1) Kio estas BMS?
La plena nomo de BMS estas Battery Management System.Ĝi estas aparato, kiu kontrolas la staton de energiaj stokaj kuirilaroj.Ĝi estas ĉefe uzata por inteligenta administrado kaj prizorgado de individuaj bateriaj ĉeloj, malhelpante troŝargadon kaj tromalŝarĝadon de kuirilaroj, plilongigante baterian vivon kaj monitorante baterian staton.Ĝenerale, BMS estas reprezentita kiel cirkvito aŭ aparataro.
La BMS estas unu el la kernaj subsistemoj de la bateria energia stokado-sistemo, respondeca pri monitorado de la funkcia stato de ĉiu baterio en la bateria energistoka unuo kaj certigi la sekuran kaj fidindan funkciadon de la energia stokado.La BMS povas monitori kaj kolekti la statusajn parametrojn de la energistoka baterio en reala tempo (inkluzive sed ne limigita al unuĉela tensio, bateria polusa temperaturo, baterio-buklo-fluo, baterio-pakaĵfina tensio, baterisistemo-izolaj rezisto ktp.), kaj fari necesan analizon kaj kalkulon pri rilataj status-parametroj por akiri pli da sistemaj statusaj taksado-parametroj.Ĝi ankaŭ povas atingi efikan kontrolon de la energia stokada baterio mem laŭ specifaj protektaj kontrolstrategioj por certigi la sekuran kaj fidindan funkciadon de la tuta bateria energistoka unuo.Samtempe, la BMS povas interagi kun aliaj eksteraj aparatoj (PCS, EMS, fajroprotekta sistemo, ktp.) per sia propra komunika interfaco kaj analoga/cifereca eniga interfaco por formi ligan kontrolon de diversaj subsistemoj en la tuta energistoka potenco. stacio, certigante sekuran, fidindan kaj efikan krad-ligitan funkciadon de la centralo.
2) Arkitekturo
De la perspektivo de topologia arkitekturo, BMS estas dividita en du kategoriojn: centralizita kaj distribuita laŭ malsamaj projektpostuloj.
Alcentrigita BMS
Simple dirite, centralizita BMS uzas ununuran BMS-aparaton por kolekti ĉiujn ĉelojn, kio taŭgas por scenaroj kun malmultaj ĉeloj.
Alcentrigita BMS havas la avantaĝojn de malalta kosto, kompakta strukturo, kaj alta fidindeco, kaj estas ofte uzata en scenaroj kun malalta kapacito, malalta totala premo, kaj malgranda bateria sistemo volumo, kiel elektraj iloj, robotoj (traktantaj robotoj, helpaj robotoj), IOT inteligentaj hejmoj (balaantaj robotoj, elektraj polvosuĉiloj), elektraj ĉaretoj, elektraj malalt-rapidecaj veturiloj (elektraj bicikloj, elektraj motorcikloj, elektraj turismaj aŭtoj, elektraj patrolaŭtoj, elektraj golfĉaroj, ktp.), kaj malpezaj hibridaj veturiloj.
La centralizita BMS-aparataro povas esti dividita en alttensiajn kaj malalttensiajn areojn.La alttensia areo respondecas pri kolektado de unuĉela tensio, sistemo totala tensio, kaj monitorado de izolaj rezisto.La malalttensia areo inkluzivas nutrajn cirkvitojn, CPU-cirkvitojn, CAN-komunikajn cirkvitojn, kontrolajn cirkvitojn ktp.
Ĉar la potenca bateriosistemo de pasaĝerveturiloj daŭre evoluas al alta kapacito, alta totala premo kaj granda volumeno, distribuitaj BMS-arkitekturoj estas plejparte uzitaj en ŝtopeblaj hibridaj kaj puraj elektraj veturiloj modeloj.
Distribuita BMS
Nuntempe, ekzistas diversaj terminoj por distribuitaj BMS en la industrio, kaj malsamaj kompanioj havas malsamajn nomojn.La potenca baterio BMS plejparte havas majstran-sklavan dunivelan arkitekturon:
La energistokado BMS estas kutime tritavola arkitekturo pro la granda grandeco de la bateripakaĵo, kun majstra kontroltavolo super la sklavo kaj ĉefaj kontroltavoloj.
Same kiel baterioj formas bateriogrupojn, kiuj siavice formas stakojn, la trinivela BMS ankaŭ sekvas la saman suprenan regulon:
De la kontrolo: baterio-administra unuo (BMU), kiu kolektas informojn de individuaj baterioj.
Monitoru la tension kaj temperaturon de la bateria ĉelo
Bateria egaligo en la pako
Alŝuto de informoj
termika mastrumado
Nenormala alarmo
Majstra kontrolo: Bateria areto-administra unuo: BCU (bateria areto-unuo, ankaŭ konata kiel alta tensio-administra unuo HVU, BCMU, ktp.), respondeca pri kolektado de informoj pri BMU kaj kolektado de bateriaj informoj.
Akiro de aktuala akiro de kuirilaro, akiro de totala tensio, detekto de elfluoj
Protekto de malŝalto kiam la bateria stato estas nenormala
Sub la administrado de BMS, kapacita kalibrado kaj SOC-kalibrado povas esti kompletigitaj aparte kiel la bazo por posta administrado de ŝargado kaj malŝarĝo.
La kuirilaro-administra unuo (BAU) respondecas pri centralizita administrado de la baterioj en la tuta energistoka bateriostako.Ĝi konektas al diversaj mastrumaj unuoj de baterioj kaj interŝanĝas informojn kun aliaj aparatoj por doni sugestojn pri la funkcia stato de la bateritrupo.
Administrado de ŝarĝo kaj malŝarĝo de bateria aro
BMS-sistemo memkontrola kaj misfunkcia diagnoza alarmo
Alarmo pri diagnozo de misfunkciado de kuirilaro
Sekureca protekto por diversaj anomalioj kaj misfunkciadoj en la kuirilaro
Komuniku kun aliaj aparatoj kiel PCS kaj EMS
Stokado, transdono kaj prilaborado de datumoj
Bateria administrada tavolo: respondeca pri kolektado de diversaj informoj (tensio, temperaturo) de individuaj baterioj, kalkulo kaj analizo de SOC kaj SOH de baterioj, atingado de aktiva egaligo de individuaj baterioj, kaj alŝuto de nenormalaj informoj de individuaj baterioj al la bateripaka unuotavolo BCMU.Per CAN ekstera komunikado, ĝi estas interligita tra lekanteta ĉeno.
Bateria mastruma tavolo: respondeca pri kolektado de diversaj informoj de individuaj baterioj alŝutitaj de la BMU, kolektado de diversaj informoj pri la bateripakaĵo (paktensio, paktemperaturo), bateripakaĵo ŝargado kaj malŝarĝado de fluoj, kalkulado kaj analizado de la SOC kaj SOH de la bateripakaĵo. , kaj alŝutante ĉiujn informojn al la baterigrupo-unuotavolo BAMS.Per CAN ekstera komunikado, ĝi estas interligita tra lekanteta ĉeno.
Bateria areto administra tavolo: respondeca por kolekti diversajn informojn pri bateriaj alŝutitaj de BCMU kaj alŝuti ĉiujn informojn al la energistokado-monitora sistemo EMS per RJ45-interfaco;komunikante kun PCS por sendi koncernajn eksternormajn informojn de la kuirilaro al PCS (CAN aŭ RS485-interfaco), kaj ekipita per aparataj sekaj nodoj por komuniki kun PCS.Krome, ĝi faras taksadon de bateria sistemo BSE (Battery State Estimate), detekton de stato de elektra sistemo, kontaktila administrado, termika administrado, operacia administrado, ŝarĝa administrado, diagnoza administrado, kaj faras internan kaj eksteran komunikan retan administradon.Komunikas kun subuloj per CAN.
3) Kion faras BMS?
La funkcioj de BMS estas multaj, sed la kerno kaj tio, pri kio ni plej zorgas, estas tri aspektoj:
Unu estas sentado (ŝtata administrado), kiu estas la baza funkcio de BMS.Ĝi mezuras tension, reziston, temperaturon, kaj finfine sentas la staton de la baterio.Ni volas scii, kia estas la stato de la baterio, kiom da energio kaj kapablo ĝi havas, kiom sana ĝi estas, kiom da potenco ĝi produktas kaj kiom sekura ĝi estas.Ĉi tio estas sento.
La dua estas administrado (ekvilibra administrado).Iuj homoj diras, ke BMS estas la vartistino de la baterio.Tiam ĉi tiu vartistino devus administri ĝin.Kion administri?Ĝi estas fari la kuirilaron kiel eble plej bona.La plej baza estas ekvilibra administrado kaj termika administrado.
La tria estas protekto (sekureca administrado).La vartistino ankaŭ havas laboron por fari.Se la baterio havas iom da statuso, ĝi devas esti protektita kaj alarmo devas esti levita.
Kompreneble, ekzistas ankaŭ komunika administradkomponento kiu transdonas datumojn ene de aŭ ekster la sistemo per certaj protokoloj.
BMS havas multajn aliajn funkciojn, kiel operacio kontrolo, izolaj monitorado, termika administrado ktp., kiuj ne estas diskutitaj ĉi tie.
3.1 Percepto - Mezurado kaj Takso
La baza funkcio de BMS estas mezuri kaj taksi bateriajn parametrojn, inkluzive de bazaj parametroj kiel tensio, kurento, temperaturo kaj stato, same kiel kalkulojn de bateriaj statodatenoj kiel SOC kaj SOH.La kampo de potencaj kuirilaroj ankaŭ implikas kalkulojn de SOP (stato de potenco) kaj SOE (stato de energio), kiuj ne estas diskutitaj ĉi tie.Ni koncentriĝos pri la unuaj du pli vaste uzataj datumoj.
Ĉela mezurado
1) Baza informa mezurado: La plej baza funkcio de la bateria mastruma sistemo estas mezuri la tension, fluon kaj temperaturon de la individuaj bateriaj ĉeloj, kiu estas la fundamento por ĉiuj altnivelaj kalkuloj kaj kontrollogiko en la bateria mastruma sistemo.
2) Testado pri izolaj rezisto: Testado pri izolajzo estas postulata por la tuta sistemo de kuirilaro kaj sistemo de alta tensio ene de la sistemo de administrado de kuirilaro.
3) Alttensia interbloka detekto (HVIL): uzata por konfirmi la integrecon de la tuta alttensia sistemo kaj komenci sekurecan mezurojn kiam la integreco de la alttensia sistemo-buklo estas endanĝerigita.
SOC-kalkulo
SOC rilatas al la Ŝtato de Ŝarĝo, kiu estas la restanta kapacito de la baterio.Simple dirite, ĝi estas kiom da potenco restas en la baterio.
SOC estas la plej grava parametro en BMS, ĉar ĉio alia baziĝas sur ĝi.Tial, ĝia precizeco kaj fortikeco (ankaŭ konata kiel erarĝustigkapablo) estas ekstreme gravaj.Sen preciza SOC, neniu kvanto de protekta funkcio povas igi BMS funkcii ĝuste, ĉar la baterio ofte estos en protektita stato, kio malebligas plilongigi la vivon de la baterio.
Nuntempe, la ĉefaj SOC-taksmetodoj inkluzivas malferma-cirkvitan tensiometodon, nunan integrigan metodon, Kalman-filtrilmetodon kaj neŭralan retometodon.La unuaj du metodoj estas ofte uzataj.Ĉi-lastaj du metodoj implikas altnivelan scion kiel ekzemple integriĝmodeloj kaj artefarita inteligenteco, kiuj ne estas detalaj ĉi tie.
En praktikaj aplikoj, multoblaj algoritmoj ofte estas uzitaj en kombinaĵo, kie malsamaj algoritmoj estas adoptitaj depende de la ŝargado kaj malŝarĝa statuso de la baterio.
metodo de malferma cirkvita tensio
La principo de malfermcirkvita tensio-metodo estas uzi la relative fiksan funkcian rilaton inter malfermcirkvita tensio kaj SOC sub la kondiĉo de longdaŭra senmova lokigo de la baterio, kaj tiel taksi SOC surbaze de malferma cirkvito tensio.La antaŭe ofte uzata plumbo-acida baterio elektra biciklo uzas ĉi tiun metodon por taksi SOC.Malferma cirkvita tensio-metodo estas simpla kaj oportuna, sed estas ankaŭ multaj malavantaĝoj:
1. La kuirilaro devas esti lasita staranta dum longa tempo, alie la malferma cirkvito tensio estos malfacile stabiligi en mallonga tempodaŭro;
2. Estas tensio-altebenaĵo en kuirilaroj, precipe litiaj ferfosfataj kuirilaroj, kie la fina tensio kaj SOC-kurbo estas proksimume liniaj dum la SOC30% -80% gamo;
3. La kuirilaro estas ĉe malsamaj temperaturoj aŭ malsamaj vivstadioj, kaj kvankam la malferma cirkvito tensio estas la sama, la reala SOC-diferenco povas esti granda;
Kiel montrite en la suba figuro, kiam ni uzas ĉi tiun elektran biciklon, se la nuna SOC montriĝas kiel 100%, la tensio malpliiĝas dum akcelado, kaj la potenco povas esti montrita kiel 80%.Kiam ni ĉesas akceli, la tensio altiĝas, kaj la potenco saltas reen al 100%.Do la potenco-ekrano de nia elektra skotero ne estas preciza.Kiam ni ĉesas, ĝi havas potencon, sed kiam ni ekfunkciigas, ĝi elĉerpiĝas.Ĉi tio eble ne estas problemo kun la baterio, sed eble ŝuldiĝas al la SoC-algoritmo de la BMS tro simpla.
An-Shi integra metodo
La Anshicontinuous-integriĝmetodo rekte kalkulas la SOC-valoron en reala tempo tra la difino de SOC.
Surbaze de la komenca SOC-valoro, tiel longe kiel la bateriofluo povas esti mezurita (kie la senŝargiĝfluo estas pozitiva), la ŝanĝo en bateriokapacito povas esti precize kalkulita tra nuna integriĝo, rezultigante la restantan SOC.
Ĉi tiu metodo havas relative fidindajn taksajn rezultojn en mallonga tempodaŭro, sed pro mezuraj eraroj de la nuna sensilo kaj laŭgrada degenero de la bateria kapablo, longdaŭra nuna integriĝo enkondukos certajn deviojn.Tial, ĝi estas ĝenerale uzita lige kun malfermcirkvita tensiometodo taksi la komencan valoron por SOC-takso kun malaltaj precizecaj postuloj, kaj ankaŭ povas esti uzita lige kun Kalman-filtradmetodo por mallongperspektiva SOC-prognozo.
SOC (Ŝtato de Ŝarĝo) apartenas al la kernkontrolalgoritmo de BMS, reprezentante la nunan restantan kapacitstatuson.Ĝi estas ĉefe atingita per la amperhora integriga metodo kaj EKF (Etendita Kalman Filtrilo) algoritmo, kombinita kun korektaj strategioj (kiel malfermcirkvita tensioĝustigo, plenŝarga korekto, ŝarĝa fina korekto, kapacita korekto sub malsamaj temperaturoj kaj SOH, ktp.).La amperhora integriga metodo estas relative fidinda sub la kondiĉo de certigi aktualan akirprecizecon, sed ĝi ne estas fortika.Pro la amasiĝo de eraroj, ĝi devas esti kombinita kun korektaj strategioj.La EKF-metodo estas fortika sed la algoritmo estas relative kompleksa kaj malfacile efektivigebla.Enlandaj ĉefaj produktantoj povas atingi precizecon de malpli ol 6% ĉe ĉambra temperaturo, sed taksi ĉe altaj kaj malaltaj temperaturoj kaj bateria malfortiĝo estas malfacila.
SOC-korekto
Pro nunaj fluktuoj, la laŭtaksa SOC povas esti malpreciza, kaj diversaj korektaj strategioj devas esti integrigitaj en la taksadprocezon.
SOH-kalkulo
SOH rilatas al la San-Stato, kiu indikas la nunan sanan staton de la baterio (aŭ la gradon de baterio-degenero).Ĝi estas tipe reprezentita kiel valoro inter 0 kaj 100%, kun valoroj sub 80% ĝenerale konsiderataj por indiki ke la baterio ne plu estas uzebla.Ĝi povas esti reprezentita per ŝanĝoj en bateria kapablo aŭ interna rezisto.Kiam oni uzas kapaciton, la fakta kapacito de la nuna baterio estas taksita surbaze de datumoj de la operacia procezo de la baterio, kaj la rilatumo de ĉi tio al la taksita kapacito estas la SOH.Preciza SOH plibonigos la taksan precizecon de aliaj moduloj kiam la baterio plimalboniĝas.
Estas du malsamaj difinoj de SOH en la industrio:
SOH-difino bazita sur kapacito fade
Dum la uzo de litio-jonaj kuirilaroj, la aktiva materialo ene de la kuirilaro iom post iom malpliiĝas, la interna rezisto pliiĝas, kaj la kapablo kadukiĝas.Tial, SOH povas esti taksita per la bateriokapacito.La sanstato de la baterio estas esprimita kiel la rilatumo de la nuna kapacito al la komenca kapacito, kaj ĝia SOH estas difinita kiel:
SOH=(C_normo-C_fade)/C_normo ×100%
Kie: C_fade estas la perdita kapablo de la baterio;C_standard estas la nominala kapacito.
IEEE-normo 1188-1996 kondiĉas, ke kiam la kapablo de la potenca baterio malpliiĝas al 80%, la baterio devas esti anstataŭigita.Tial ni kutime konsideras, ke la baterio SOH ne disponeblas kiam ĝi estas sub 80%.
SOH-difino bazita sur potenca malfortiĝo (Power Fade)
La maljuniĝo de preskaŭ ĉiuj specoj de kuirilaroj kondukos al pliigo de la interna rezisto de la kuirilaro.Ju pli alta estas la interna rezisto de la baterio, des pli malalta la disponebla potenco.Tial, la SOH povas esti taksita uzante potencan malfortiĝon.
3.2 Administrado - Ekvilibrata Teknologio
Ĉiu kuirilaro havas sian propran "personecon"
Por paroli pri ekvilibro, ni devas komenci per kuirilaroj.Eĉ kuirilaroj produktitaj en la sama aro de la sama fabrikanto havas siajn proprajn vivociklojn kaj "personecojn" - la kapablo de ĉiu baterio ne povas esti ĝuste la sama.Estas du kialoj por ĉi tiu nekonsekvenco:
Unu estas la nekonsekvenco de ĉela produktado
Unu estas la nekonsekvenco de elektrokemiaj reakcioj.
produktada nekongrueco
Produktaj malkongruoj estas facile kompreneblaj.Ekzemple, dum la produktadprocezo, diafragmfaktkonfliktoj kaj katodo- kaj anodmaterialaj faktkonfliktoj povas rezultigi totalajn bateriajn kapacikoherojn.Norma 50AH baterio povas fariĝi 49AH aŭ 51AH.
elektrokemia nekonsekvenco
La nekongrueco de elektrokemio estas, ke en la procezo de ŝarĝo kaj malŝarĝo de kuirilaro, eĉ se la produktado kaj prilaborado de la du ĉeloj estas identaj, la termika medio neniam povas esti konsekvenca en la procezo de elektrokemia reago.Ekzemple, kiam oni faras bateriajn modulojn, la temperaturo de la ĉirkaŭa ringo devas esti pli malalta ol tiu de la mezo.Ĉi tio rezultigas longdaŭran nekonsekvencon inter ŝargado kaj malŝarĝado de kvantoj, kiu siavice kondukas al malkonsekvenca bateria ĉelkapacito;Kiam la ŝargaj kaj malŝarĝaj fluoj de la SEI-filmo sur la bateria ĉelo estas malkonsekvencaj dum longa tempo, la maljuniĝo de la SEI-filmo ankaŭ estos malkonsekvenca.
*SEI-filmo: "solida elektrolita interfaco" (solida elektrolita interfaco).Dum la unua ŝarĝa malŝarĝa procezo de likva litia jona baterio, la elektrodmaterialo reagas kun la elektrolito sur la solid-likva faza interfaco por formi pasivan tavolon kovrantan la surfacon de la elektrodmaterialo.SEI-filmo estas elektronika izolilo sed bonega konduktoro de litiojonoj, kiu ne nur protektas la elektrodon, sed ankaŭ ne influas bateriofunkcion.La maljuniĝo de SEI-filmo havas signifan efikon al bateria sano.
Tial, ne-unuformeco (aŭ diskreteco) de bateripakaĵoj estas neevitebla manifestiĝo de bateria funkciado.
Kial necesas ekvilibro
La kuirilaroj estas malsamaj, do kial ne provi fari ilin la samaj?Ĉar nekongrueco influos la agadon de la kuirilaro.
La kuirilaro en serio sekvas la mallongan barelan efikon: en la kuirilaro en serio, la kapacito de la tuta baterila sistemo estas determinita de la plej malgranda ununura unuo.
Supozu, ke ni havas bateriaĵon konsistantan el tri baterioj:
Mi scias, ke troŝarĝado kaj tromalŝarĝado povas grave damaĝi kuirilarojn.Tial, kiam baterio B estas plene ŝargita dum ŝargado aŭ kiam la SoC de baterio B estas tre malalta dum malŝarĝo, necesas ĉesi ŝargadon kaj malŝarĝadon por protekti baterion B. Kiel rezulto, la potenco de kuirilaroj A kaj C ne povas esti plene. uzata.Ĉi tio kondukas al:
La fakta uzebla kapacito de la bateripakaĵo malpliiĝis: Baterio A kaj C, kiuj povus uzi la disponeblan kapaciton, nun ne kapablas fari tion por alĝustigi Baterio B. Estas kvazaŭ du homoj sur tri kruroj kunligitaj, kun la pli alta persono nekapabla fari grandajn paŝojn.
Reduktita bateria vivo: Pli malgranda paŝadlongo postulas pli da paŝoj kaj pli lacigas la krurojn.Kun reduktita kapacito, la nombro da ŝarĝaj kaj malŝarĝaj cikloj pliiĝas, rezultigante pli grandan bateriodegeneron.Ekzemple, ununura ĉelo povas atingi 4000 ciklojn ĉe 100% DoD, sed en fakta uzo ĝi ne povas atingi 100% kaj la nombro da cikloj certe ne atingos 4000.
*DoD, Profundo de malŝarĝo, reprezentas la procenton de la bateria malŝarĝa kapacito al la taksita kapablo de la baterio.
La nekonsekvenco de kuirilaroj kondukas al malpliigo de la rendimento de la kuirilaro.Kiam la grandeco de la bateriomodulo estas granda, multoblaj ŝnuroj de baterioj estas konektitaj en serio, kaj granda ununura tensiodiferenco igos la kapaciton de la tuta skatolo malpliiĝi.Ju pli da baterioj konektitaj en serio, des pli da kapacito ili perdas.Tamen, en niaj aplikoj, precipe en energi-stokaj sistemoj, ekzistas du gravaj postuloj:
La unua estas longdaŭra kuirilaro, kiu povas multe redukti la operaciojn kaj bontenajn kostojn.La sistemo de konservado de energio havas altajn postulojn por la vivo de la kuirilaro.Plej multaj el la hejmaj estas desegnitaj por 15 jaroj.Se ni supozas 300 ciklojn jare, 15 jaroj estas 4500 cikloj, kio estas ankoraŭ tre alta.Ni devas maksimumigi la vivon de ĉiu baterio por ke la tuta vivo de la tuta kuirilaro povu atingi la dezajnan vivon kiel eble plej multe, kaj redukti la efikon de baterio-disvastigo sur la vivo de la kuirilaro.
La dua profunda ciklo, precipe en la aplika scenaro de pinta razado, liberigi unu kWh pli da elektro alportos unu plian punkton de enspezo.Tio estas, ni faros 80%DoD aŭ 90%DoD.Kiam la profunda ciklo estas uzata en la energia stokado, la disvastigo de la baterio dum la vosta malŝarĝo manifestiĝos.Tial, por certigi la plenan liberigon de la kapablo de ĉiu unuopa ĉelo sub la kondiĉo de profunda ŝarĝo kaj profunda malŝarĝo, necesas postuli, ke la energistokado BMS havu fortajn egaligajn mastrumajn kapablojn kaj subpremi la okazon de konsistenco inter bateriaj ĉeloj. .
Ĉi tiuj du postuloj estas ĝuste kontraŭaj al bateria nekongrueco.Por atingi pli efikajn bateriopakajn aplikojn, ni devas havi pli efikan ekvilibran teknologion por redukti la efikon de bateria nekongrueco.
ekvilibra teknologio
Bateria egaliga teknologio estas maniero fari bateriojn kun malsamaj kapacitoj samaj.Ekzistas du oftaj egaligmetodoj: energia disipado unudirekta egaligo (pasiva egaligo) kaj energitransigo dudirekta egaligo (aktiva egaligo).
(1) Pasiva ekvilibro
La pasiva egaligprincipo estas paraleligi ŝanĝeblan senŝargiĝrezistilon sur ĉiu ŝnuro de baterioj.La BMS kontrolas la senŝargiĝrezistilon por malŝarĝi la pli altajn tensiajn ĉelojn, disipante la elektran energion kiel varmeco.Ekzemple, kiam baterio B estas preskaŭ plene ŝargita, la ŝaltilo estas malfermita por permesi al la rezistilo sur baterio B disipi troan elektran energion kiel varmeco.Tiam ŝargado daŭras ĝis kuirilaroj A kaj C ankaŭ estas plene ŝargitaj.
Ĉi tiu metodo povas nur malŝarĝi alttensiajn ĉelojn, kaj ne povas reŝargi malaltkapacitaj ĉeloj.Pro la potenca limigo de la malŝarĝa rezisto, la egaliga kurento estas ĝenerale malgranda (malpli ol 1A).
La avantaĝoj de pasiva egaligo estas malalta kosto kaj simpla cirkvitodezajno;la malavantaĝoj estas, ke ĝi baziĝas sur la plej malalta restanta bateria kapablo por egaligo, kiu ne povas pliigi la kapaciton de kuirilaroj kun malalta restanta kapacito, kaj ke 100% de la egaligita potenco estas malŝparita en formo de varmo.
(2) Aktiva ekvilibro
Per algoritmoj, multoblaj ŝnuroj de baterioj transdonas la energion de alttensiaj ĉeloj al malalttensaj ĉeloj uzante energistokajn komponentojn, malŝarĝante la pli altan tensiajn bateriojn kaj uzante la energion liberigitan por ŝargi la malsupertensiajn ĉelojn.La energio estas plejparte transdonita prefere ol disipita.
Tiamaniere, dum ŝarĝo, baterio B, kiu atingas 100% tensio unue, malŝarĝas al A kaj C, kaj la tri kuirilaroj estas plene ŝargitaj kune.Dum malŝarĝo, kiam la restanta ŝargo de baterio B estas tro malalta, A kaj C "ŝargas" B, tiel ke ĉelo B ne atingas la SOC-sojlon por ĉesigi malŝarĝon tiel rapide.
Ĉefaj trajtoj de aktiva ekvilibra teknologio
(1) Ekvilibro la alta kaj malalta tensio por plibonigi la efikecon de la kuirilaro: Dum ŝarĝo kaj malŝarĝo kaj ripoze, la alttensiaj kuirilaroj povas esti malŝarĝitaj kaj la malalttensiaj kuirilaroj povas esti ŝargitaj;
(2) Malaltperda energitransigo: energio estas plejparte transdonita prefere ol simple perdita, plibonigante la efikecon de potenco-utiligo;
(3) Granda ekvilibra kurento: Ĝenerale, la ekvilibra kurento estas inter 1 kaj 10A, kaj la ekvilibro estas pli rapida;
Aktiva egaligo postulas la agordon de respondaj cirkvitoj kaj energi-stokaj aparatoj, kio kondukas al granda volumo kaj pliigita kosto.Ĉi tiuj du kondiĉoj kune determinas, ke aktiva egaligo ne estas facila por esti antaŭenigita kaj aplikata.
Krome, la aktiva egaliga ŝarĝo kaj malŝarĝo procezo implicite pliigas la ciklan vivon de la baterio.Por ĉeloj, kiuj postulas ŝargadon kaj malŝarĝon por atingi ekvilibron, la kroma laborkvanto povas kaŭzi ilin superi la maljuniĝon de ordinaraj ĉeloj, rezultigante pli grandan rendimentan breĉon kun aliaj ĉeloj.
Kelkaj fakuloj kredas ke la du esprimoj supre devus egalrilati al disipa ekvilibro kaj ne-disipa ekvilibro.Ĉu ĝi estas aktiva aŭ pasiva devus dependi de la okazaĵo kiu ekigas la ekvilibran procezon.Se la sistemo atingas staton kie ĝi devas esti pasiva, ĝi estas pasiva.Se ĝi estas starigita de homoj, fiksi la ekvilibran programon kiam ne necesas esti ekvilibra estas nomita aktiva ekvilibro.
Ekzemple, kiam la senŝargiĝo estas ĉe la fino, la plej malsupra tensioĉelo atingis la senŝargiĝtranĉotension, dum aliaj ĉeloj daŭre havas potencon.En ĉi tiu tempo, por malŝarĝi kiel eble plej multe da elektro, la sistemo transdonas la elektron de altenergiaj ĉeloj al malaltenergiaj ĉeloj, permesante al la malŝarĝa procezo daŭri ĝis la tuta potenco estas malŝarĝita.Ĉi tio estas pasiva egaliga procezo.Se la sistemo antaŭdiras, ke estos malekvilibro ĉe la fino de malŝarĝo kiam ankoraŭ restas 40% de potenco, ĝi komencos aktivan egaligprocezon.
Aktiva egaligo estas dividita en centralizitajn kaj malcentralizitajn metodojn.La centralizita egaligmetodo akiras energion de la tuta bateripakaĵo, kaj tiam uzas energikonvertan aparaton por kompletigi energion al la baterioj kun malpli da energio.Malcentra egaligo implikas energistokan ligon inter apudaj baterioj, kiuj povas esti induktoro aŭ kondensilo, permesante al energio flui inter apudaj baterioj.
En la nuna ekvilibrokontrolstrategio, estas tiuj kiuj prenas la ĉeltension kiel la kontrolan celparametron, kaj ekzistas ankaŭ tiuj kiuj proponas uzi SOC kiel la ekvilibrokontrolcelparametron.Prenante la ĉeltension kiel ekzemplon.
Unue, starigu paron da sojlaj valoroj por komenci kaj fini egaligon: ekzemple, en aro da baterioj, kiam la diferenco inter la ekstrema tensio de unu ĉelo kaj la averaĝa tensio de la aro atingas 50mV, egaligo komenciĝas, kaj kiam ĝi atingas 5mV, egaligo estas finita.
La BMS kolektas la tension de ĉiu ĉelo laŭ fiksa akira ciklo, kalkulas la averaĝan valoron, kaj tiam kalkulas la diferencon inter ĉiu ĉela tensio kaj la averaĝa valoro;
Se la maksimuma diferenco atingas 50mV, la BMS bezonas komenci la egaligan procezon;
Daŭrigu paŝon 2 dum la egaliga procezo ĝis la diferenco-valoroj ĉiuj estas malpli ol 5mV, kaj poste ĉesigu la egaligon.
Oni devas rimarki, ke ne ĉiuj BMS postulas ĉi tiun paŝon, kaj postaj strategioj povas varii laŭ la ekvilibra metodo.
La ekvilibra teknologio ankaŭ rilatas al la tipo de baterio.Ĝenerale oni kredas, ke LFP pli taŭgas por aktiva ekvilibro, dum ternaraj kuirilaroj taŭgas por pasiva ekvilibro.
La stadio de intensa konkurado en BMS estas plejparte subtenata de kosto kaj fidindeco.Nuntempe, la eksperimenta konfirmo de aktiva ekvilibro ankoraŭ ne estis atingita.La nivelo de funkcia sekureco estas atendita moviĝi al ASIL-C kaj ASIL-D, sed la kosto estas sufiĉe alta.Tial, la nunaj grandaj kompanioj estas singardaj pri aktiva ekvilibra esplorado.Iuj grandaj fabrikoj eĉ volas nuligi la ekvilibran modulon kaj havi la tutan ekvilibron farita ekstere, simile al la prizorgado de fuelveturiloj.Ĉiufoje kiam la veturilo vojaĝas certan distancon, ĝi iros al la vendejo 4S por ekstera ekvilibro.Ĉi tio reduktos la koston de la tuta veturilo BMS kaj ankaŭ profitigos la respondan vendejon 4S.Ĝi estas gajna-gajna situacio por ĉiuj partioj.Tial, persone, mi komprenas, ke ĉi tio povas fariĝi tendenco!
3.3 Protekto - diagnozo de misfunkciado kaj alarmo
La monitorado de BMS kongruas kun la aparataro de la elektra sistemo, kaj ĝi estas dividita en malsamajn malsukcesajn nivelojn (negrava misfunkciado, grava misfunkciado, mortiga fiasko) laŭ la malsamaj agadokondiĉoj de la baterio.Malsamaj pritraktaj mezuroj estas prenitaj en malsamaj malsukcesaj niveloj: averto, potenca limigo aŭ rekta alttensia forigo.Fiaskoj inkludas datenakiron kaj raciecfiaskojn, elektrajn fiaskojn (sensiloj kaj aktuarioj), komunikadofiaskojn, kaj bateriostatusfiaskojn.
Ofta ekzemplo estas kiam baterio trovarmiĝas, la BMS determinas ke la baterio trovarmiĝas surbaze de la kolektita bateriotemperaturo, tiam kontrolas la cirkviton de ĉi tiu baterio por malkonekti, elfaras kontraŭvarmiĝantan protekton, kaj sendas alarmon al administradsistemoj kiel ekzemple EMS.
3.4 Komunikado
La normala funkciado de BMS ne povas esti apartigita de ĝia komunika funkcio.Ĉu ĝi kontrolas la kuirilaron dum la administrado de la kuirilaro, ĉu ĝi transdonas la statuson de la kuirilaro al la ekstera mondo aŭ ĉu ĝi ricevas kontrolajn instrukciojn, necesas stabila komunikado.
En la potenca bateriosistemo, unu fino de la BMS estas konektita al la baterio, kaj la alia fino estas konektita al la kontrolo kaj elektronikaj sistemoj de la tuta veturilo.La totala medio uzas CAN-protokolon, sed ekzistas distingo inter uzado de interna CAN inter internaj komponentoj de la bateripakaĵo kaj uzado de veturilo CAN inter la bateriopakaĵo kaj la tuta veturilo.
Kontraste, energistokado BMS kaj interna komunikado esence uzas CAN-protokolon, sed ĝia ekstera komunikado (ekstera ĉefe rilatas al la energistokado centralo dissenda sistemo PCS) ofte uzas Interretan protokolon formatoj TCP/IP protokolo kaj modbus protokolo.
4) Energiostokado BMS
Energiostokado BMS-fabrikistoj ĝenerale evoluis el potenca baterio BMS, do multaj dezajnoj kaj terminoj havas historiajn originojn
Ekzemple, la potenca baterio estas ĝenerale dividita en BMU (Battery Monitor Unit) kaj BCU (Battery Control Unit), kun la unua kolektanta datumojn kaj la lasta kontrolanta ĝin.
Ĉar la bateriĉelo estas elektrokemia procezo, multoblaj bateriĉeloj formas baterion.Pro la karakterizaĵoj de ĉiu bateria ĉelo, kiom ajn preciza estas la produktada procezo, estos eraroj kaj nekongruoj en ĉiu bateria ĉelo laŭlonge de la tempo kaj depende de la medio.Sekve, la baterio-administra sistemo estas taksi la nunan staton de la baterio per limigitaj parametroj, kio iom similas al kuracisto de tradicia ĉina medicino, kiu diagnozas pacienton observante simptomojn prefere ol okcidenta medicino postulanta fizikan kaj kemian analizon.La fizika kaj kemia analizo de la homa korpo estas simila al la elektrokemiaj trajtoj de la baterio, kiu povas esti mezurita per grandskalaj eksperimentaj instrumentoj.Tamen, estas malfacile por enkonstruitaj sistemoj analizi kelkajn indikilojn de elektrokemio.Tial, BMS estas kiel maljuna ĉina medicino kuracisto.
4.1 Tritavola arkitekturo de energistokado BMS
Pro la granda nombro da bateriaj ĉeloj en energi-stokaj sistemoj, por ŝpari kostojn, BMS estas ĝenerale efektivigita en tavoloj, kun du aŭ tri tavoloj.Nuntempe, la ĉefa estas tri tavoloj: majstra kontrolo/majstra kontrolo/sklava kontrolo.
4.2 Detala priskribo de energistokado BMS
5) Nuna situacio kaj estonta tendenco
Estas pluraj specoj de produktantoj kiuj produktas BMS:
La unua kategorio estas la finuzanto kun la plej domina potenco en la potenca baterio BMS - aŭtofabrikoj.Fakte, la plej forta BMS-fabrika forto eksterlande estas ankaŭ la aŭtofabrikoj, kiel General Motors, Tesla, ktp. Hejme, estas BYD, Huating Power, ktp.
La dua kategorio estas kuirilaraj fabrikoj, inkluzive de ĉelproduktantoj kaj pakproduktantoj, kiel ekzemple Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad, ktp.;
La tria speco de BMS-produktantoj estas tiuj kun multjara sperto en potenco-elektronika teknologio, kaj havas R&D-teamojn kun universitataj aŭ rilataj entreprenaj fonoj, kiel ekzemple Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology, kaj Kegong Electronics.
Male al la BMS de potencaj kuirilaroj, kiu estas ĉefe dominata de finaj veturiloj-fabrikistoj, ŝajnas, ke la finaj uzantoj de energiŝtopiloj havas neniun bezonon aŭ specifajn agojn por partopreni en la esplorado kaj evoluo kaj fabrikado de BMS.Ankaŭ estas neverŝajne, ke ili elspezos multan monon kaj energion por evoluigi grandskalajn bateriajn administradsistemojn.Sekve, oni povas konsideri, ke al la industrio de energio-stokado-baterio BMS mankas grava ludanto kun absolutaj avantaĝoj, lasante grandegan spacon por disvolviĝo kaj imago por kuirilaraj produktantoj kaj vendistoj fokusantaj pri energi-stokado BMS.Se la merkato de energio stokado estas establita, ĝi donos al fabrikantoj de kuirilaroj kaj profesiaj fabrikistoj de BMS multan lokon por disvolviĝo kaj malpli konkurencivan reziston.
Nuntempe, estas relative malmultaj profesiaj BMS-fabrikistoj koncentritaj pri la disvolviĝo de energio-stokado BMS, ĉefe pro la fakto, ke la energi-stokado-merkato ankoraŭ estas en sia infanaĝo kaj ankoraŭ ekzistas multaj duboj pri la estonta disvolviĝo de energio-stokado en la merkato.Tial, la plej multaj produktantoj ne evoluigis BMS rilate al energistokado.En la fakta komerca medio, ekzistas ankaŭ produktantoj, kiuj aĉetas elektrajn veturilojn-bateriojn BMS por uzi kiel BMS por energi-stokaj baterioj.Oni kredas, ke en la estonteco, profesiaj elektraj aŭtomobilaj BMS-fabrikistoj ankaŭ verŝajne fariĝos grava parto de la BMS-provizantoj uzataj en grandskalaj energi-stokaj projektoj.
En ĉi tiu etapo, mankas unuformaj normoj por BMS provizitaj de diversaj provizantoj de sistemoj de konservado de energio.Malsamaj produktantoj havas malsamajn dezajnojn kaj difinojn por BMS, kaj depende de la malsamaj baterioj kun kiuj ili estas kongruaj, la SOX-algoritmo, egaligteknologio kaj komunikada datuma enhavo alŝutita ankaŭ povas varii.En la praktika apliko de BMS, tiaj diferencoj pliigos aplikajn kostojn kaj malutilos al industria evoluo.Tial, la normigado kaj moduligo de BMS ankaŭ estos grava evoludirekto en la estonteco.
Afiŝtempo: Jan-15-2024