Σύστημα διαχείρισης μπαταριών BMS Knowledge and Function, μια εισαγωγή

Το πλήρες όνομα του BMS είναι Σύστημα Διαχείρισης Μπαταριών.Είναι μια συσκευή που παρακολουθεί την κατάσταση των μπαταριών αποθήκευσης ενέργειας.Χρησιμοποιείται κυρίως για την έξυπνη διαχείριση και συντήρηση μεμονωμένων στοιχείων μπαταρίας, αποτρέποντας την υπερφόρτιση και υπερφόρτιση των μπαταριών, την παράταση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας και την παρακολούθηση της κατάστασης της μπαταρίας.Γενικά, το BMS αντιπροσωπεύεται ως πλακέτα κυκλώματος ή κουτί υλικού.

 

Το BMS είναι ένα από τα βασικά υποσυστήματα του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας της μπαταρίας, υπεύθυνο για την παρακολούθηση της κατάστασης λειτουργίας κάθε μπαταρίας στη μονάδα αποθήκευσης ενέργειας της μπαταρίας και τη διασφάλιση της ασφαλούς και αξιόπιστης λειτουργίας της μονάδας αποθήκευσης ενέργειας.Το BMS μπορεί να παρακολουθεί και να συλλέγει τις παραμέτρους κατάστασης της μπαταρίας αποθήκευσης ενέργειας σε πραγματικό χρόνο (συμπεριλαμβανομένης ενδεικτικά της τάσης ενός στοιχείου, της θερμοκρασίας του πόλου της μπαταρίας, του ρεύματος βρόχου μπαταρίας, της τάσης ακροδεκτών της μπαταρίας, της αντίστασης μόνωσης του συστήματος μπαταρίας, κ.λπ.) και πραγματοποιήστε την απαραίτητη ανάλυση και υπολογισμό σχετικά με τις σχετικές παραμέτρους κατάστασης για να λάβετε περισσότερες παραμέτρους αξιολόγησης της κατάστασης του συστήματος.Μπορεί επίσης να επιτύχει αποτελεσματικό έλεγχο της ίδιας της μπαταρίας αποθήκευσης ενέργειας σύμφωνα με συγκεκριμένες στρατηγικές ελέγχου προστασίας για να διασφαλίσει την ασφαλή και αξιόπιστη λειτουργία ολόκληρης της μονάδας αποθήκευσης ενέργειας της μπαταρίας.Ταυτόχρονα, το BMS μπορεί να αλληλεπιδρά με άλλες εξωτερικές συσκευές (PCS, EMS, σύστημα πυροπροστασίας κ.λπ.) μέσω της δικής του διεπαφής επικοινωνίας και της αναλογικής/ψηφιακής διεπαφής εισόδου για να σχηματίσει έναν έλεγχο σύνδεσης διαφόρων υποσυστημάτων σε ολόκληρη την ισχύ αποθήκευσης ενέργειας σταθμού, διασφαλίζοντας την ασφαλή, αξιόπιστη και αποτελεσματική λειτουργία του ηλεκτρικού σταθμού με σύνδεση στο δίκτυο.

2) Αρχιτεκτονική

Από την άποψη της αρχιτεκτονικής τοπολογίας, το BMS χωρίζεται σε δύο κατηγορίες: συγκεντρωτικό και κατανεμημένο σύμφωνα με διαφορετικές απαιτήσεις του έργου.

 

Κεντρικό BMS

Με απλά λόγια, το κεντρικό BMS χρησιμοποιεί ένα μόνο υλικό BMS για τη συλλογή όλων των κελιών, το οποίο είναι κατάλληλο για σενάρια με λίγα κελιά.

Το κεντρικό BMS έχει τα πλεονεκτήματα του χαμηλού κόστους, της συμπαγούς δομής και της υψηλής αξιοπιστίας και χρησιμοποιείται συνήθως σε σενάρια με χαμηλή χωρητικότητα, χαμηλή συνολική πίεση και μικρό όγκο συστήματος μπαταρίας, όπως ηλεκτρικά εργαλεία, ρομπότ (ρομπότ χειρισμού, βοηθητικά ρομπότ). Έξυπνα σπίτια IOT (ρομπότ σκούπας, ηλεκτρικές σκούπες), ηλεκτρικά περονοφόρα ανυψωτικά, ηλεκτρικά οχήματα χαμηλής ταχύτητας (ηλεκτρικά ποδήλατα, ηλεκτρικές μοτοσυκλέτες, ηλεκτρικά αυτοκίνητα περιήγησης στα αξιοθέατα, ηλεκτρικά περιπολικά, ηλεκτρικά καρότσια γκολφ, κ.λπ.) και ελαφρά υβριδικά οχήματα.

Το κεντρικό υλικό BMS μπορεί να χωριστεί σε περιοχές υψηλής τάσης και χαμηλής τάσης.Η περιοχή υψηλής τάσης είναι υπεύθυνη για τη συλλογή της τάσης ενός στοιχείου, της συνολικής τάσης του συστήματος και την παρακολούθηση της αντίστασης μόνωσης.Η περιοχή χαμηλής τάσης περιλαμβάνει κυκλώματα τροφοδοσίας ρεύματος, κυκλώματα CPU, κυκλώματα επικοινωνίας CAN, κυκλώματα ελέγχου κ.λπ.

Καθώς το σύστημα μπαταριών ισχύος των επιβατικών οχημάτων συνεχίζει να αναπτύσσεται προς υψηλή χωρητικότητα, υψηλή συνολική πίεση και μεγάλο όγκο, οι κατανεμημένες αρχιτεκτονικές BMS χρησιμοποιούνται κυρίως σε plug-in υβριδικά και αμιγώς ηλεκτρικά μοντέλα οχημάτων.

Κατανεμημένο BMS

Προς το παρόν, υπάρχουν διάφοροι όροι για το κατανεμημένο BMS στον κλάδο και διαφορετικές εταιρείες έχουν διαφορετικά ονόματα.Η μπαταρία ισχύος BMS έχει ως επί το πλείστον αρχιτεκτονική δύο επιπέδων master-slave:

 

Το BMS αποθήκευσης ενέργειας είναι συνήθως μια αρχιτεκτονική τριών επιπέδων λόγω του μεγάλου μεγέθους της μπαταρίας, με ένα κύριο στρώμα ελέγχου πάνω από το slave και το κύριο επίπεδο ελέγχου.

Ακριβώς όπως οι μπαταρίες σχηματίζουν συστάδες μπαταριών, οι οποίες με τη σειρά τους σχηματίζουν στοίβες, το BMS τριών επιπέδων ακολουθεί επίσης τον ίδιο ανοδικό κανόνα:

Από τον έλεγχο: μονάδα διαχείρισης μπαταριών (BMU), η οποία συλλέγει πληροφορίες από μεμονωμένες μπαταρίες.

Παρακολουθήστε την τάση και τη θερμοκρασία του στοιχείου της μπαταρίας

Εξισορρόπηση μπαταρίας στη συσκευασία

Μεταφόρτωση πληροφοριών

θερμική διαχείριση

Μη φυσιολογικός συναγερμός

Κύριος έλεγχος: Μονάδα διαχείρισης συμπλέγματος μπαταριών: BCU (μονάδα συμπλέγματος μπαταριών, επίσης γνωστή ως μονάδα διαχείρισης υψηλής τάσης HVU, BCMU, κ.λπ.), υπεύθυνη για τη συλλογή πληροφοριών BMU και τη συλλογή πληροφοριών για το σύμπλεγμα μπαταριών.

Λήψη ρεύματος συστοιχίας μπαταρίας, απόκτηση συνολικής τάσης, ανίχνευση διαρροών

Προστασία απενεργοποίησης όταν η κατάσταση της μπαταρίας είναι μη φυσιολογική

Υπό τη διαχείριση του BMS, η βαθμονόμηση χωρητικότητας και η βαθμονόμηση SOC μπορούν να ολοκληρωθούν χωριστά ως βάση για την επακόλουθη διαχείριση φόρτισης και εκφόρτισης

Η μονάδα διαχείρισης συστοιχίας μπαταριών (BAU) είναι υπεύθυνη για την κεντρική διαχείριση των μπαταριών σε ολόκληρη τη στοίβα μπαταριών αποθήκευσης ενέργειας.Συνδέεται με διάφορες μονάδες διαχείρισης συμπλέγματος μπαταριών και ανταλλάσσει πληροφορίες με άλλες συσκευές για να παρέχει ανατροφοδότηση σχετικά με την κατάσταση λειτουργίας της συστοιχίας μπαταριών.

Διαχείριση φόρτισης και αποφόρτισης συστοιχίας μπαταριών

Συναγερμός αυτοελέγχου και διάγνωσης βλαβών συστήματος BMS

Συναγερμός διάγνωσης βλαβών μπαταρίας

Προστασία ασφαλείας για διάφορες ανωμαλίες και σφάλματα στη συστοιχία μπαταριών

Επικοινωνήστε με άλλες συσκευές όπως PCS και EMS

Αποθήκευση, μετάδοση και επεξεργασία δεδομένων

Επίπεδο διαχείρισης μπαταριών: υπεύθυνο για τη συλλογή διαφόρων πληροφοριών (τάση, θερμοκρασία) μεμονωμένων μπαταριών, τον υπολογισμό και την ανάλυση SOC και SOH των μπαταριών, την επίτευξη ενεργού εξισορρόπησης μεμονωμένων μπαταριών και τη φόρτωση μη φυσιολογικών πληροφοριών μεμονωμένων μπαταριών στο επίπεδο της μονάδας μπαταριών BCMU.Μέσω της εξωτερικής επικοινωνίας CAN, διασυνδέεται μέσω μιας αλυσίδας μαργαρίτας.

Επίπεδο διαχείρισης μπαταριών: υπεύθυνο για τη συλλογή διαφόρων πληροφοριών από μεμονωμένες μπαταρίες που ανεβαίνουν από το BMU, τη συλλογή διαφόρων πληροφοριών σχετικά με το πακέτο μπαταριών (τάση πακέτου, θερμοκρασία πακέτου), τα ρεύματα φόρτισης και εκφόρτισης του πακέτου μπαταριών, τον υπολογισμό και την ανάλυση των SOC και SOH του πακέτου μπαταριών , και μεταφόρτωση όλων των πληροφοριών στο επίπεδο BAMS της μονάδας συμπλέγματος μπαταριών.Μέσω της εξωτερικής επικοινωνίας CAN, διασυνδέεται μέσω μιας αλυσίδας μαργαρίτας.

Επίπεδο διαχείρισης συμπλέγματος μπαταριών: υπεύθυνο για τη συλλογή διαφόρων πληροφοριών μπαταρίας που ανεβαίνουν από το BCMU και τη μεταφόρτωση όλων των πληροφοριών στο σύστημα παρακολούθησης αποθήκευσης ενέργειας EMS μέσω της διεπαφής RJ45.επικοινωνία με PCS για αποστολή σχετικών μη φυσιολογικών πληροφοριών της μπαταρίας σε PCS (διεπαφή CAN ή RS485) και εξοπλισμένο με ξηρούς κόμβους υλικού για επικοινωνία με PCS.Επιπλέον, εκτελεί αξιολόγηση συστήματος μπαταρίας BSE (Battery State Estimate), ανίχνευση κατάστασης ηλεκτρικού συστήματος, διαχείριση επαφών, θερμική διαχείριση, διαχείριση λειτουργίας, διαχείριση φόρτισης, διαγνωστική διαχείριση και εκτελεί διαχείριση εσωτερικού και εξωτερικού δικτύου επικοινωνίας.Επικοινωνεί με τους υφισταμένους μέσω του CAN.

3) Τι κάνει το BMS;

Οι λειτουργίες του BMS είναι πολλές, αλλά ο πυρήνας και αυτό που μας απασχολεί περισσότερο είναι τρεις πτυχές:

Το ένα είναι η αίσθηση (διαχείριση κατάστασης), που είναι η βασική λειτουργία του BMS.Μετρά την τάση, την αντίσταση, τη θερμοκρασία και τελικά ανιχνεύει την κατάσταση της μπαταρίας.Θέλουμε να μάθουμε ποια είναι η κατάσταση της μπαταρίας, πόση ενέργεια και χωρητικότητα έχει, πόσο υγιής είναι, πόση ενέργεια παράγει και πόσο ασφαλής είναι.Αυτό είναι αισθητήριο.

Το δεύτερο είναι η διαχείριση (διαχείριση ισορροπίας).Κάποιοι λένε ότι το BMS είναι η νταντά της μπαταρίας.Τότε αυτή η νταντά θα πρέπει να το διαχειριστεί.Τι να διαχειριστεί;Είναι να γίνει η μπαταρία όσο το δυνατόν καλύτερη.Το πιο βασικό είναι η διαχείριση ισορροπίας και η θερμική διαχείριση.

Το τρίτο είναι η προστασία (διαχείριση ασφάλειας).Η νταντά έχει και μια δουλειά να κάνει.Εάν η μπαταρία έχει κάποια κατάσταση, πρέπει να προστατεύεται και να ενεργοποιείται ένας συναγερμός.

Φυσικά, υπάρχει επίσης ένα στοιχείο διαχείρισης επικοινωνίας που μεταφέρει δεδομένα εντός ή εκτός του συστήματος μέσω ορισμένων πρωτοκόλλων.

Το BMS έχει πολλές άλλες λειτουργίες, όπως έλεγχο λειτουργίας, παρακολούθηση μόνωσης, θερμική διαχείριση κ.λπ., που δεν αναλύονται εδώ.

 

3.1 Αντίληψη – Μέτρηση και Εκτίμηση

Η βασική λειτουργία του BMS είναι να μετράει και να εκτιμά τις παραμέτρους της μπαταρίας, συμπεριλαμβανομένων βασικών παραμέτρων όπως τάση, ρεύμα, θερμοκρασία και κατάσταση, καθώς και υπολογισμούς δεδομένων κατάστασης μπαταρίας όπως SOC και SOH.Ο τομέας των μπαταριών ισχύος περιλαμβάνει επίσης υπολογισμούς SOP (κατάσταση ισχύος) και SOE (κατάσταση ενέργειας), οι οποίοι δεν συζητούνται εδώ.Θα επικεντρωθούμε στα δύο πρώτα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα δεδομένα.

Μέτρηση κυττάρων

1) Μέτρηση βασικών πληροφοριών: Η πιο βασική λειτουργία του συστήματος διαχείρισης μπαταριών είναι η μέτρηση της τάσης, του ρεύματος και της θερμοκρασίας των μεμονωμένων κυψελών μπαταρίας, η οποία αποτελεί τη βάση για όλους τους υπολογισμούς ανώτατου επιπέδου και τη λογική ελέγχου στο σύστημα διαχείρισης μπαταρίας.

2) Δοκιμή αντίστασης μόνωσης: Απαιτείται δοκιμή μόνωσης για ολόκληρο το σύστημα μπαταρίας και το σύστημα υψηλής τάσης εντός του συστήματος διαχείρισης μπαταρίας.

3) Ανίχνευση διακλάδωσης υψηλής τάσης (HVIL): χρησιμοποιείται για την επιβεβαίωση της ακεραιότητας ολόκληρου του συστήματος υψηλής τάσης και την έναρξη μέτρων ασφαλείας όταν διακυβεύεται η ακεραιότητα του βρόχου του συστήματος υψηλής τάσης.

Υπολογισμός SOC

Το SOC αναφέρεται στην κατάσταση φόρτισης, η οποία είναι η εναπομένουσα χωρητικότητα της μπαταρίας.Με απλά λόγια, είναι πόση ισχύς απομένει στην μπαταρία.

Το SOC είναι η πιο σημαντική παράμετρος στο BMS, καθώς όλα τα άλλα βασίζονται σε αυτό.Επομένως, η ακρίβεια και η στιβαρότητά του (γνωστή και ως ικανότητα διόρθωσης σφαλμάτων) είναι εξαιρετικά σημαντικά.Χωρίς ακριβή SOC, καμία λειτουργία προστασίας δεν μπορεί να κάνει το BMS να λειτουργήσει σωστά, καθώς η μπαταρία είναι συχνά σε προστατευμένη κατάσταση, καθιστώντας αδύνατη την παράταση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας.

Επί του παρόντος, οι κύριες μέθοδοι εκτίμησης SOC περιλαμβάνουν τη μέθοδο τάσης ανοιχτού κυκλώματος, τη μέθοδο ολοκλήρωσης ρεύματος, τη μέθοδο φίλτρου Kalman και τη μέθοδο νευρωνικού δικτύου.Οι δύο πρώτες μέθοδοι χρησιμοποιούνται συνήθως.Οι δύο τελευταίες μέθοδοι περιλαμβάνουν προηγμένες γνώσεις, όπως μοντέλα ολοκλήρωσης και τεχνητή νοημοσύνη, οι οποίες δεν αναφέρονται λεπτομερώς εδώ.

Σε πρακτικές εφαρμογές, πολλαπλοί αλγόριθμοι χρησιμοποιούνται συχνά σε συνδυασμό, με διαφορετικούς αλγόριθμους που υιοθετούνται ανάλογα με την κατάσταση φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας.

μέθοδος τάσης ανοιχτού κυκλώματος

Η αρχή της μεθόδου τάσης ανοιχτού κυκλώματος είναι η χρήση της σχετικά σταθερής λειτουργικής σχέσης μεταξύ τάσης ανοιχτού κυκλώματος και SOC υπό την προϋπόθεση της μακροπρόθεσμης στατικής τοποθέτησης της μπαταρίας, και επομένως η εκτίμηση του SOC με βάση την τάση ανοιχτού κυκλώματος.Το ηλεκτρικό ποδήλατο με μπαταρία μολύβδου-οξέος που χρησιμοποιήθηκε στο παρελθόν χρησιμοποιεί αυτή τη μέθοδο για την εκτίμηση του SOC.Η μέθοδος τάσης ανοιχτού κυκλώματος είναι απλή και βολική, αλλά υπάρχουν επίσης πολλά μειονεκτήματα:

1. Η μπαταρία πρέπει να παραμείνει όρθια για μεγάλο χρονικό διάστημα, διαφορετικά η τάση ανοιχτού κυκλώματος θα είναι δύσκολο να σταθεροποιηθεί σε σύντομο χρονικό διάστημα.

2. Υπάρχει ένα οροπέδιο τάσης στις μπαταρίες, ειδικά στις μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου, όπου η τάση τερματικού και η καμπύλη SOC είναι περίπου γραμμικές κατά την περιοχή SOC30%-80%.

3. Η μπαταρία βρίσκεται σε διαφορετικές θερμοκρασίες ή διαφορετικά στάδια ζωής, και παρόλο που η τάση ανοιχτού κυκλώματος είναι η ίδια, η πραγματική διαφορά SOC μπορεί να είναι μεγάλη.

Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, όταν χρησιμοποιούμε αυτό το ηλεκτρικό ποδήλατο, εάν το τρέχον SOC εμφανίζεται ως 100%, η τάση πέφτει κατά την επιτάχυνση και η ισχύς μπορεί να εμφανίζεται ως 80%.Όταν σταματήσουμε να επιταχύνουμε, η τάση αυξάνεται και η ισχύς πηδά πίσω στο 100%.Επομένως, η οθόνη ισχύος του ηλεκτρικού σκούτερ μας δεν είναι ακριβής.Όταν σταματάμε, έχει ρεύμα, αλλά όταν ξεκινάμε, τελειώνει.Αυτό μπορεί να μην είναι πρόβλημα με την μπαταρία, αλλά μπορεί να οφείλεται στο ότι ο αλγόριθμος SoC του BMS είναι πολύ απλός.

Ολοκληρωμένη μέθοδος An-Shi

Η μέθοδος ολοκλήρωσης Anshicontinuous υπολογίζει απευθείας την τιμή SOC σε πραγματικό χρόνο μέσω του ορισμού του SOC.

Δεδομένης της αρχικής τιμής SOC, εφόσον μπορεί να μετρηθεί το ρεύμα της μπαταρίας (όπου το ρεύμα εκφόρτισης είναι θετικό), η αλλαγή στη χωρητικότητα της μπαταρίας μπορεί να υπολογιστεί με ακρίβεια μέσω της ενσωμάτωσης ρεύματος, με αποτέλεσμα το υπόλοιπο SOC.

Αυτή η μέθοδος έχει σχετικά αξιόπιστα αποτελέσματα εκτίμησης σε σύντομο χρονικό διάστημα, αλλά λόγω σφαλμάτων μέτρησης του αισθητήρα ρεύματος και σταδιακής υποβάθμισης της χωρητικότητας της μπαταρίας, η μακροπρόθεσμη ενσωμάτωση ρεύματος θα προκαλέσει ορισμένες αποκλίσεις.Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται γενικά σε συνδυασμό με τη μέθοδο ανοιχτού κυκλώματος τάσης για την εκτίμηση της αρχικής τιμής για εκτίμηση SOC με απαιτήσεις χαμηλής ακρίβειας και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με τη μέθοδο φιλτραρίσματος Kalman για βραχυπρόθεσμη πρόβλεψη SOC.

Το SOC (State Of Charge) ανήκει στον βασικό αλγόριθμο ελέγχου του BMS, αντιπροσωπεύοντας την τρέχουσα κατάσταση εναπομένουσας χωρητικότητας.Επιτυγχάνεται κυρίως μέσω της μεθόδου ολοκλήρωσης αμπέρ-ωρών και του αλγόριθμου EKF (Extended Kalman Filter), σε συνδυασμό με στρατηγικές διόρθωσης (όπως διόρθωση τάσης ανοιχτού κυκλώματος, διόρθωση πλήρους φόρτισης, διόρθωση τέλους φόρτισης, διόρθωση χωρητικότητας σε διαφορετικές θερμοκρασίες και SOH, και τα λοιπά.).Η μέθοδος ολοκλήρωσης αμπερωρών είναι σχετικά αξιόπιστη υπό την προϋπόθεση της εξασφάλισης της ακρίβειας λήψης ρεύματος, αλλά δεν είναι ισχυρή.Λόγω της συσσώρευσης σφαλμάτων, πρέπει να συνδυαστεί με στρατηγικές διόρθωσης.Η μέθοδος EKF είναι ισχυρή αλλά ο αλγόριθμος είναι σχετικά πολύπλοκος και δύσκολος στην εφαρμογή.Οι εγχώριοι κατασκευαστές μπορούν να επιτύχουν ακρίβεια μικρότερη από 6% σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά η εκτίμηση σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες και την εξασθένηση της μπαταρίας είναι δύσκολη.

Διόρθωση SOC

Λόγω των τρεχουσών διακυμάνσεων, το εκτιμώμενο SOC μπορεί να είναι ανακριβές και πρέπει να ενσωματωθούν διάφορες στρατηγικές διόρθωσης στη διαδικασία εκτίμησης.

 

Υπολογισμός SOH

Το SOH αναφέρεται στην κατάσταση υγείας, η οποία υποδεικνύει την τρέχουσα κατάσταση υγείας της μπαταρίας (ή τον βαθμό υποβάθμισης της μπαταρίας).Συνήθως αντιπροσωπεύεται ως τιμή μεταξύ 0 και 100%, με τιμές κάτω του 80% που γενικά θεωρείται ότι υποδηλώνουν ότι η μπαταρία δεν είναι πλέον χρησιμοποιήσιμη.Μπορεί να αντιπροσωπεύεται από αλλαγές στη χωρητικότητα της μπαταρίας ή στην εσωτερική αντίσταση.Όταν χρησιμοποιείτε χωρητικότητα, η πραγματική χωρητικότητα της τρέχουσας μπαταρίας εκτιμάται με βάση δεδομένα από τη διαδικασία λειτουργίας της μπαταρίας και η αναλογία αυτής προς την ονομαστική χωρητικότητα είναι το SOH.Ένα ακριβές SOH θα βελτιώσει την ακρίβεια εκτίμησης άλλων μονάδων όταν η μπαταρία φθείρεται.

Υπάρχουν δύο διαφορετικοί ορισμοί του SOH στη βιομηχανία:

Ορισμός SOH με βάση την εξασθένιση χωρητικότητας

Κατά τη χρήση των μπαταριών ιόντων λιθίου, το ενεργό υλικό στο εσωτερικό της μπαταρίας μειώνεται σταδιακά, η εσωτερική αντίσταση αυξάνεται και η χωρητικότητα μειώνεται.Επομένως, το SOH μπορεί να εκτιμηθεί από τη χωρητικότητα της μπαταρίας.Η κατάσταση υγείας της μπαταρίας εκφράζεται ως ο λόγος της τρέχουσας χωρητικότητας προς την αρχική χωρητικότητα και το SOH ορίζεται ως:

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

Όπου: C_fade είναι η χαμένη χωρητικότητα της μπαταρίας.C_standard είναι η ονομαστική χωρητικότητα.

Το πρότυπο IEEE 1188-1996 ορίζει ότι όταν η χωρητικότητα της μπαταρίας ισχύος πέσει στο 80%, η μπαταρία πρέπει να αντικατασταθεί.Επομένως, συνήθως θεωρούμε ότι η μπαταρία SOH δεν είναι διαθέσιμη όταν είναι κάτω από 80%.

Ορισμός SOH με βάση την εξασθένηση ισχύος (Power Fade)

Η γήρανση σχεδόν όλων των τύπων μπαταριών θα οδηγήσει σε αύξηση της εσωτερικής αντίστασης της μπαταρίας.Όσο μεγαλύτερη είναι η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας, τόσο μικρότερη είναι η διαθέσιμη ισχύς.Επομένως, το SOH μπορεί να εκτιμηθεί χρησιμοποιώντας εξασθένηση ισχύος.

3.2 Διαχείριση – Ισορροπημένη τεχνολογία

Κάθε μπαταρία έχει τη δική της «προσωπικότητα»

Για να μιλήσουμε για ισορροπία, πρέπει να ξεκινήσουμε με τις μπαταρίες.Ακόμη και οι μπαταρίες που παράγονται στην ίδια παρτίδα από τον ίδιο κατασκευαστή έχουν τους δικούς τους κύκλους ζωής και «προσωπικότητες» – η χωρητικότητα κάθε μπαταρίας δεν μπορεί να είναι ακριβώς η ίδια.Υπάρχουν δύο λόγοι για αυτήν την ασυνέπεια:

Το ένα είναι η ασυνέπεια της κυτταρικής παραγωγής

Το ένα είναι η ασυνέπεια των ηλεκτροχημικών αντιδράσεων.

ασυνέπεια παραγωγής

Οι ασυνέπειες στην παραγωγή είναι εύκολα κατανοητές.Για παράδειγμα, κατά τη διαδικασία παραγωγής, οι ασυνέπειες του διαφράγματος και οι ασυνέπειες του υλικού καθόδου και ανόδου μπορεί να έχουν ως αποτέλεσμα ασυνέπειες στη συνολική χωρητικότητα της μπαταρίας.Μια τυπική μπαταρία 50AH μπορεί να γίνει 49AH ή 51AH.

ηλεκτροχημική ασυνέπεια

Η ασυνέπεια της ηλεκτροχημείας έγκειται στο ότι στη διαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας, ακόμη και αν η παραγωγή και η επεξεργασία των δύο στοιχείων είναι πανομοιότυπες, το θερμικό περιβάλλον δεν μπορεί ποτέ να είναι συνεπές στη διαδικασία της ηλεκτροχημικής αντίδρασης.Για παράδειγμα, όταν φτιάχνετε μονάδες μπαταρίας, η θερμοκρασία του περιβάλλοντος δακτυλίου πρέπει να είναι χαμηλότερη από αυτή του μεσαίου.Αυτό οδηγεί σε μακροπρόθεσμη ασυνέπεια μεταξύ των ποσοτήτων φόρτισης και εκφόρτισης, η οποία με τη σειρά της οδηγεί σε ασυνεπή χωρητικότητα της μπαταρίας.Όταν τα ρεύματα φόρτισης και εκφόρτισης του φιλμ SEI στην κυψέλη της μπαταρίας είναι ασυνεπή για μεγάλο χρονικό διάστημα, η γήρανση του φιλμ SEI θα είναι επίσης ασυνεπής.

* Φιλμ SEI: «διεπαφή στερεού ηλεκτρολύτη» (διεπαφή στερεού ηλεκτρολύτη).Κατά τη διάρκεια της πρώτης διαδικασίας εκφόρτισης της μπαταρίας υγρών ιόντων λιθίου, το υλικό του ηλεκτροδίου αντιδρά με τον ηλεκτρολύτη στη διεπιφάνεια φάσης στερεού-υγρού για να σχηματίσει ένα στρώμα παθητικοποίησης που καλύπτει την επιφάνεια του υλικού του ηλεκτροδίου.Το φιλμ SEI είναι ένας ηλεκτρονικός μονωτήρας αλλά ένας εξαιρετικός αγωγός ιόντων λιθίου, ο οποίος όχι μόνο προστατεύει το ηλεκτρόδιο αλλά και δεν επηρεάζει τη λειτουργία της μπαταρίας.Η γήρανση του φιλμ SEI έχει σημαντικό αντίκτυπο στην υγεία της μπαταρίας.

Επομένως, η ανομοιομορφία (ή η διακριτικότητα) των πακέτων μπαταριών είναι μια αναπόφευκτη εκδήλωση της λειτουργίας της μπαταρίας.

Γιατί χρειάζεται ισορροπία

Οι μπαταρίες είναι διαφορετικές, οπότε γιατί να μην προσπαθήσετε να τις κάνετε ίδιες;Επειδή η ασυνέπεια θα επηρεάσει την απόδοση της μπαταρίας.

Το πακέτο μπαταριών σε σειρά ακολουθεί το εφέ της μικρής κάννης: στο σύστημα πακέτου μπαταριών σε σειρά, η χωρητικότητα ολόκληρου του συστήματος μπαταρίας καθορίζεται από τη μικρότερη μεμονωμένη μονάδα.

Ας υποθέσουμε ότι έχουμε μια μπαταρία που αποτελείται από τρεις μπαταρίες:

Να γνωρίζετε ότι η υπερφόρτιση και η υπερφόρτιση μπορεί να βλάψουν σοβαρά τις μπαταρίες.Επομένως, όταν η μπαταρία Β είναι πλήρως φορτισμένη κατά τη φόρτιση ή όταν το SoC της μπαταρίας Β είναι πολύ χαμηλό κατά την εκφόρτιση, είναι απαραίτητο να σταματήσετε τη φόρτιση και την αποφόρτιση για να προστατεύσετε την μπαταρία Β. Ως αποτέλεσμα, η ισχύς των μπαταριών Α και Γ δεν μπορεί να είναι πλήρως που χρησιμοποιείται.

Αυτό οδηγεί σε:

Η πραγματική ωφέλιμη χωρητικότητα της μπαταρίας έχει μειωθεί: Οι μπαταρίες A και C, που θα μπορούσαν να είχαν χρησιμοποιήσει τη διαθέσιμη χωρητικότητα, δεν μπορούν τώρα να το κάνουν για να χωρέσουν τη μπαταρία Β. Είναι σαν δύο άτομα σε τρία πόδια δεμένα μεταξύ τους, με το ψηλότερο άτομο που δεν μπορεί να κάνει μεγάλα βήματα.

Μειωμένη διάρκεια ζωής της μπαταρίας: Ένα μικρότερο μήκος βήματος απαιτεί περισσότερα βήματα και κάνει τα πόδια πιο κουρασμένα.Με μειωμένη χωρητικότητα, ο αριθμός των κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης αυξάνεται, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη υποβάθμιση της μπαταρίας.Για παράδειγμα, ένα μεμονωμένο κελί μπορεί να επιτύχει 4000 κύκλους σε 100% DoD, αλλά στην πραγματική χρήση δεν μπορεί να φτάσει το 100% και ο αριθμός των κύκλων σίγουρα δεν θα φτάσει τους 4000.

*DoD, Βάθος εκφόρτισης, αντιπροσωπεύει το ποσοστό της χωρητικότητας εκφόρτισης της μπαταρίας στην ονομαστική χωρητικότητα της μπαταρίας.

Η ασυνέπεια των μπαταριών οδηγεί σε μείωση της απόδοσης της μπαταρίας.Όταν το μέγεθος της μονάδας μπαταρίας είναι μεγάλο, πολλαπλές σειρές μπαταριών συνδέονται σε σειρά και μια μεγάλη διαφορά τάσης θα προκαλέσει μείωση της χωρητικότητας ολόκληρου του κουτιού.Όσο περισσότερες μπαταρίες συνδέονται σε σειρά, τόσο περισσότερη χωρητικότητα χάνουν.Ωστόσο, στις εφαρμογές μας, ειδικά σε εφαρμογές συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας, υπάρχουν δύο σημαντικές απαιτήσεις:

Το πρώτο είναι η μπαταρία μεγάλης διάρκειας, η οποία μπορεί να μειώσει σημαντικά το κόστος λειτουργίας και συντήρησης.Το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας έχει υψηλές απαιτήσεις για τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.Τα περισσότερα από τα εγχώρια είναι σχεδιασμένα για 15 χρόνια.Αν υποθέσουμε 300 κύκλους ανά έτος, τα 15 χρόνια είναι 4500 κύκλοι, που είναι ακόμα πολύ υψηλό.Πρέπει να μεγιστοποιήσουμε τη διάρκεια ζωής κάθε μπαταρίας, ώστε η συνολική διάρκεια ζωής ολόκληρου του πακέτου μπαταριών να φτάσει όσο το δυνατόν περισσότερο στη διάρκεια ζωής του σχεδιασμού και να μειώσει τον αντίκτυπο της διασποράς της μπαταρίας στη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

Ο δεύτερος βαθύς κύκλος, ειδικά στο σενάριο εφαρμογής του αιχμής ξυρίσματος, η απελευθέρωση ακόμη μιας kWh ηλεκτρικής ενέργειας θα φέρει ένα ακόμη σημείο εσόδων.Θα κάνουμε δηλαδή 80%DoD ή 90%DoD.Όταν ο βαθύς κύκλος χρησιμοποιείται στο σύστημα αποθήκευσης ενέργειας, θα εμφανιστεί η διασπορά της μπαταρίας κατά την εκφόρτιση της ουράς.Επομένως, προκειμένου να διασφαλιστεί η πλήρης απελευθέρωση της χωρητικότητας κάθε μεμονωμένης κυψέλης υπό την προϋπόθεση βαθιάς φόρτισης και βαθιάς εκφόρτισης, είναι απαραίτητο να απαιτείται από το BMS αποθήκευσης ενέργειας να έχει ισχυρές δυνατότητες διαχείρισης εξισορρόπησης και να καταστείλει την εμφάνιση συνοχής μεταξύ των στοιχείων της μπαταρίας .

Αυτές οι δύο απαιτήσεις είναι ακριβώς αντίθετες με την ασυνέπεια της μπαταρίας.Για να επιτύχουμε πιο αποτελεσματικές εφαρμογές πακέτων μπαταριών, πρέπει να έχουμε πιο αποτελεσματική τεχνολογία εξισορρόπησης για να μειώσουμε τον αντίκτυπο της ασυνέπειας της μπαταρίας.

τεχνολογία ισορροπίας

Η τεχνολογία εξισορρόπησης μπαταριών είναι ένας τρόπος να κάνετε τις μπαταρίες με διαφορετικές χωρητικότητες το ίδιο.Υπάρχουν δύο κοινές μέθοδοι εξισορρόπησης: η μονόδρομη εξίσωση διασποράς ενέργειας (παθητική εξισορρόπηση) και η αμφίδρομη εξίσωση μεταφοράς ενέργειας (ενεργητική εξίσωση).

(1) Παθητική ισορροπία

Η αρχή της παθητικής εξισορρόπησης είναι να παραλληλίζεται μια αντίσταση εκφόρτισης με δυνατότητα εναλλαγής σε κάθε σειρά μπαταριών.Το BMS ελέγχει την αντίσταση εκφόρτισης για να εκφορτίσει τις κυψέλες υψηλότερης τάσης, διαχέοντας την ηλεκτρική ενέργεια ως θερμότητα.Για παράδειγμα, όταν η μπαταρία Β είναι σχεδόν πλήρως φορτισμένη, ο διακόπτης ανοίγει για να επιτρέψει στην αντίσταση της μπαταρίας Β να διαχέει την περίσσεια ηλεκτρική ενέργεια ως θερμότητα.Στη συνέχεια, η φόρτιση συνεχίζεται έως ότου φορτιστούν πλήρως και οι μπαταρίες A και C.

Αυτή η μέθοδος μπορεί να εκφορτίσει μόνο κυψέλες υψηλής τάσης και δεν μπορεί να επαναφορτίσει κυψέλες χαμηλής χωρητικότητας.Λόγω του περιορισμού ισχύος της αντίστασης εκφόρτισης, το ρεύμα εξισορρόπησης είναι γενικά μικρό (λιγότερο από 1Α).

Τα πλεονεκτήματα της παθητικής εξισορρόπησης είναι το χαμηλό κόστος και ο απλός σχεδιασμός κυκλώματος.Τα μειονεκτήματα είναι ότι βασίζεται στη χαμηλότερη εναπομένουσα χωρητικότητα της μπαταρίας για εξισορρόπηση, η οποία δεν μπορεί να αυξήσει τη χωρητικότητα των μπαταριών με χαμηλή υπολειπόμενη χωρητικότητα και ότι το 100% της εξισορροπημένης ισχύος σπαταλάται με τη μορφή θερμότητας.

(2) Ενεργό υπόλοιπο

Μέσω αλγορίθμων, πολλαπλές σειρές μπαταριών μεταφέρουν την ενέργεια των κυψελών υψηλής τάσης σε κυψέλες χαμηλής τάσης χρησιμοποιώντας εξαρτήματα αποθήκευσης ενέργειας, αποφορτίζοντας τις μπαταρίες υψηλότερης τάσης και χρησιμοποιώντας την ενέργεια που απελευθερώνεται για τη φόρτιση των κυψελών χαμηλότερης τάσης.Η ενέργεια μεταφέρεται κυρίως παρά διαχέεται.

Με αυτόν τον τρόπο, κατά τη φόρτιση, η μπαταρία Β, που φτάνει πρώτα το 100% τάση, αποφορτίζεται στα Α και Γ και οι τρεις μπαταρίες φορτίζονται πλήρως μαζί.Κατά την εκφόρτιση, όταν η εναπομένουσα φόρτιση της μπαταρίας Β είναι πολύ χαμηλή, οι Α και Γ «φορτίζουν» το Β, έτσι ώστε η κυψέλη Β να μην φτάσει το όριο SOC για να σταματήσει η εκφόρτιση τόσο γρήγορα.

Κύρια χαρακτηριστικά της τεχνολογίας ενεργού εξισορρόπησης

(1) Εξισορροπήστε την υψηλή και τη χαμηλή τάση για να βελτιώσετε την απόδοση του πακέτου μπαταριών: Κατά τη διάρκεια της φόρτισης και της εκφόρτισης και σε κατάσταση ηρεμίας, οι μπαταρίες υψηλής τάσης μπορούν να αποφορτιστούν και οι μπαταρίες χαμηλής τάσης μπορούν να φορτιστούν.

(2) Μεταφορά ενέργειας χαμηλών απωλειών: η ενέργεια μεταφέρεται κυρίως και όχι απλώς χάνεται, βελτιώνοντας την απόδοση της χρήσης ενέργειας.

(3) Μεγάλο ρεύμα ισορροπίας: Γενικά, το ρεύμα ισορροπίας είναι μεταξύ 1 και 10Α και η ισορροπία είναι ταχύτερη.

Η ενεργή εξισορρόπηση απαιτεί τη διαμόρφωση αντίστοιχων κυκλωμάτων και συσκευών αποθήκευσης ενέργειας, γεγονός που οδηγεί σε μεγάλο όγκο και αυξημένο κόστος.Αυτές οι δύο προϋποθέσεις μαζί καθορίζουν ότι η ενεργητική εξίσωση δεν είναι εύκολο να προωθηθεί και να εφαρμοστεί.

Επιπλέον, η διαδικασία ενεργητικής εξισορρόπησης φόρτισης και εκφόρτισης αυξάνει έμμεσα τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.Για τις κυψέλες που απαιτούν φόρτιση και εκφόρτιση για την επίτευξη ισορροπίας, ο πρόσθετος φόρτος εργασίας μπορεί να τις κάνει να υπερβαίνουν τη γήρανση των συνηθισμένων κυττάρων, με αποτέλεσμα μεγαλύτερο κενό απόδοσης με άλλες κυψέλες.

Ορισμένοι ειδικοί πιστεύουν ότι οι δύο παραπάνω εκφράσεις πρέπει να αντιστοιχούν σε ισορροπία διάχυσης και μη διασποριστική ισορροπία.Το αν είναι ενεργό ή παθητικό θα πρέπει να εξαρτάται από το γεγονός που πυροδοτεί τη διαδικασία ισορροπίας.Εάν το σύστημα φτάσει σε μια κατάσταση όπου πρέπει να είναι παθητικό, είναι παθητικό.Εάν τίθεται από τον άνθρωπο, η ρύθμιση του προγράμματος ισορροπίας όταν δεν είναι απαραίτητο να είναι ισορροπημένο ονομάζεται ενεργή ισορροπία.

Για παράδειγμα, όταν η εκφόρτιση είναι στο τέλος, η κυψέλη χαμηλότερης τάσης έχει φτάσει στην τάση διακοπής εκφόρτισης, ενώ άλλες κυψέλες εξακολουθούν να έχουν ρεύμα.Αυτή τη στιγμή, προκειμένου να εκφορτιστεί όσο το δυνατόν περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια, το σύστημα μεταφέρει την ηλεκτρική ενέργεια των κυψελών υψηλής ενέργειας σε κυψέλες χαμηλής ενέργειας, επιτρέποντας τη διαδικασία εκφόρτισης να συνεχιστεί μέχρι να εκφορτιστεί όλη η ισχύς.Αυτή είναι μια παθητική διαδικασία εξισορρόπησης.Εάν το σύστημα προβλέψει ότι θα υπάρξει ανισορροπία στο τέλος της εκφόρτισης όταν απομένει ακόμη το 40% της ισχύος, θα ξεκινήσει μια ενεργή διαδικασία εξισορρόπησης.

Η ενεργή εξίσωση χωρίζεται σε κεντρικές και αποκεντρωμένες μεθόδους.Η κεντρική μέθοδος εξισορρόπησης λαμβάνει ενέργεια από ολόκληρο το πακέτο μπαταριών και στη συνέχεια χρησιμοποιεί μια συσκευή μετατροπής ενέργειας για να συμπληρώσει ενέργεια στις μπαταρίες με λιγότερη ενέργεια.Η αποκεντρωμένη εξισορρόπηση περιλαμβάνει μια σύνδεση αποθήκευσης ενέργειας μεταξύ γειτονικών μπαταριών, η οποία μπορεί να είναι ένας επαγωγέας ή ένας πυκνωτής, επιτρέποντας τη ροή ενέργειας μεταξύ γειτονικών μπαταριών.

Στην τρέχουσα στρατηγική ελέγχου ισορροπίας, υπάρχουν εκείνοι που λαμβάνουν την τάση κυψέλης ως παράμετρο στόχο ελέγχου, και υπάρχουν επίσης εκείνοι που προτείνουν τη χρήση του SOC ως παραμέτρου στόχου ελέγχου ισορροπίας.Λαμβάνοντας ως παράδειγμα την τάση του στοιχείου.

Πρώτα, ορίστε ένα ζεύγος οριακών τιμών για την εκκίνηση και τον τερματισμό της εξισορρόπησης: για παράδειγμα, σε ένα σύνολο μπαταριών, όταν η διαφορά μεταξύ της ακραίας τάσης ενός κυττάρου και της μέσης τάσης του σετ φτάσει τα 50 mV, ξεκινά η εξίσωση και όταν φτάνει τα 5mV, η εξισορρόπηση τελειώνει.

Το BMS συλλέγει την τάση κάθε στοιχείου σύμφωνα με έναν σταθερό κύκλο απόκτησης, υπολογίζει τη μέση τιμή και στη συνέχεια υπολογίζει τη διαφορά μεταξύ της τάσης κάθε στοιχείου και της μέσης τιμής.

Εάν η μέγιστη διαφορά φτάσει τα 50 mV, το BMS πρέπει να ξεκινήσει τη διαδικασία εξισορρόπησης.

Συνεχίστε το βήμα 2 κατά τη διαδικασία εξισορρόπησης έως ότου οι τιμές διαφοράς είναι όλες μικρότερες από 5 mV και, στη συνέχεια, τερματίστε την εξίσωση.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι δεν απαιτούν όλα τα BMS αυτό το βήμα και οι επακόλουθες στρατηγικές ενδέχεται να διαφέρουν ανάλογα με τη μέθοδο ισορροπίας.

Η τεχνολογία ισορροπίας σχετίζεται επίσης με τον τύπο της μπαταρίας.Γενικά πιστεύεται ότι το LFP είναι πιο κατάλληλο για ενεργή ισορροπία, ενώ οι τριμερείς μπαταρίες είναι κατάλληλες για παθητική ισορροπία.

Το στάδιο του έντονου ανταγωνισμού στο BMS υποστηρίζεται κυρίως από το κόστος και την αξιοπιστία.Επί του παρόντος, η πειραματική επαλήθευση της ενεργής εξισορρόπησης δεν έχει ακόμη επιτευχθεί.Το επίπεδο λειτουργικής ασφάλειας αναμένεται να κινηθεί προς τα ASIL-C και ASIL-D, αλλά το κόστος είναι αρκετά υψηλό.Ως εκ τούτου, οι τρέχουσες μεγάλες εταιρείες είναι προσεκτικές όσον αφορά την ενεργό έρευνα εξισορρόπησης.Μερικά μεγάλα εργοστάσια θέλουν ακόμη και να ακυρώσουν τη μονάδα εξισορρόπησης και να κάνουν όλη τη ζυγοστάθμιση εξωτερικά, παρόμοια με τη συντήρηση οχημάτων με καύσιμο.Κάθε φορά που το όχημα διανύει μια συγκεκριμένη απόσταση, θα πηγαίνει στο κατάστημα 4S για εξωτερική ζυγοστάθμιση.Αυτό θα μειώσει το κόστος ολόκληρου του BMS του οχήματος και θα ωφελήσει επίσης το αντίστοιχο κατάστημα 4S.Είναι μια κατάσταση win-win για όλα τα μέρη.Επομένως, προσωπικά, καταλαβαίνω ότι αυτό μπορεί να γίνει τάση!

3.3 Προστασία – διάγνωση βλαβών και συναγερμός

Η παρακολούθηση BMS ταιριάζει με το υλικό του ηλεκτρικού συστήματος και χωρίζεται σε διαφορετικά επίπεδα αστοχίας (μικρή βλάβη, σοβαρή βλάβη, θανατηφόρα βλάβη) ανάλογα με τις διαφορετικές συνθήκες απόδοσης της μπαταρίας.Λαμβάνονται διαφορετικά μέτρα χειρισμού σε διαφορετικά επίπεδα αστοχίας: προειδοποίηση, περιορισμός ισχύος ή άμεση διακοπή υψηλής τάσης.Οι βλάβες περιλαμβάνουν βλάβες απόκτησης δεδομένων και ορθολογικότητας, ηλεκτρικές βλάβες (αισθητήρες και ενεργοποιητές), βλάβες επικοινωνίας και βλάβες κατάστασης μπαταρίας.

Ένα συνηθισμένο παράδειγμα είναι όταν μια μπαταρία υπερθερμαίνεται, το BMS καθορίζει ότι η μπαταρία υπερθερμαίνεται με βάση τη συλλεγόμενη θερμοκρασία της μπαταρίας, στη συνέχεια ελέγχει το κύκλωμα αυτής της μπαταρίας για αποσύνδεση, εκτελεί προστασία από υπερθέρμανση και στέλνει μια ειδοποίηση σε συστήματα διαχείρισης όπως το EMS.

3.4 Επικοινωνία

Η κανονική λειτουργία του BMS δεν μπορεί να διαχωριστεί από τη λειτουργία επικοινωνίας του.Είτε πρόκειται για έλεγχο της μπαταρίας κατά τη διαχείριση της μπαταρίας, μετάδοση της κατάστασης της μπαταρίας στον έξω κόσμο ή λήψη οδηγιών ελέγχου, απαιτείται σταθερή επικοινωνία.

Στο σύστημα μπαταρίας ισχύος, το ένα άκρο του BMS συνδέεται με την μπαταρία και το άλλο άκρο συνδέεται με τα συστήματα ελέγχου και ηλεκτρονικά ολόκληρου του οχήματος.Το συνολικό περιβάλλον χρησιμοποιεί πρωτόκολλο CAN, αλλά υπάρχει διάκριση μεταξύ της χρήσης εσωτερικού CAN μεταξύ των εσωτερικών εξαρτημάτων της μπαταρίας και της χρήσης CAN οχήματος μεταξύ της μπαταρίας και ολόκληρου του οχήματος.

Αντίθετα, το BMS αποθήκευσης ενέργειας και η εσωτερική επικοινωνία χρησιμοποιούν βασικά το πρωτόκολλο CAN, αλλά η εξωτερική του επικοινωνία (η εξωτερική αναφέρεται κυρίως στο σύστημα αποστολής σταθμού αποθήκευσης ενέργειας PCS) χρησιμοποιεί συχνά μορφές πρωτοκόλλου Internet πρωτόκολλο TCP/IP και πρωτόκολλο modbus.

4) BMS αποθήκευσης ενέργειας

Οι κατασκευαστές BMS αποθήκευσης ενέργειας γενικά εξελίχθηκαν από το BMS μπαταριών ισχύος, έτσι πολλά σχέδια και όροι έχουν ιστορική προέλευση

Για παράδειγμα, η μπαταρία τροφοδοσίας χωρίζεται γενικά σε BMU (Μονάδα παρακολούθησης μπαταρίας) και BCU (Μονάδα ελέγχου μπαταρίας), με την πρώτη να συλλέγει δεδομένα και τη δεύτερη να τα ελέγχει.

Επειδή το στοιχείο της μπαταρίας είναι μια ηλεκτροχημική διαδικασία, πολλαπλές κυψέλες μπαταρίας σχηματίζουν μια μπαταρία.Λόγω των χαρακτηριστικών κάθε στοιχείου μπαταρίας, ανεξάρτητα από το πόσο ακριβής είναι η διαδικασία κατασκευής, θα υπάρχουν σφάλματα και ασυνέπειες σε κάθε στοιχείο μπαταρίας με την πάροδο του χρόνου και ανάλογα με το περιβάλλον.Επομένως, το σύστημα διαχείρισης της μπαταρίας είναι να αξιολογήσει την τρέχουσα κατάσταση της μπαταρίας μέσω περιορισμένων παραμέτρων, κάτι που μοιάζει λίγο με έναν παραδοσιακό κινεζικό γιατρό που διαγιγνώσκει έναν ασθενή παρατηρώντας συμπτώματα και όχι η δυτική ιατρική που απαιτεί φυσική και χημική ανάλυση.Η φυσική και χημική ανάλυση του ανθρώπινου σώματος είναι παρόμοια με τα ηλεκτροχημικά χαρακτηριστικά της μπαταρίας, τα οποία μπορούν να μετρηθούν με πειραματικά όργανα μεγάλης κλίμακας.Ωστόσο, είναι δύσκολο για τα ενσωματωμένα συστήματα να αξιολογήσουν ορισμένους δείκτες ηλεκτροχημείας.Επομένως, το BMS είναι σαν ένας παλιός κινέζος γιατρός.

4.1 Αρχιτεκτονική τριών επιπέδων BMS αποθήκευσης ενέργειας

Λόγω του μεγάλου αριθμού κυψελών μπαταρίας στα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, για εξοικονόμηση κόστους, το BMS εφαρμόζεται γενικά σε επίπεδα, με δύο ή τρία επίπεδα.Επί του παρόντος, το mainstream είναι τρία επίπεδα: κύριος έλεγχος/κύριος έλεγχος/slave έλεγχος.

4.2 Λεπτομερής περιγραφή του BMS αποθήκευσης ενέργειας

5) Τρέχουσα κατάσταση και μελλοντική τάση

Υπάρχουν διάφοροι τύποι κατασκευαστών που παράγουν BMS:

Η πρώτη κατηγορία είναι ο τελικός χρήστης με την πιο κυρίαρχη ισχύ στην μπαταρία ισχύος BMS – εργοστάσια αυτοκινήτων.Μάλιστα, η ισχυρότερη κατασκευαστική δύναμη BMS στο εξωτερικό είναι και τα εργοστάσια αυτοκινήτων, όπως General Motors, Tesla κλπ. Στο εσωτερικό υπάρχουν BYD, Huating Power κ.λπ.

Η δεύτερη κατηγορία είναι τα εργοστάσια μπαταριών, συμπεριλαμβανομένων των κατασκευαστών κυψελών και των κατασκευαστών συσκευασιών, όπως οι Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad, κ.λπ.

Ο τρίτος τύπος κατασκευαστών BMS είναι εκείνοι με πολυετή εμπειρία στην τεχνολογία ηλεκτρονικών ισχύος και έχουν ομάδες Ε&Α με πανεπιστήμιο ή σχετικό επιχειρηματικό υπόβαθρο, όπως Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology και Kegong Electronics.

Σε αντίθεση με το BMS των μπαταριών ισχύος, το οποίο κυριαρχείται κυρίως από κατασκευαστές τερματικών οχημάτων, φαίνεται ότι οι τελικοί χρήστες μπαταριών αποθήκευσης ενέργειας δεν έχουν ανάγκη ή συγκεκριμένες ενέργειες για να συμμετάσχουν στην έρευνα και ανάπτυξη και κατασκευή του BMS.Είναι επίσης απίθανο να ξοδέψουν πολλά χρήματα και ενέργεια για την ανάπτυξη συστημάτων διαχείρισης μπαταριών μεγάλης κλίμακας.Ως εκ τούτου, μπορεί να θεωρηθεί ότι η βιομηχανία μπαταριών αποθήκευσης ενέργειας BMS στερείται ενός σημαντικού παίκτη με απόλυτα πλεονεκτήματα, αφήνοντας τεράστιο χώρο ανάπτυξης και φαντασίας στους κατασκευαστές μπαταριών και τους πωλητές που εστιάζουν στο BMS αποθήκευσης ενέργειας.Εάν δημιουργηθεί η αγορά αποθήκευσης ενέργειας, θα δώσει στους κατασκευαστές μπαταριών και στους επαγγελματίες κατασκευαστές BMS πολλά περιθώρια ανάπτυξης και λιγότερη ανταγωνιστική αντίσταση.

Επί του παρόντος, υπάρχουν σχετικά λίγοι επαγγελματίες κατασκευαστές BMS που επικεντρώνονται στην ανάπτυξη του BMS αποθήκευσης ενέργειας, κυρίως λόγω του γεγονότος ότι η αγορά αποθήκευσης ενέργειας είναι ακόμη στα σπάργανα και υπάρχουν ακόμη πολλές αμφιβολίες για τη μελλοντική ανάπτυξη της αποθήκευσης ενέργειας στην αγορά.Επομένως, οι περισσότεροι κατασκευαστές δεν έχουν αναπτύξει BMS που να σχετίζεται με την αποθήκευση ενέργειας.Στο πραγματικό επιχειρηματικό περιβάλλον, υπάρχουν επίσης κατασκευαστές που αγοράζουν μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων BMS για χρήση ως BMS για μπαταρίες αποθήκευσης ενέργειας.Πιστεύεται ότι στο μέλλον, οι επαγγελματίες κατασκευαστές ηλεκτρικών οχημάτων BMS είναι επίσης πιθανό να γίνουν σημαντικό μέρος των προμηθευτών BMS που χρησιμοποιούνται σε έργα αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης κλίμακας.

Σε αυτό το στάδιο, υπάρχει έλλειψη ενιαίων προτύπων για το BMS που παρέχονται από διάφορους προμηθευτές συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας.Διαφορετικοί κατασκευαστές έχουν διαφορετικά σχέδια και ορισμούς για το BMS και ανάλογα με τις διαφορετικές μπαταρίες με τις οποίες είναι συμβατές, ο αλγόριθμος SOX, η τεχνολογία εξισορρόπησης και το περιεχόμενο δεδομένων επικοινωνίας που μεταφορτώνονται ενδέχεται επίσης να διαφέρουν.Στην πρακτική εφαρμογή του BMS, τέτοιες διαφορές θα αυξήσουν το κόστος εφαρμογής και θα είναι επιζήμιες για τη βιομηχανική ανάπτυξη.Ως εκ τούτου, η τυποποίηση και η σπονδυλοποίηση του BMS θα είναι επίσης μια σημαντική κατεύθυνση ανάπτυξης στο μέλλον.