědná za shromažďování různých informací z jednotlivých baterií nahraných z BMU, shromažďování různých informací o sadě baterií (napětí baterie, teplota baterie), nabíjecí a vybíjecí proudy baterie, výpočet a analýzu SOC a SOH sady baterií a nahrání všech informací do vrstvy klastrové jednotky baterie BAMS.Prostřednictvím externí komunikace CAN je propojena řetězem.

Vrstva správy clusteru baterií: zodpovědná za shromažďování různých informací o bateriích nahraných BCMU a nahrávání všech informací do systému EMS monitorování úložiště energie prostřednictvím rozhraní RJ45;komunikuje s PCS pro odesílání relevantních abnormálních informací o baterii do PCS (rozhraní CAN nebo RS485) a je vybaven hardwarovými suchými uzly pro komunikaci s PCS.Kromě toho provádí vyhodnocování BSE (Battery State Estimate) bateriového systému, zjišťování stavu elektrického systému, správu stykačů, tepelný management, řízení provozu, řízení nabíjení, správu diagnostiky a provádí správu interní a externí komunikační sítě.Komunikuje s podřízenými prostřednictvím CAN.

3) Co dělá BMS?

Funkce BMS jsou četné, ale jádrem a tím, co nás nejvíce znepokojuje, jsou tři aspekty:

Jedním je snímání (řízení stavu), což je základní funkce BMS.Měří napětí, odpor, teplotu a nakonec snímá stav baterie.Chceme vědět, jaký je stav baterie, jakou má energii a kapacitu, jak je zdravá, kolik energie vyrábí a jak je bezpečná.Tohle je snímání.

Druhým je management (balance management).Někteří lidé říkají, že BMS je chůva baterie.Pak by to měla zvládnout tato chůva.Co spravovat?Jde o to, aby byla baterie co nejlepší.Nejzákladnější je balanční management a teplotní management.

Třetí je ochrana (řízení bezpečnosti).Chůva má také co dělat.Pokud má baterie nějaký stav, je třeba ji chránit a spustit alarm.

Samozřejmostí je také komponenta pro správu komunikace, která prostřednictvím určitých protokolů přenáší data v rámci systému nebo mimo něj.

BMS má mnoho dalších funkcí, jako je řízení provozu, sledování izolace, tepelný management atd., které zde nejsou probírány.

 

3.1 Vnímání – měření a odhad

Základní funkcí BMS je měření a odhad parametrů baterie, včetně základních parametrů, jako je napětí, proud, teplota a stav, a také výpočty údajů o stavu baterie, jako jsou SOC a SOH.Do oblasti napájecích baterií patří také výpočty SOP (stav energie) a SOE (stav energie), které zde nejsou diskutovány.My se zaměříme na první dva hojněji využívané údaje.

Měření buněk

1) Měření základních informací: Nejzákladnější funkcí systému správy baterií je měření napětí, proudu a teploty jednotlivých článků baterie, což je základem pro všechny výpočty a logiku řízení na nejvyšší úrovni v systému správy baterií.

2) Testování izolačního odporu: Testování izolace je vyžadováno pro celý bateriový systém a vysokonapěťový systém v rámci systému správy baterií.

3) Detekce vysokonapěťového blokování (HVIL): používá se k potvrzení integrity celého vysokonapěťového systému a zahájení bezpečnostních opatření, když je narušena integrita vysokonapěťové systémové smyčky.

Výpočet SOC

SOC označuje stav nabití, což je zbývající kapacita baterie.Jednoduše řečeno, jde o to, kolik energie zbývá v baterii.

SOC je nejdůležitější parametr v BMS, protože vše ostatní je založeno na něm.Proto je extrémně důležitá jeho přesnost a robustnost (známá také jako schopnost opravy chyb).Bez přesného SOC nemůže žádná ochranná funkce zajistit správné fungování BMS, protože baterie bude často v chráněném stavu, což znemožňuje prodloužit životnost baterie.

V současnosti mezi hlavní metody odhadu SOC patří metoda napětí naprázdno, metoda integrace proudu, metoda Kalmanova filtru a metoda neuronové sítě.První dva způsoby se běžně používají.Poslední dvě metody zahrnují pokročilé znalosti, jako jsou integrační modely a umělá inteligence, které zde nejsou podrobně popsány.

V praktických aplikacích se často používá více algoritmů v kombinaci, přičemž se používají různé algoritmy v závislosti na stavu nabíjení a vybíjení baterie.

metoda napětí naprázdno

Princip metody napětí naprázdno spočívá ve využití relativně pevného funkčního vztahu mezi napětím naprázdno a SOC za podmínky dlouhodobého statického umístění baterie a tedy odhadem SOC na základě napětí naprázdno.Dříve běžně používané elektrokolo s olověnými bateriemi používá tuto metodu k odhadu SOC.Metoda otevřeného napětí je jednoduchá a pohodlná, ale má také mnoho nevýhod:

1. Baterie musí být ponechána stát po dlouhou dobu, jinak bude obtížné stabilizovat napětí naprázdno v krátké době;

2. V bateriích, zejména lithium-železofosfátových bateriích, existuje napěťové plató, kde napětí na svorkách a křivka SOC jsou přibližně lineární v rozsahu SOC 30%-80%;

3. Baterie má různé teploty nebo různé fáze životnosti, a přestože je napětí naprázdno stejné, skutečný rozdíl SOC může být velký;

Jak je znázorněno na obrázku níže, když používáme toto elektrické kolo, pokud se aktuální SOC zobrazuje jako 100 %, napětí při akceleraci klesá a výkon se může zobrazovat jako 80 %.Když přestaneme zrychlovat, napětí vzroste a výkon vyskočí zpět na 100 %.Zobrazení výkonu našeho elektrického skútru tedy není přesné.Když zastavíme, má sílu, ale když se rozjedeme, dojde energie.To nemusí být problém s baterií, ale může to být způsobeno příliš jednoduchým SoC algoritmem BMS.

An-Shi integrální metoda

Metoda Anshicontinuous integrace přímo vypočítává hodnotu SOC v reálném čase prostřednictvím definice SOC.

Vzhledem k počáteční hodnotě SOC, pokud lze měřit proud baterie (kde je vybíjecí proud kladný), lze změnu kapacity baterie přesně vypočítat pomocí integrace proudu, což má za následek zbývající SOC.

Tato metoda má relativně spolehlivé výsledky odhadu v krátkém časovém úseku, ale v důsledku chyb měření proudového senzoru a postupné degradace kapacity baterie přinese dlouhodobá proudová integrace určité odchylky.Proto se obecně používá ve spojení s metodou napětí naprázdno k odhadu počáteční hodnoty pro odhad SOC s požadavky na nízkou přesnost a lze ji také použít ve spojení s metodou Kalmanovy filtrace pro krátkodobou predikci SOC.

SOC (State Of Charge) patří k základnímu řídicímu algoritmu BMS, který představuje aktuální stav zbývající kapacity.Dosahuje se ho především pomocí ampérhodinové integrační metody a algoritmu EKF (Extended Kalman Filter) v kombinaci s korekčními strategiemi (jako je korekce napětí naprázdno, korekce plného nabití, korekce konce nabíjení, korekce kapacity při různých teplotách a SOH, atd.).Metoda ampérhodinové integrace je relativně spolehlivá za předpokladu zajištění přesnosti měření proudu, ale není robustní.Kvůli kumulaci chyb je nutné ji kombinovat s korekčními strategiemi.Metoda EKF je robustní, ale algoritmus je poměrně složitý a obtížně implementovatelný.Tuzemští mainstreamoví výrobci mohou dosáhnout přesnosti menší než 6 % při pokojové teplotě, ale odhadovat při vysokých a nízkých teplotách a útlum baterie je obtížné.

Oprava SOC

Kvůli aktuálním výkyvům může být odhadovaná SOC nepřesná a do procesu odhadu je třeba začlenit různé korekční strategie.

 

Výpočet SOH

SOH označuje Zdravotní stav, který udává aktuální zdravotní stav baterie (resp. stupeň degradace baterie).Obvykle se uvádí jako hodnota mezi 0 a 100 %, přičemž hodnoty pod 80 % jsou obecně považovány za ukazatel, že baterie již není použitelná.Může být reprezentován změnami kapacity baterie nebo vnitřního odporu.Při využití kapacity se skutečná kapacita aktuální baterie odhaduje na základě údajů z provozního procesu baterie a její poměr k jmenovité kapacitě je SOH.Přesný SOH zlepší přesnost odhadu ostatních modulů, když se baterie zhoršuje.

V průmyslu existují dvě různé definice SOH:

Definice SOH založená na slábnutí kapacity

Při používání lithium-iontových baterií postupně ubývá aktivního materiálu uvnitř baterie, zvyšuje se vnitřní odpor a klesá kapacita.Proto lze SOH odhadnout podle kapacity baterie.Zdravotní stav baterie je vyjádřen jako poměr aktuální kapacity k počáteční kapacitě a její SOH je definován jako:

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

Kde: C_fade je ztracená kapacita baterie;C_standard je jmenovitá kapacita.

Standard IEEE 1188-1996 stanoví, že když kapacita napájecí baterie klesne na 80 %, je třeba baterii vyměnit.Proto obvykle uvažujeme, že baterie SOH není k dispozici, když je pod 80 %.

Definice SOH na základě útlumu výkonu (Power Fade)

Stárnutí téměř všech typů baterií povede ke zvýšení vnitřního odporu baterie.Čím vyšší je vnitřní odpor baterie, tím nižší je dostupný výkon.Proto lze SOH odhadnout pomocí výkonového útlumu.

3.2 Management – ​​vyvážená technologie

Každá baterie má svou vlastní „osobnost“

Abychom mohli mluvit o rovnováze, musíme začít s bateriemi.I baterie vyrobené ve stejné šarži od stejného výrobce mají své vlastní životní cykly a „osobnosti“ – kapacita každé baterie nemůže být úplně stejná.Tato nekonzistence má dva důvody:

Jedním z nich je nekonzistence produkce buněk

Jedním z nich je nekonzistence elektrochemických reakcí.

výrobní nekonzistence

Výrobní nekonzistence jsou snadno pochopitelné.Například během výrobního procesu mohou nekonzistence membrány a nekonzistence materiálu katody a anody vyústit v celkovou nekonzistenci kapacity baterie.Standardní 50AH baterie se může stát 49AH nebo 51AH.

elektrochemická nekonzistence

Nejednotnost elektrochemie spočívá v tom, že v procesu nabíjení a vybíjení baterie, i když jsou výroba a zpracování obou článků identické, tepelné prostředí nemůže být nikdy konzistentní v procesu elektrochemické reakce.Například při výrobě bateriových modulů musí být teplota okolního prstence nižší než teplota středu.To má za následek dlouhodobou nekonzistenci mezi množstvím nabití a vybití, což následně vede k nekonzistentní kapacitě článků baterie;Když jsou nabíjecí a vybíjecí proudy filmu SEI na článku baterie po dlouhou dobu nekonzistentní, bude nekonzistentní i stárnutí filmu SEI.

*SEI film: „rozhraní pevného elektrolytu“ (rozhraní pevného elektrolytu).Během procesu prvního nabití vybití kapalné lithium-iontové baterie materiál elektrody reaguje s elektrolytem na rozhraní pevná látka-kapalina za vzniku pasivační vrstvy pokrývající povrch materiálu elektrody.Film SEI je elektronický izolátor, ale vynikající vodič lithiových iontů, který nejen chrání elektrodu, ale také neovlivňuje funkci baterie.Stárnutí filmu SEI má významný dopad na zdraví baterie.

Proto je nejednotnost (nebo diskrétnost) bateriových sad nevyhnutelným projevem provozu baterie.

Proč je potřeba rovnováha

Baterie jsou různé, tak proč nezkusit, aby byly stejné?Protože nekonzistence ovlivní výkon baterie.

Baterie v sérii sleduje efekt krátkého válce: v systému bateriových sad v sérii je kapacita celého systému bateriových sad určena nejmenší jednotlivou jednotkou.

Předpokládejme, že máme sadu baterií sestávající ze tří baterií:

Víte, že přebíjení a nadměrné vybíjení může vážně poškodit baterie.Proto, když je baterie B plně nabitá během nabíjení nebo když je SoC baterie B během vybíjení velmi nízká, je nutné zastavit nabíjení a vybíjení, aby byla baterie B chráněna. V důsledku toho nelze výkon baterií A a C plně dosáhnout využito.

Tohle vede k:

Skutečná využitelná kapacita sady baterií se snížila: Baterie A a C, které mohly využít dostupnou kapacitu, toho nyní nejsou schopny pojmout baterii B. Je to jako dva lidé na třech nohách svázaných k sobě, vyšší člověk neschopný udělat velké kroky.

Snížená životnost baterie: Menší délka kroku vyžaduje více kroků a nohy jsou unavenější.Se sníženou kapacitou se zvyšuje počet cyklů nabíjení a vybíjení, což má za následek větší degradaci baterie.Jedna buňka může například dosáhnout 4000 cyklů při 100% DoD, ale při skutečném použití nemůže dosáhnout 100% a počet cyklů určitě nedosáhne 4000.

*DoD, Hloubka vybití, představuje procento kapacity vybití baterie k jmenovité kapacitě baterie.

Nekonzistence baterií vede ke snížení výkonu baterie.Když je velikost bateriového modulu velká, zapojí se více řetězců baterií do série a velký rozdíl jediného napětí způsobí snížení kapacity celého boxu.Čím více baterií je zapojeno do série, tím více ztratí kapacitu.V našich aplikacích, zejména v aplikacích systémů skladování energie, však existují dva důležité požadavky:

První je baterie s dlouhou životností, která může výrazně snížit náklady na provoz a údržbu.Systém skladování energie má vysoké požadavky na životnost bateriového bloku.Většina domácích je navržena na 15 let.Pokud předpokládáme 300 cyklů za rok, 15 let je 4500 cyklů, což je stále velmi vysoká hodnota.Potřebujeme maximalizovat životnost každé baterie, aby celková životnost celé sady baterií dosáhla co nejvyšší možné životnosti a aby se snížil dopad rozptylu baterie na životnost sady baterií.

Druhý hluboký cyklus, zejména v aplikačním scénáři špičkového oholení, uvolnění jedné kWh elektřiny navíc přinese jeden výnosový bod navíc.To znamená, že uděláme 80% DoD nebo 90% DoD.Při použití hlubokého cyklu v systému skladování energie se projeví rozptyl baterie při vybíjení ocasu.Proto, aby bylo zajištěno plné uvolnění kapacity každého jednotlivého článku pod podmínkou hlubokého nabití a hlubokého vybití, je nutné vyžadovat, aby BMS úložiště energie mělo silné schopnosti řízení ekvalizace a potlačovalo výskyt konzistence mezi bateriovými články. .

Tyto dva požadavky jsou přesně v rozporu s nekonzistencí baterií.Abychom dosáhli efektivnějších aplikací bateriových sad, musíme mít účinnější technologii vyvažování, abychom snížili dopad nekonzistence baterií.

rovnovážná technologie

Technologie vyrovnání baterií je způsob, jak vyrobit baterie s různou kapacitou stejné.Existují dvě běžné metody vyrovnání: jednosměrné vyrovnání rozptylu energie (pasivní vyrovnání) a obousměrné vyrovnání přenosu energie (aktivní vyrovnání).

(1) Pasivní bilance

Princip pasivního vyrovnání spočívá v paralelním zapojení přepínatelného vybíjecího odporu ke každému řetězci baterií.BMS řídí vybíjecí rezistor tak, aby vybíjel články s vyšším napětím a rozptyloval elektrickou energii jako teplo.Například, když je baterie B téměř plně nabitá, spínač se otevře, aby rezistor na baterii B mohl rozptýlit přebytečnou elektrickou energii jako teplo.Poté nabíjení pokračuje, dokud nejsou plně nabity také baterie A a C.

Tato metoda může vybíjet pouze vysokonapěťové články a nemůže dobíjet články s nízkou kapacitou.Kvůli omezení výkonu vybíjecího odporu je vyrovnávací proud obecně malý (méně než 1A).

Výhody pasivního vyrovnání jsou nízké náklady a jednoduchý návrh obvodu;nevýhodou je, že je založen na nejnižší zbývající kapacitě baterie pro vyrovnání, která nemůže zvýšit kapacitu baterií s nízkou zbývající kapacitou, a že 100 % vyrovnaného výkonu je promarněno ve formě tepla.

(2) Aktivní zůstatek

Několik řetězců baterií prostřednictvím algoritmů přenáší energii vysokonapěťových článků do nízkonapěťových článků pomocí komponent pro skladování energie, vybíjejí vysokonapěťové baterie a využívají uvolněnou energii k nabíjení nízkonapěťových článků.Energie se spíše přenáší než rozptyluje.

Tímto způsobem se během nabíjení baterie B, která jako první dosáhne 100% napětí, vybije do A a C a tři baterie se společně plně nabijí.Během vybíjení, když je zbývající nabití baterie B příliš nízké, A a C „nabijí“ B, takže článek B nedosáhne prahu SOC pro zastavení vybíjení tak rychle.

Hlavní vlastnosti technologie aktivního vyvažování

(1) Vyrovnejte vysoké a nízké napětí pro zlepšení účinnosti sady baterií: Během nabíjení a vybíjení a v klidu lze vysokonapěťové baterie vybíjet a nízkonapěťové baterie nabíjet;

(2) Nízkoztrátový přenos energie: energie se spíše přenáší, nikoli jednoduše ztrácí, což zlepšuje účinnost využití energie;

(3) Velký rovnovážný proud: Obecně platí, že rovnovážný proud je mezi 1 a 10A a rovnováha je rychlejší;

Aktivní vyrovnání vyžaduje konfiguraci odpovídajících obvodů a zařízení pro ukládání energie, což vede k velkému objemu a zvýšeným nákladům.Tyto dvě podmínky společně určují, že není snadné podporovat a aplikovat aktivní vyrovnání.

Proces aktivního vyrovnávání nabíjení a vybíjení navíc implicitně zvyšuje životnost baterie.U článků, které k dosažení rovnováhy vyžadují nabíjení a vybíjení, může dodatečné pracovní zatížení způsobit, že překročí stárnutí běžných článků, což má za následek větší výkonnostní rozdíl oproti jiným článkům.

Někteří odborníci se domnívají, že dva výše uvedené výrazy by měly odpovídat disipativní rovnováze a nedisipativní rovnováze.Zda je aktivní nebo pasivní, by mělo záviset na události, která spouští proces rovnováhy.Pokud systém dosáhne stavu, kdy musí být pasivní, je pasivní.Pokud je nastavena lidmi, nastavení programu rovnováhy, kdy není nutné být vyváženo, se nazývá aktivní rovnováha.

Například, když je vybíjení na konci, článek s nejnižším napětím dosáhl vybíjecího vypínacího napětí, zatímco ostatní články mají stále energii.V tomto okamžiku, aby se vybilo co nejvíce elektřiny, systém převede elektřinu z vysokoenergetických článků na nízkoenergetické články, což umožňuje, aby proces vybíjení pokračoval, dokud se nevybije veškerá energie.Jedná se o pasivní proces vyrovnání.Pokud systém předpovídá, že na konci vybíjení dojde k nerovnováze, když zbývá ještě 40 % výkonu, spustí proces aktivního vyrovnání.

Aktivní vyrovnání se dělí na centralizované a decentralizované metody.Metoda centralizovaného vyrovnání získává energii z celé sady baterií a poté pomocí zařízení pro přeměnu energie dodává energii do baterií s menší energií.Decentralizované vyrovnávání zahrnuje propojení pro ukládání energie mezi sousedními bateriemi, což může být induktor nebo kondenzátor, což umožňuje proudění energie mezi sousedními bateriemi.

V současné strategii řízení rovnováhy jsou tací, kteří berou napětí článku jako cílový parametr řízení, a jsou také ti, kteří navrhují použití SOC jako cílový parametr řízení rovnováhy.Vezměme si jako příklad napětí článku.

Nejprve nastavte dvojici prahových hodnot pro zahájení a ukončení ekvalizace: například v sadě baterií, když rozdíl mezi krajním napětím jednoho článku a průměrným napětím sady dosáhne 50 mV, dojde k zahájení ekvalizace a když dosáhne 5mV, ekvalizace je ukončena.

BMS shromažďuje napětí každého článku podle pevného snímacího cyklu, vypočítává průměrnou hodnotu a poté vypočítává rozdíl mezi napětím každého článku a průměrnou hodnotou;

Pokud maximální rozdíl dosáhne 50 mV, musí BMS spustit proces vyrovnání;

Pokračujte krokem 2 během procesu vyrovnávání, dokud nebudou všechny hodnoty rozdílu menší než 5 mV, a poté vyrovnání ukončete.

Je třeba poznamenat, že ne všechny BMS vyžadují tento krok a následné strategie se mohou lišit v závislosti na metodě vyvážení.

S typem baterie souvisí i technologie vyvážení.Obecně se má za to, že LFP je vhodnější pro aktivní rovnováhu, zatímco ternární baterie jsou vhodné pro pasivní rovnováhu.

Stádium intenzivní konkurence v BMS je většinou podporováno cenou a spolehlivostí.V současné době ještě nebylo dosaženo experimentálního ověření aktivního vyvažování.Očekává se, že úroveň funkční bezpečnosti se posune směrem k ASIL-C a ASIL-D, ale náklady jsou poměrně vysoké.Současné velké společnosti jsou proto s aktivním bilančním výzkumem opatrné.Některé velké továrny chtějí dokonce vyvažovací modul zrušit a veškeré vyvažování si nechat provádět externě, podobně jako při údržbě palivových vozidel.Pokaždé, když vozidlo ujede určitou vzdálenost, půjde do obchodu 4S pro externí vyvážení.Tím se sníží náklady na celý BMS vozidla a také bude přínosem pro odpovídající prodejnu 4S.Je to oboustranně výhodná situace pro všechny strany.Osobně proto chápu, že se to může stát trendem!

3.3 Ochrana – diagnostika poruch a alarm

Monitorování BMS je sladěno s hardwarem elektrického systému a je rozděleno do různých poruchových úrovní (menší porucha, vážná porucha, fatální porucha) podle různých výkonnostních podmínek baterie.Při různých úrovních poruchy jsou přijímána různá manipulační opatření: varování, omezení výkonu nebo přímé odpojení vysokého napětí.Mezi poruchy patří poruchy sběru dat a racionality, elektrické poruchy (senzory a akční členy), poruchy komunikace a poruchy stavu baterie.

Běžným příkladem je, že když se baterie přehřeje, BMS určí, že se baterie přehřívá na základě naměřené teploty baterie, poté řídí obvod této baterie, aby se odpojil, provede ochranu proti přehřátí a odešle výstrahu řídicím systémům, jako je EMS.

3.4 Komunikace

Normální provoz BMS nelze oddělit od jeho komunikační funkce.Ať už se jedná o ovládání baterie během správy baterie, přenos stavu baterie do vnějšího světa nebo přijímání řídicích pokynů, je vyžadována stabilní komunikace.

V systému napájecí baterie je jeden konec BMS připojen k baterii a druhý konec je připojen k řídicím a elektronickým systémům celého vozidla.Celkové prostředí používá protokol CAN, ale existuje rozdíl mezi používáním interního CAN mezi vnitřními součástmi sady baterií a používáním CAN vozidla mezi sadou baterií a celým vozidlem.

Naproti tomu energetická úložiště BMS a interní komunikace v zásadě využívají protokol CAN, ale její externí komunikace (externí se týká především dispečerského systému energetické akumulační elektrárny PCS) často využívá formáty internetového protokolu TCP/IP protokol a protokol modbus.

4) Zásobník energie BMS

Výrobci BMS pro ukládání energie se obecně vyvinuli z BMS s napájecími bateriemi, takže mnoho návrhů a termínů má historický původ

Například napájecí baterie je obecně rozdělena na BMU (Battery Monitor Unit) a BCU (Battery Control Unit), přičemž první shromažďuje data a druhá je řídí.

Protože článek baterie je elektrochemický proces, několik článků baterie tvoří baterii.Vzhledem k vlastnostem každého bateriového článku, bez ohledu na to, jak přesný je výrobní proces, se v každém bateriovém článku v průběhu času a v závislosti na prostředí vyskytnou chyby a nesrovnalosti.Systém správy baterie má tedy vyhodnocovat aktuální stav baterie prostřednictvím omezených parametrů, což je trochu podobné, jako když lékař tradiční čínské medicíny diagnostikuje pacienta na základě pozorování symptomů, spíše než západní medicína vyžadující fyzikální a chemickou analýzu.Fyzikální a chemická analýza lidského těla je podobná elektrochemickým charakteristikám baterie, které lze měřit velkými experimentálními přístroji.Pro vestavěné systémy je však obtížné vyhodnotit některé ukazatele elektrochemie.Proto je BMS jako starý lékař čínské medicíny.

4.1 Třívrstvá architektura energetického úložiště BMS

Vzhledem k velkému počtu bateriových článků v systémech skladování energie se za účelem úspory nákladů BMS obecně implementuje ve vrstvách, se dvěma nebo třemi vrstvami.V současné době jsou hlavním proudem tři vrstvy: hlavní řízení/hlavní řízení/podřízené řízení.

4.2 Podrobný popis BMS úložiště energie

5) Současný stav a budoucí trend

Existuje několik typů výrobců, kteří vyrábějí BMS:

První kategorií je koncový uživatel s nejdominantnějším výkonem v bateriovém BMS – automobilky.Ve skutečnosti nejsilnější výrobní silou BMS v zahraničí jsou také automobilky, jako General Motors, Tesla atd. Doma jsou BYD, Huating Power atd.

Druhou kategorií jsou továrny na baterie, včetně výrobců článků a výrobců balení, jako jsou Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad atd.;

Třetím typem výrobců BMS jsou ti, kteří mají dlouholeté zkušenosti s technologií výkonové elektroniky a mají týmy výzkumu a vývoje s univerzitním nebo souvisejícím podnikovým zázemím, jako jsou Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology a Kegong Electronics.

Na rozdíl od BMS výkonových baterií, kterému dominují především výrobci koncových vozidel, se zdá, že koncoví uživatelé baterií pro skladování energie nemají potřebu nebo konkrétní akce podílet se na výzkumu, vývoji a výrobě BMS.Je také nepravděpodobné, že utratí spoustu peněz a energie na vývoj rozsáhlých systémů pro správu baterií.Lze se tedy domnívat, že v odvětví BMS akumulátorů energie chybí důležitý hráč s absolutními výhodami, což ponechává obrovský prostor pro vývoj a představivost výrobcům a prodejcům baterií zaměřujícím se na BMS pro ukládání energie.Pokud bude zaveden trh s ukládáním energie, dá to výrobcům baterií a profesionálním výrobcům BMS velký prostor pro vývoj a menší konkurenční odolnost.

V současné době je poměrně málo profesionálních výrobců BMS zaměřených na vývoj BMS pro ukládání energie, a to především z toho důvodu, že trh s ukládáním energie je stále v plenkách a o budoucím vývoji skladování energie na trhu stále existuje mnoho pochybností.Většina výrobců proto nevyvinula BMS související s ukládáním energie.Ve skutečném podnikatelském prostředí existují také výrobci, kteří nakupují baterie BMS pro elektromobily pro použití jako BMS pro akumulátory energie.Předpokládá se, že v budoucnu se také profesionální výrobci BMS elektrických vozidel pravděpodobně stanou důležitou součástí dodavatelů BMS používaných ve velkých projektech skladování energie.

V této fázi chybí jednotné standardy pro BMS poskytované různými dodavateli systémů skladování energie.Různí výrobci mají různé návrhy a definice pro BMS a v závislosti na různých bateriích, se kterými jsou kompatibilní, se může lišit také algoritmus SOX, technologie ekvalizace a nahraný obsah komunikačních dat.Při praktické aplikaci BMS takové rozdíly zvýší aplikační náklady a budou škodlivé pro průmyslový rozvoj.Proto bude standardizace a modularizace BMS také důležitým směrem vývoje v budoucnu.