Batteristyringssystem BMS viden og funktion, en introduktion

Det fulde navn på BMS er Battery Management System.Det er en enhed, der overvåger status for energilagringsbatterier.Det bruges hovedsageligt til intelligent styring og vedligeholdelse af individuelle battericeller, forhindrer overopladning og overafladning af batterier, forlænger batteriets levetid og overvåger batteristatus.Generelt er BMS repræsenteret som et printkort eller en hardwareboks.

 

BMS er et af kerneundersystemerne i batterienergilagringssystemet, ansvarligt for at overvåge driftsstatus for hvert batteri i batterienergilagringsenheden og sikre sikker og pålidelig drift af energilagringsenheden.BMS'et kan overvåge og indsamle statusparametrene for energilagerbatteriet i realtid (inklusive, men ikke begrænset til, enkeltcellespænding, batteripoltemperatur, batterisløjfestrøm, batteripakketerminalspænding, batterisystemisolationsmodstand osv.), og udføre nødvendig analyse og beregning på relevante statusparametre for at opnå flere systemstatusevalueringsparametre.Det kan også opnå effektiv kontrol af selve energilagerbatteriet i henhold til specifikke beskyttelseskontrolstrategier for at sikre sikker og pålidelig drift af hele batterienergilagerenheden.Samtidig kan BMS'en interagere med andre eksterne enheder (PCS, EMS, brandsikringssystem osv.) gennem sin egen kommunikationsgrænseflade og analog/digital input-grænseflade for at danne en forbindelsesstyring af forskellige delsystemer i hele energilageret. station, der sikrer sikker, pålidelig og effektiv nettilsluttet drift af kraftværket.

2) Arkitektur

Fra topologiarkitekturens perspektiv er BMS opdelt i to kategorier: centraliseret og distribueret i henhold til forskellige projektkrav.

 

Centraliseret BMS

Enkelt sagt bruger centraliseret BMS en enkelt BMS-hardware til at samle alle cellerne, hvilket er velegnet til scenarier med få celler.

Centraliseret BMS har fordelene ved lav pris, kompakt struktur og høj pålidelighed og bruges almindeligvis i scenarier med lav kapacitet, lavt totaltryk og lille batterisystemvolumen, såsom elværktøj, robotter (håndteringsrobotter, hjælperobotter), IOT smarte hjem (fejerobotter, elektriske støvsugere), elektriske gaffeltrucks, elektriske lavhastighedskøretøjer (elcykler, elektriske motorcykler, elektriske sightseeingbiler, elektriske patruljebiler, elektriske golfvogne osv.) og lette hybridbiler.

Den centraliserede BMS-hardware kan opdeles i højspændings- og lavspændingsområder.Højspændingsområdet er ansvarligt for at indsamle enkeltcellespænding, systemets samlede spænding og overvågning af isolationsmodstand.Lavspændingsområdet omfatter strømforsyningskredsløb, CPU-kredsløb, CAN-kommunikationskredsløb, kontrolkredsløb og så videre.

Da strømbatterisystemet i personbiler fortsætter med at udvikle sig mod høj kapacitet, højt totaltryk og stort volumen, bruges distribuerede BMS-arkitekturer hovedsageligt i plug-in hybrid og rene elektriske køretøjsmodeller.

Distribueret BMS

På nuværende tidspunkt er der forskellige udtryk for distribueret BMS i branchen, og forskellige virksomheder har forskellige navne.Strømbatteriet BMS har for det meste en master-slave to-tier arkitektur:

 

Energilagrings-BMS er normalt en tre-lags arkitektur på grund af batteripakkens store størrelse med et masterkontrollag over slave- og hovedkontrollagene.

Ligesom batterier danner batteriklynger, som igen danner stakke, følger den tre-lags BMS også den samme opadgående regel:

Fra styringen: batteristyringsenhed (BMU), som indsamler information fra individuelle batterier.

Overvåg battericellens spænding og temperatur

Batteriudligning i pakken

Information upload

termisk styring

Unormal alarm

Masterkontrol: Batteriklyngestyringsenhed: BCU (batteriklyngeenhed, også kendt som højspændingsstyringsenhed HVU, BCMU osv.), ansvarlig for indsamling af BMU-information og indsamling af batteriklyngeinformation.

Batteriklynge strømoptagelse, total spændingsoptagelse, lækagedetektion

Sluk-beskyttelse, når batteristatus er unormal

Under ledelse af BMS kan kapacitetskalibrering og SOC-kalibrering gennemføres separat som grundlag for efterfølgende op- og afladningsstyring

Battery array management unit (BAU) er ansvarlig for centraliseret styring af batterierne i hele energilagerbatteristakken.Den forbinder til forskellige batteriklyngestyringsenheder og udveksler information med andre enheder for at give feedback om batteriarrayets driftsstatus.

Styring af opladning og afladning af batteriarray

BMS system selvkontrol og fejldiagnose alarm

Alarm til diagnose af batteripakkefejl

Sikkerhedsbeskyttelse for forskellige abnormiteter og fejl i batterisystemet

Kommuniker med andre enheder såsom PCS og EMS

Datalagring, transmission og behandling

Batteristyringslag: ansvarlig for at indsamle forskellige oplysninger (spænding, temperatur) for individuelle batterier, beregne og analysere SOC og SOH for batterier, opnå aktiv udligning af individuelle batterier og uploade unormal information om individuelle batterier til batteripakkens enhedslag BCMU.Gennem CAN ekstern kommunikation er den forbundet gennem en daisy chain.

Batteristyringslag: ansvarlig for at indsamle forskellige oplysninger fra individuelle batterier uploadet af BMU, indsamle forskellige oplysninger om batteripakken (pakkespænding, pakketemperatur), batteripakkens opladnings- og afladningsstrømme, beregne og analysere SOC og SOH for batteripakken og uploade al information til batteriklyngeenhedens lag BAMS.Gennem CAN ekstern kommunikation er den forbundet gennem en daisy chain.

Batteriklyngestyringslag: ansvarlig for at indsamle forskellige batterioplysninger uploadet af BCMU og uploade al information til energilagringsovervågnings-EMS-systemet gennem RJ45-grænsefladen;kommunikerer med PCS for at sende relevant unormal information om batteriet til PCS (CAN eller RS485 interface), og udstyret med hardware tørre noder til at kommunikere med PCS.Derudover udfører den batterisystem BSE (Battery State Estimate) evaluering, detektion af elektrisk systemstatus, kontaktorstyring, termisk styring, driftsstyring, opladningsstyring, diagnostisk styring og udfører intern og ekstern kommunikationsnetværksstyring.Kommunikerer med underordnede gennem CAN.

3) Hvad gør BMS?

Funktionerne i BMS er mange, men kernen og det, vi er mest bekymrede over, er tre aspekter:

Den ene er sansning (statsstyring), som er BMS's grundlæggende funktion.Den måler spænding, modstand, temperatur og registrerer i sidste ende batteriets tilstand.Vi vil gerne vide, hvordan batteriets tilstand er, hvor meget energi og kapacitet det har, hvor sundt det er, hvor meget strøm det producerer, og hvor sikkert det er.Det her er sansning.

Det andet er ledelse (balancestyring).Nogle mennesker siger, at BMS er barnepige af batteriet.Så burde denne barnepige klare det.Hvad skal man styre?Det er for at gøre batteriet så godt som muligt.Det mest basale er balancestyring og termisk styring.

Den tredje er beskyttelse (sikkerhedsstyring).Barnepige har også et arbejde at udføre.Hvis batteriet har en vis status, skal det beskyttes, og der skal slås en alarm.

Selvfølgelig er der også en kommunikationsstyringskomponent, der overfører data inden for eller uden for systemet gennem bestemte protokoller.

BMS har mange andre funktioner, såsom driftskontrol, isolationsovervågning, termisk styring mv., som ikke er omtalt her.

 

3.1 Perception – Måling og estimering

Den grundlæggende funktion af BMS er at måle og estimere batteriparametre, herunder grundlæggende parametre som spænding, strøm, temperatur og tilstand, samt beregninger af batteritilstandsdata som SOC og SOH.Området for strømbatterier involverer også beregninger af SOP (state of power) og SOE (state of energy), som ikke diskuteres her.Vi vil fokusere på de to første mere udbredte data.

Cellemåling

1) Grundlæggende informationsmåling: Batteristyringssystemets mest basale funktion er at måle de enkelte battericellers spænding, strøm og temperatur, hvilket er grundlaget for alle topniveauberegninger og kontrollogik i batteristyringssystemet.

2) Isolationsmodstandstest: Isolationstest er påkrævet for hele batterisystemet og højspændingssystemet i batteristyringssystemet.

3) High-voltage interlock detection (HVIL): bruges til at bekræfte integriteten af ​​hele højspændingssystemet og igangsætte sikkerhedsforanstaltninger, når integriteten af ​​højspændingssystemets sløjfe er kompromitteret.

SOC beregning

SOC refererer til ladetilstanden, som er batteriets resterende kapacitet.Kort sagt er det, hvor meget strøm der er tilbage i batteriet.

SOC er den vigtigste parameter i BMS, da alt andet er baseret på det.Derfor er dets nøjagtighed og robusthed (også kendt som fejlkorrektionsevne) ekstremt vigtigt.Uden nøjagtig SOC kan ingen beskyttelsesfunktion få BMS til at fungere korrekt, da batteriet ofte vil være i beskyttet tilstand, hvilket gør det umuligt at forlænge batteriets levetid.

På nuværende tidspunkt inkluderer de almindelige SOC-estimeringsmetoder åben kredsløbsspændingsmetode, strømintegrationsmetode, Kalman-filtermetode og neural netværksmetode.De to første metoder er almindeligt anvendte.De to sidstnævnte metoder involverer avanceret viden såsom integrationsmodeller og kunstig intelligens, som ikke er detaljeret her.

I praktiske applikationer bruges flere algoritmer ofte i kombination, hvor forskellige algoritmer anvendes afhængigt af batteriets opladnings- og afladningsstatus.

åben kredsløbsspændingsmetode

Princippet for åben kredsløbsspændingsmetode er at bruge det relativt faste funktionelle forhold mellem åben kredsløbsspænding og SOC under betingelse af langsigtet statisk placering af batteriet, og dermed estimere SOC baseret på åben kredsløbsspænding.Den tidligere almindeligt anvendte bly-syre batteri elcykel bruger denne metode til at estimere SOC.Open-circuit spændingsmetode er enkel og bekvem, men der er også mange ulemper:

1. Batteriet skal stå i lang tid, ellers vil tomgangsspændingen være svær at stabilisere i løbet af kort tid;

2. Der er et spændingsplateau i batterier, især lithiumjernfosfatbatterier, hvor terminalspændingen og SOC-kurven er omtrent lineære i SOC30%-80% området;

3. Batteriet har forskellige temperaturer eller forskellige livsstadier, og selvom tomgangsspændingen er den samme, kan den faktiske SOC-forskel være stor;

Som vist i figuren nedenfor, når vi bruger denne elektriske cykel, hvis den aktuelle SOC vises som 100%, falder spændingen ved acceleration, og effekten kan blive vist som 80%.Når vi holder op med at accelerere, stiger spændingen, og effekten springer tilbage til 100%.Så vores elektriske scooters effektvisning er ikke nøjagtig.Når vi stopper, har den strøm, men når vi starter op, løber den tør for strøm.Dette er muligvis ikke et problem med batteriet, men kan skyldes, at SoC-algoritmen i BMS er for enkel.

An-Shi integral metode

Anshicontinuous integrationsmetoden beregner SOC-værdien direkte i realtid gennem definitionen af ​​SOC.

Givet den oprindelige SOC-værdi, så længe batteristrømmen kan måles (hvor afladningsstrømmen er positiv), kan ændringen i batterikapacitet beregnes nøjagtigt gennem strømintegration, hvilket resulterer i den resterende SOC.

Denne metode har relativt pålidelige estimeringsresultater på kort tid, men på grund af målefejl på strømsensoren og gradvis forringelse af batterikapaciteten vil langsigtet strømintegration introducere visse afvigelser.Derfor bruges den generelt i forbindelse med åben kredsløbsspændingsmetode til at estimere startværdien for SOC-estimering med lave nøjagtighedskrav, og kan også bruges sammen med Kalman-filtreringsmetoden til kortsigtet SOC-forudsigelse.

SOC (State Of Charge) tilhører kernestyringsalgoritmen for BMS, der repræsenterer den aktuelle resterende kapacitetsstatus.Det opnås hovedsageligt gennem ampere-time integrationsmetoden og EKF (Extended Kalman Filter) algoritme kombineret med korrektionsstrategier (såsom åben kredsløbskorrektion, fuld-opladningskorrektion, opladningskorrektion, kapacitetskorrektion under forskellige temperaturer og SOH, etc.).Ampere-timers integrationsmetoden er relativt pålidelig under den betingelse, at den sikrer strømopsamlingsnøjagtighed, men den er ikke robust.På grund af ophobning af fejl skal det kombineres med korrektionsstrategier.EKF-metoden er robust, men algoritmen er relativt kompleks og svær at implementere.Indenlandske mainstream-producenter kan opnå en nøjagtighed på mindre end 6 % ved stuetemperatur, men estimering ved høje og lave temperaturer og batteridæmpning er vanskelig.

SOC korrektion

På grund af aktuelle udsving kan den estimerede SOC være unøjagtig, og forskellige korrektionsstrategier skal inkorporeres i estimeringsprocessen.

 

SOH beregning

SOH henviser til sundhedstilstanden, som angiver batteriets aktuelle sundhedsstatus (eller graden af ​​batterinedbrydning).Det er typisk repræsenteret som en værdi mellem 0 og 100 %, hvor værdier under 80 % generelt anses for at angive, at batteriet ikke længere er brugbart.Det kan repræsenteres af ændringer i batterikapacitet eller intern modstand.Ved brug af kapacitet estimeres den aktuelle kapacitet på det aktuelle batteri ud fra data fra batteriets driftsproces, og forholdet mellem denne og den nominelle kapacitet er SOH.En nøjagtig SOH vil forbedre estimeringsnøjagtigheden af ​​andre moduler, når batteriet forringes.

Der er to forskellige definitioner af SOH i branchen:

SOH-definition baseret på kapacitetsfade

Under brugen af ​​lithium-ion-batterier falder det aktive materiale inde i batteriet gradvist, den indre modstand øges, og kapaciteten falder.Derfor kan SOH estimeres ud fra batterikapaciteten.Batteriets sundhedsstatus udtrykkes som forholdet mellem den aktuelle kapacitet og den oprindelige kapacitet, og dets SOH er defineret som:

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

Hvor: C_fade er den tabte kapacitet på batteriet;C_standard er den nominelle kapacitet.

IEEE standard 1188-1996 foreskriver, at når strømbatteriets kapacitet falder til 80 %, skal batteriet udskiftes.Derfor vurderer vi normalt, at batteriet SOH ikke er tilgængeligt, når det er under 80%.

SOH-definition baseret på effektdæmpning (Power Fade)

Ældningen af ​​næsten alle typer batterier vil føre til en stigning i batteriets indre modstand.Jo højere den interne modstand på batteriet, jo lavere er den tilgængelige strøm.Derfor kan SOH estimeres ved hjælp af effektdæmpning.

3.2 Ledelse – Balanceret teknologi

Hvert batteri har sin egen "personlighed"

For at tale om balance skal vi starte med batterier.Selv batterier produceret i samme batch af samme producent har deres egne livscyklusser og "personligheder" - kapaciteten af ​​hvert batteri kan ikke være helt den samme.Der er to årsager til denne uoverensstemmelse:

Den ene er inkonsistensen af ​​celleproduktion

Den ene er inkonsistensen af ​​elektrokemiske reaktioner.

produktionsinkonsekvens

Uoverensstemmelser i produktionen er lette at forstå.For eksempel kan uoverensstemmelser mellem membraner og katode- og anodemateriale under produktionsprocessen resultere i uoverensstemmelser i den samlede batterikapacitet.Et standard 50AH batteri kan blive 49AH eller 51AH.

elektrokemisk inkonsistens

Inkonsekvensen af ​​elektrokemi er, at i processen med batteriopladning og -afladning, selvom produktionen og behandlingen af ​​de to celler er identiske, kan det termiske miljø aldrig være konsistent i processen med elektrokemisk reaktion.For eksempel, når man laver batterimoduler, skal temperaturen på den omgivende ring være lavere end i midten.Dette resulterer i langsigtet inkonsistens mellem opladnings- og afladningsmængder, hvilket igen fører til inkonsistent battericellekapacitet;Når opladnings- og afladningsstrømmene af SEI-filmen på battericellen er inkonsistente i lang tid, vil ældningen af ​​SEI-filmen også være inkonsekvent.

*SEI-film: "fast elektrolytgrænseflade" (fast elektrolytgrænseflade).Under den første ladningsafladningsproces af flydende lithiumionbatteri reagerer elektrodematerialet med elektrolytten på fast-væske-fase-grænsefladen for at danne et passiveringslag, der dækker overfladen af ​​elektrodematerialet.SEI-film er en elektronisk isolator, men en fremragende leder af lithiumioner, som ikke kun beskytter elektroden, men heller ikke påvirker batteriets funktion.Ældningen af ​​SEI-film har en betydelig indvirkning på batteriets sundhed.

Derfor er uensartethed (eller diskrethed) af batteripakker en uundgåelig manifestation af batteridrift.

Hvorfor balance er nødvendig

Batterierne er forskellige, så hvorfor ikke prøve at gøre dem ens?Fordi inkonsistens vil påvirke batteripakkens ydeevne.

Batteripakken i serie følger kortløbseffekten: I batteripakkesystemet i serie bestemmes kapaciteten af ​​hele batteripakkesystemet af den mindste enkelt enhed.

Antag, at vi har en batteripakke bestående af tre batterier:

e ved, at overopladning og overafladning kan beskadige batterier alvorligt.Derfor, når batteri B er fuldt opladet under opladning, eller når SoC for batteri B er meget lavt under afladning, er det nødvendigt at stoppe opladning og afladning for at beskytte batteri B. Som følge heraf kan batterierne A og C ikke være fuldt ud udnyttet.

Dette fører til:

Batteripakkens faktiske brugbare kapacitet er faldet: Batteri A og C, som kunne have brugt den tilgængelige kapacitet, er nu ikke i stand til at gøre det for at rumme batteri B. Det er som to personer på tre ben bundet sammen, med højere person ude af stand til at tage store skridt.

Reduceret batterilevetid: En mindre skridtlængde kræver flere skridt og gør benene mere trætte.Med en reduceret kapacitet øges antallet af opladnings- og afladningscyklusser, hvilket resulterer i større batterinedbrydning.For eksempel kan en enkelt celle opnå 4000 cyklusser ved 100% DoD, men i faktisk brug kan den ikke nå 100%, og antallet af cyklusser vil bestemt ikke nå 4000.

*DoD, Depth of discharge, repræsenterer procentdelen af ​​batteriets afladningskapacitet i forhold til batteriets nominelle kapacitet.

Inkonsistensen af ​​batterier fører til et fald i batteripakkens ydeevne.Når størrelsen af ​​batterimodulet er stor, er flere strenge af batterier forbundet i serie, og en stor enkelt spændingsforskel vil få hele boksens kapacitet til at falde.Jo flere batterier der er forbundet i serie, jo mere kapacitet mister de.Men i vores applikationer, især i energilagringssystemapplikationer, er der to vigtige krav:

Den første er batteri med lang levetid, som i høj grad kan reducere drifts- og vedligeholdelsesomkostningerne.Energilagringssystemet stiller høje krav til batteripakkens levetid.De fleste af de indenlandske er designet til 15 år.Hvis vi antager 300 cyklusser om året, er 15 år 4500 cyklusser, hvilket stadig er meget højt.Vi er nødt til at maksimere levetiden for hvert batteri, så den samlede levetid for hele batteripakken kan nå designlevetiden så meget som muligt, og reducere virkningen af ​​batterispredning på batteripakkens levetid.

Den anden dybe cyklus, især i anvendelsesscenariet med peak barbering, vil frigivelse af en kWh elektricitet mere give endnu et indtægtspunkt.Det vil sige, vi vil gøre 80% DoD eller 90% DoD.Når den dybe cyklus bruges i energilagringssystemet, vil spredningen af ​​batteriet under haleafladningen blive manifesteret.For at sikre den fulde frigivelse af kapaciteten af ​​hver enkelt celle under betingelsen af ​​dyb opladning og dyb afladning, er det derfor nødvendigt at kræve, at energilagrings BMS har stærke udligningsstyringskapaciteter og undertrykker forekomsten af ​​konsistens mellem battericeller .

Disse to krav er nøjagtigt i modstrid med batteriinkonsekvens.For at opnå mere effektive batteripakkeapplikationer skal vi have mere effektiv balanceringsteknologi for at reducere virkningen af ​​batteriinkonsistens.

ligevægtsteknologi

Batteriudligningsteknologi er en måde at gøre batterier med forskellige kapaciteter ens.Der er to almindelige udligningsmetoder: energidissipation ensrettet udligning (passiv udligning) og energioverførsel tovejs udligning (aktiv udligning).

(1) Passiv balance

Det passive udligningsprincip er at parallelle en omskiftelig afladningsmodstand på hver streng af batterier.BMS styrer afladningsmodstanden for at aflade cellerne med høj spænding og spreder den elektriske energi som varme.For eksempel, når batteri B er næsten fuldt opladet, åbnes kontakten for at tillade modstanden på batteri B at sprede overskydende elektrisk energi som varme.Derefter fortsætter opladningen, indtil batterierne A og C også er fuldt opladede.

Denne metode kan kun aflade højspændingsceller og kan ikke genoplade celler med lav kapacitet.På grund af udladningsmodstandens effektbegrænsning er udligningsstrømmen generelt lille (mindre end 1A).

Fordelene ved passiv udligning er lave omkostninger og enkelt kredsløbsdesign;ulemperne er, at det er baseret på den laveste resterende batterikapacitet til udligning, som ikke kan øge kapaciteten på batterier med lav restkapacitet, og at 100 % af den udlignede effekt går til spilde i form af varme.

(2) Aktiv balance

Gennem algoritmer overfører flere strenge af batterier energien fra højspændingsceller til lavspændingsceller ved hjælp af energilagringskomponenter, aflader højspændingsbatterierne og bruger den frigivne energi til at oplade de lavere spændingsceller.Energien overføres hovedsageligt snarere end spredes.

På denne måde aflades batteri B, som først når 100% spænding, til A og C under opladning, og de tre batterier er fuldt opladet sammen.Under afladning, når den resterende ladning af batteri B er for lav, "oplader" A og C B, så celle B ikke når SOC-tærsklen for at stoppe afladningen så hurtigt.

Hovedtræk ved aktiv balanceringsteknologi

(1) Balancer høj- og lavspændingen for at forbedre batteripakkens effektivitet: Under opladning og afladning og i hvile kan højspændingsbatterierne aflades, og lavspændingsbatterierne kan oplades;

(2) Energioverførsel med lavt tab: energi overføres hovedsageligt snarere end blot tabt, hvilket forbedrer effektiviteten af ​​energiudnyttelsen;

(3) Stor ligevægtsstrøm: Generelt er ligevægtsstrømmen mellem 1 og 10A, og ligevægten er hurtigere;

Aktiv udligning kræver konfiguration af tilsvarende kredsløb og energilagringsenheder, hvilket fører til stor volumen og øgede omkostninger.Disse to forhold bestemmer tilsammen, at aktiv udligning ikke er let at fremme og anvende.

Derudover øger den aktive udligningsopladning og afladning implicit batteriets cykluslevetid.For celler, der kræver opladning og afladning for at opnå balance, kan den ekstra arbejdsbyrde få dem til at overskride ældningen af ​​almindelige celler, hvilket resulterer i en større ydeevneforskel med andre celler.

Nogle eksperter mener, at de to udtryk ovenfor bør svare til dissipativ ligevægt og ikke-dissipativ ligevægt.Om den er aktiv eller passiv bør afhænge af den begivenhed, der udløser ligevægtsprocessen.Hvis systemet når en tilstand, hvor det skal være passivt, er det passivt.Hvis det er indstillet af mennesker, kaldes det aktiv ligevægt at indstille ligevægtsprogrammet, når det ikke er nødvendigt at være afbalanceret.

For eksempel, når afladningen er ved slutningen, har den laveste spændingscelle nået afladningsafskæringsspændingen, mens andre celler stadig har strøm.På dette tidspunkt, for at aflade så meget elektricitet som muligt, overfører systemet elektriciteten fra højenergiceller til lavenergiceller, hvilket tillader afladningsprocessen at fortsætte, indtil al strømmen er afladet.Dette er en passiv udligningsproces.Hvis systemet forudsiger, at der vil være en ubalance ved slutningen af ​​afladningen, når der stadig er 40 % af kraften tilbage, vil det starte en aktiv udligningsproces.

Aktiv udligning er opdelt i centraliserede og decentraliserede metoder.Den centraliserede udligningsmetode henter energi fra hele batteripakken og bruger derefter en energikonverteringsenhed til at supplere energi til batterierne med mindre energi.Decentral udligning involverer en energilagringsforbindelse mellem tilstødende batterier, som kan være en induktor eller en kondensator, der tillader energi at flyde mellem tilstødende batterier.

I den nuværende balancekontrolstrategi er der dem, der tager cellespændingen som kontrolmålparameter, og der er også dem, der foreslår at bruge SOC som balancekontrolmålparameter.Tager cellespændingen som et eksempel.

Indstil først et par tærskelværdier for initiering og afslutning af udligning: for eksempel i et sæt batterier, når forskellen mellem den ekstreme spænding af en enkelt celle og den gennemsnitlige spænding af sættet når 50mV, initieres udligning, og når den når 5mV, udligningen er afsluttet.

BMS'en opsamler spændingen af ​​hver celle i henhold til en fast optagelsescyklus, beregner gennemsnitsværdien og beregner derefter forskellen mellem hver cellespænding og gennemsnitsværdien;

Hvis den maksimale forskel når 50mV, skal BMS starte udligningsprocessen;

Fortsæt trin 2 under udligningsprocessen, indtil differensværdierne alle er mindre end 5mV, og afslut derefter udligningen.

Det skal bemærkes, at ikke alle BMS'er kræver dette trin, og efterfølgende strategier kan variere afhængigt af balancemetoden.

Balanceteknologien er også relateret til batteritypen.Det antages generelt, at LFP er mere velegnet til aktiv balance, mens ternære batterier er velegnede til passiv balance.

Stadiet med intens konkurrence i BMS understøttes for det meste af omkostninger og pålidelighed.I øjeblikket er den eksperimentelle verifikation af aktiv balancering endnu ikke opnået.Niveauet af funktionel sikkerhed forventes at bevæge sig mod ASIL-C og ASIL-D, men omkostningerne er ret høje.Derfor er de nuværende store virksomheder forsigtige med aktiv balanceringsforskning.Nogle store fabrikker ønsker endda at annullere balanceringsmodulet og få al balancering udført eksternt, svarende til vedligeholdelse af brændstofbiler.Hver gang køretøjet kører en vis afstand, vil det gå til 4S-butikken for ekstern balancering.Dette vil reducere omkostningerne for hele køretøjets BMS og også gavne den tilsvarende 4S-butik.Det er en win-win situation for alle parter.Derfor forstår jeg personligt, at dette kan blive en trend!

3.3 Beskyttelse – fejldiagnose og alarm

BMS-overvågningen er afstemt med hardwaren i det elektriske system, og den er opdelt i forskellige fejlniveauer (mindre fejl, alvorlig fejl, fatal fejl) i henhold til batteriets forskellige ydeevneforhold.Der tages forskellige håndteringsforanstaltninger i forskellige fejlniveauer: advarsel, strømbegrænsning eller direkte højspændingsafbrydelse.Fejl omfatter dataopsamling og rationalitetsfejl, elektriske fejl (sensorer og aktuatorer), kommunikationsfejl og batteristatusfejl.

Et almindeligt eksempel er, når et batteri overophedes, BMS bestemmer, at batteriet overophedes baseret på den indsamlede batteritemperatur, kontrollerer derefter kredsløbet af dette batteri til at afbryde, udfører overophedningsbeskyttelse og sender en advarsel til ledelsessystemer såsom EMS.

3.4 Kommunikation

Den normale drift af BMS kan ikke adskilles fra dens kommunikationsfunktion.Uanset om det er styring af batteriet under batteristyring, overførsel af batteristatus til omverdenen eller modtagelse af kontrolinstruktioner, er stabil kommunikation påkrævet.

I strømbatterisystemet er den ene ende af BMS forbundet til batteriet, og den anden ende er forbundet til hele køretøjets kontrol- og elektroniske systemer.Det overordnede miljø bruger CAN-protokol, men der er en skelnen mellem at bruge intern CAN mellem interne komponenter i batteripakken og at bruge køretøjets CAN mellem batteripakken og hele køretøjet.

I modsætning hertil bruger energilagrings-BMS og intern kommunikation grundlæggende CAN-protokol, men dens eksterne kommunikation (ekstern refererer hovedsageligt til energilagringskraftværkets afsendelsessystem PCS) bruger ofte internetprotokolformater TCP/IP-protokol og modbus-protokol.

4) Energilagring BMS

Energilagring BMS-producenter har generelt udviklet sig fra strømbatteri-BMS, så mange designs og udtryk har historisk oprindelse

For eksempel er strømbatteriet generelt opdelt i BMU (Battery Monitor Unit) og BCU (Battery Control Unit), hvor førstnævnte indsamler data, og sidstnævnte styrer det.

Fordi battericellen er en elektrokemisk proces, danner flere battericeller et batteri.På grund af hver battericelles egenskaber, uanset hvor præcis fremstillingsprocessen er, vil der være fejl og uoverensstemmelser i hver battericelle over tid og afhængigt af miljøet.Derfor skal batteristyringssystemet evaluere batteriets nuværende tilstand gennem begrænsede parametre, hvilket er lidt ligesom en traditionel kinesisk medicinlæge, der diagnosticerer en patient ved at observere symptomer frem for vestlig medicin, der kræver fysisk og kemisk analyse.Den fysiske og kemiske analyse af den menneskelige krop ligner batteriets elektrokemiske egenskaber, som kan måles med store eksperimentelle instrumenter.Det er imidlertid vanskeligt for indlejrede systemer at evaluere nogle indikatorer for elektrokemi.Derfor er BMS som en gammel kinesisk medicinlæge.

4.1 Tre-lags arkitektur af energilagring BMS

På grund af det store antal battericeller i energilagringssystemer er BMS generelt implementeret i lag med to eller tre lag for at spare omkostninger.I øjeblikket er mainstream tre lag: master kontrol/master kontrol/slave kontrol.

4.2 Detaljeret beskrivelse af energilagring BMS

5) Nuværende situation og fremtidig tendens

Der er flere typer producenter, der producerer BMS:

Den første kategori er slutbrugeren med den mest dominerende kraft i strømbatteriet BMS – bilfabrikker.Faktisk er den stærkeste BMS-produktionsstyrke i udlandet også bilfabrikkerne, såsom General Motors, Tesla osv. Herhjemme er der BYD, Huating Power osv.

Den anden kategori er batterifabrikker, herunder celleproducenter og pakkeproducenter, såsom Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad, etc.;

Den tredje type BMS-producenter er dem med mange års erfaring i kraftelektronikteknologi og har R&D-teams med universitets- eller relaterede virksomhedsbaggrunde, såsom Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology og Kegong Electronics.

I modsætning til BMS for strømbatterier, som hovedsageligt er domineret af terminalbilproducenter, ser det ud til, at slutbrugerne af energilagringsbatterier ikke har behov for eller specifikke handlinger for at deltage i forskning og udvikling og fremstilling af BMS.Det er heller ikke sandsynligt, at de vil bruge mange penge og energi på at udvikle batteristyringssystemer i stor skala.Derfor kan det anses for, at BMS-industrien for energilagringsbatterier mangler en vigtig aktør med absolutte fordele, hvilket efterlader en enorm plads til udvikling og fantasi for batteriproducenter og -leverandører med fokus på energilagrings-BMS.Hvis energilagringsmarkedet etableres, vil det give batteriproducenter og professionelle BMS-producenter et stort udviklingsrum og mindre konkurrencemodstand.

I øjeblikket er der relativt få professionelle BMS-producenter med fokus på udvikling af energilagrings-BMS, hovedsageligt på grund af, at energilagringsmarkedet stadig er i sin vorden, og der er stadig stor tvivl om den fremtidige udvikling af energilagring på markedet.Derfor har de fleste producenter ikke udviklet BMS relateret til energilagring.I det faktiske erhvervsmiljø er der også producenter, der køber elbilbatteri BMS til brug som BMS til energilagringsbatterier.Det menes, at professionelle BMS-producenter af elektriske køretøjer i fremtiden sandsynligvis også vil blive en vigtig del af BMS-leverandørerne, der bruges i store energilagringsprojekter.

På nuværende tidspunkt er der mangel på ensartede standarder for BMS leveret af forskellige leverandører af energilagringssystem.Forskellige producenter har forskellige designs og definitioner for BMS, og afhængigt af de forskellige batterier, de er kompatible med, kan SOX-algoritmen, udligningsteknologien og det uploadede kommunikationsdataindhold også variere.I den praktiske anvendelse af BMS vil sådanne forskelle øge anvendelsesomkostningerne og være til skade for industriel udvikling.Derfor vil standardisering og modularisering af BMS også være en vigtig udviklingsretning i fremtiden.