1) Mis on BMS?
BMS-i täisnimi on Battery Management System.See on seade, mis jälgib energiat salvestavate akude olekut.Seda kasutatakse peamiselt üksikute akuelementide intelligentseks haldamiseks ja hooldamiseks, akude ülelaadimise ja tühjenemise vältimiseks, aku eluea pikendamiseks ja aku oleku jälgimiseks.Üldjuhul kujutatakse BMS-i trükkplaadi või riistvarakarbina.
BMS on aku energiasalvestussüsteemi üks põhiallsüsteeme, mis vastutab aku energiasalvesti iga aku tööoleku jälgimise ning energiasalvesti ohutu ja usaldusväärse töö tagamise eest.BMS saab jälgida ja koguda reaalajas energiasalvestusaku olekuparameetreid (sealhulgas, kuid mitte ainult, üheelemendi pinge, aku pooluse temperatuur, aku ahela vool, aku klemmide pinge, akusüsteemi isolatsioonitakistus jne) ja teha vajalik analüüs ja arvutused asjakohaste olekuparameetrite kohta, et saada rohkem süsteemi oleku hindamise parameetreid.See võib saavutada ka energiasalvesti enda tõhusa juhtimise vastavalt konkreetsetele kaitsekontrollistrateegiatele, et tagada kogu aku energiasalvesti ohutu ja usaldusväärne töö.Samal ajal saab BMS suhelda teiste välisseadmetega (PCS, EMS, tulekaitsesüsteem jne) oma sideliidese ja analoog/digitaalse sisendliidese kaudu, et moodustada erinevate alamsüsteemide ühendusjuhtimine kogu energiasalvestusvõimsuses. jaam, mis tagab elektrijaama ohutu, usaldusväärse ja tõhusa võrguühendusega töö.
2) Arhitektuur
Topoloogiaarhitektuuri vaatenurgast on BMS jagatud kahte kategooriasse: tsentraliseeritud ja hajutatud vastavalt erinevatele projektinõuetele.
Tsentraliseeritud BMS
Lihtsamalt öeldes kasutab tsentraliseeritud BMS kõigi lahtrite kogumiseks ühte BMS-i riistvara, mis sobib väheste rakkudega stsenaariumide jaoks.
Tsentraliseeritud BMS-i eelisteks on madal hind, kompaktne struktuur ja kõrge töökindlus ning seda kasutatakse tavaliselt väikese võimsuse, madala üldrõhu ja väikese akusüsteemi mahuga stsenaariumides, nagu elektritööriistad, robotid (käsitsemisrobotid, abistavad robotid), IOT targad kodud (pühkimisrobotid, elektrilised tolmuimejad), elektrilised tõstukid, elektrilised madala kiirusega sõidukid (elektrirattad, elektrimootorrattad, elektrilised ekskursiooniautod, elektrilised patrullautod, elektrilised golfikärud jne) ja kerged hübriidsõidukid.
Tsentraliseeritud BMS-i riistvara saab jagada kõrgepinge- ja madalpingealadeks.Kõrgepingeala vastutab ühe elemendi pinge, süsteemi kogupinge kogumise ja isolatsioonitakistuse jälgimise eest.Madalpingeala hõlmab toiteahelaid, CPU-ahelaid, CAN-sideahelaid, juhtahelaid jne.
Kuna sõiduautode akusüsteem areneb jätkuvalt suure võimsuse, kõrge üldrõhu ja suure mahu suunas, kasutatakse hajutatud BMS-arhitektuure peamiselt pistikhübriid- ja puhtalt elektrisõidukite mudelites.
Hajutatud BMS
Praegu on tööstuses hajutatud BMS-i jaoks erinevaid termineid ja erinevatel ettevõtetel on erinevad nimed.Toiteaku BMS-il on enamasti kahetasandiline ülem-alluv arhitektuur:
Energiasalvestav BMS on akupatarei suure suuruse tõttu tavaliselt kolmeastmeline arhitektuur, mille alluva ja peamise juhtimiskihi kohal on põhijuhtkiht.
Nii nagu akud moodustavad akuklastreid, mis omakorda moodustavad virnad, järgib ka kolmeastmeline BMS sama ülespoole suunatud reeglit:
Juhtpuldist: akuhaldusüksus (BMU), mis kogub teavet üksikute akude kohta.
Jälgige akuelemendi pinget ja temperatuuri
Aku võrdsustamine pakendis
Teabe üleslaadimine
soojusjuhtimine
Ebanormaalne alarm
Põhijuhtimine: Akuklastri haldusüksus: BCU (akuklastri üksus, tuntud ka kui kõrgepinge haldusüksus HVU, BCMU jne), vastutab BMU teabe kogumise ja akuklastri teabe kogumise eest.
Aku klastri vooluvõtt, kogupinge võtmine, lekke tuvastamine
Väljalülituskaitse, kui aku olek on ebanormaalne
BMS-i juhtimisel saab võimsuse kalibreerimise ja SOC kalibreerimise läbi viia eraldi, mis on aluseks järgnevale laadimise ja tühjenemise juhtimisele
Aku massiivi haldusüksus (BAU) vastutab akude tsentraliseeritud haldamise eest kogu energiasalvestise akupaki ulatuses.See ühendub erinevate akuklastri haldusüksustega ja vahetab teavet teiste seadmetega, et anda tagasisidet aku massiivi tööoleku kohta.
Aku massiivi laadimise ja tühjenemise juhtimine
BMS-süsteemi enesekontrolli ja veadiagnostika alarm
Akukomplekti veadiagnostika alarm
Ohutuskaitse aku massiivi erinevate kõrvalekallete ja tõrgete korral
Suhelge teiste seadmetega, nagu PCS ja EMS
Andmete salvestamine, edastamine ja töötlemine
Akuhalduskiht: vastutab üksikute akude kohta erineva teabe (pinge, temperatuuri) kogumise, akude SOC ja SOH arvutamise ja analüüsimise, üksikute akude aktiivse võrdsustamise saavutamise ning üksikute akude ebanormaalse teabe üleslaadimise eest akuploki kihi BCMU.CAN-väliskommunikatsiooni kaudu on see omavahel ühendatud karikakra ahela kaudu.
Akuhalduskiht: vastutab BMU poolt üles laaditud üksikutelt akudelt erineva teabe kogumise eest, akuploki (paki pinge, aku temperatuuri), aku laadimis- ja tühjenemisvoolude kohta erineva teabe kogumise, aku SOC ja SOH arvutamise ja analüüsimise eest. ja kogu teabe üleslaadimine akuklastri üksuse kihti BAMS.CAN-väliskommunikatsiooni kaudu on see omavahel ühendatud karikakra ahela kaudu.
Akuklastri halduskiht: vastutab BCMU poolt üles laaditud erineva akuteabe kogumise ja kogu teabe energiasalvestuse jälgimise EMS-süsteemi laadimise eest RJ45 liidese kaudu;suhtlemine PCS-iga, et saata asjakohast ebanormaalset teavet aku kohta PCS-ile (CAN- või RS485-liides), ja varustatud riistvaraliste kuivsõlmedega PCS-iga suhtlemiseks.Lisaks teostab akusüsteemi BSE (Battery State Estimate) hindamist, elektrisüsteemi oleku tuvastamist, kontaktorite juhtimist, soojusjuhtimist, tööjuhtimist, laadimise juhtimist, diagnostikahaldust ning teostab sise- ja väliskommunikatsioonivõrgu haldust.Suhtleb alluvatega läbi CANi.
3) Mida BMS teeb?
BMS-i funktsioone on palju, kuid põhiline ja see, mille pärast oleme kõige rohkem mures, on kolm aspekti:
Üks on sensing (riigi juhtimine), mis on BMS-i põhifunktsioon.See mõõdab pinget, takistust, temperatuuri ja lõpuks tajub aku olekut.Soovime teada, milline on aku olek, kui palju energiat ja mahtuvust see on, kui tervislik see on, kui palju energiat toodab ja kui ohutu see on.See on tunnetamine.
Teine on juhtimine (bilansi juhtimine).Mõned inimesed ütlevad, et BMS on aku lapsehoidja.Siis peaks see lapsehoidja sellega hakkama saama.Mida juhtida?See on selleks, et aku oleks võimalikult hea.Kõige elementaarsem on tasakaalu juhtimine ja soojusjuhtimine.
Kolmas on kaitse (ohutuse juhtimine).Lapsehoidjal on ka oma töö.Kui akul on mingi olek, tuleb seda kaitsta ja anda häire.
Loomulikult on olemas ka sidehalduskomponent, mis edastab andmeid teatud protokollide kaudu süsteemi sees või väljaspool seda.
BMS-il on palju muid funktsioone, nagu töö juhtimine, isolatsiooni jälgimine, soojusjuhtimine jne, mida siin ei käsitleta.
3.1 Taju – mõõtmine ja hindamine
BMS-i põhifunktsioon on mõõta ja hinnata aku parameetreid, sealhulgas selliseid põhiparameetreid nagu pinge, vool, temperatuur ja olek, samuti aku olekuandmete (nt SOC ja SOH) arvutused.Toiteakude valdkond hõlmab ka SOP (võimsuse oleku) ja SOE (energia oleku) arvutusi, mida siin ei käsitleta.Keskendume kahele esimesele laiemalt kasutatavale andmetele.
Rakkude mõõtmine
1) Põhiteabe mõõtmine: akuhaldussüsteemi kõige põhilisem funktsioon on mõõta üksikute akuelementide pinget, voolu ja temperatuuri, mis on aluseks kõikidele akuhaldussüsteemi tipptasemel arvutustele ja juhtimisloogikale.
2) Isolatsioonitakistuse testimine: isolatsiooni testimine on vajalik kogu akusüsteemi ja akuhaldussüsteemi kõrgepingesüsteemi jaoks.
3) Kõrgepinge blokeeringu tuvastamine (HVIL): kasutatakse kogu kõrgepingesüsteemi terviklikkuse kinnitamiseks ja ohutusmeetmete käivitamiseks, kui kõrgepingesüsteemi ahela terviklikkus on ohus.
SOC arvutamine
SOC viitab laadimisolekule, mis on aku järelejäänud mahutavus.Lihtsamalt öeldes on see, kui palju energiat akusse on jäänud.
SOC on BMS-i kõige olulisem parameeter, kuna kõik muu põhineb sellel.Seetõttu on selle täpsus ja töökindlus (tuntud ka kui veaparandusvõime) äärmiselt olulised.Ilma täpse SOC-ita ei saa ükski kaitsefunktsioon BMS-i korralikult tööle panna, kuna aku on sageli kaitstud olekus, mis muudab aku eluea pikendamise võimatuks.
Praegu hõlmavad peamised SOC-i hindamismeetodid avatud vooluahela pingemeetodit, voolu integreerimise meetodit, Kalmani filtri meetodit ja närvivõrgu meetodit.Tavaliselt kasutatakse kahte esimest meetodit.Viimased kaks meetodit hõlmavad täiustatud teadmisi, nagu integratsioonimudelid ja tehisintellekt, mida siin ei kirjeldata.
Praktilistes rakendustes kasutatakse sageli mitut algoritmi kombinatsioonis, kusjuures sõltuvalt aku laadimise ja tühjenemise olekust kasutatakse erinevaid algoritme.
avatud vooluahela pinge meetod
Avatud ahela pinge meetodi põhimõte on kasutada suhteliselt fikseeritud funktsionaalset seost avatud ahela pinge ja SOC vahel aku pikaajalise staatilise paigutuse tingimustes ja seega hinnata SOC avatud ahela pinge põhjal.Varem levinud plii-happeaku elektrijalgratas kasutab seda meetodit SOC hindamiseks.Avatud vooluahela pinge meetod on lihtne ja mugav, kuid sellel on ka palju puudusi:
1. Aku tuleb jätta pikaks ajaks seisma, vastasel juhul on avatud vooluahela pinget raske lühikese aja jooksul stabiliseerida;
2. Akudes, eriti liitiumraudfosfaatpatareides, on pinge platoo, kus klemmi pinge ja SOC kõver on SOC30%-80% vahemikus ligikaudu lineaarsed;
3. Aku on erinevatel temperatuuridel või erinevatel eluetappidel ja kuigi avatud vooluahela pinge on sama, võib tegelik SOC erinevus olla suur;
Nagu on näidatud alloleval joonisel, kui me seda elektrijalgratast kasutame, siis kui voolu SOC kuvatakse 100%, pinge kiirendamisel langeb ja võimsust võidakse kuvada 80%.Kui lõpetame kiirendamise, tõuseb pinge ja võimsus hüppab tagasi 100% -ni.Seega pole meie elektrilise rolleri võimsusnäidik täpne.Kui me peatume, on sellel jõudu, kuid käivitamisel saab võimsus otsa.See ei pruugi olla aku probleem, vaid võib olla tingitud BMS-i SoC-algoritmi liiga lihtsast.
An-Shi integraalmeetod
Anshicontinuous integratsioonimeetod arvutab SOC-i definitsiooni kaudu otse SOC-väärtuse reaalajas.
Arvestades esialgset SOC väärtust, saab aku võimsuse muutust voolu integreerimise kaudu täpselt arvutada seni, kuni saab mõõta aku voolu (kui tühjenemisvool on positiivne), mille tulemuseks on järelejäänud SOC.
Sellel meetodil on suhteliselt usaldusväärsed hinnangutulemused lühikese aja jooksul, kuid vooluanduri mõõtmisvigade ja aku mahtuvuse järkjärgulise vähenemise tõttu põhjustab pikaajaline voolu integreerimine teatud kõrvalekaldeid.Seetõttu kasutatakse seda üldiselt koos avatud ahela pingemeetodiga, et hinnata SOC-i hinnangu algväärtust madalate täpsusnõuetega, ja seda saab kasutada ka koos Kalmani filtreerimismeetodiga lühiajaliseks SOC-prognoosiks.
SOC (State Of Charge) kuulub BMS-i põhijuhtimisalgoritmi, mis tähistab praegust järelejäänud võimsuse olekut.See saavutatakse peamiselt ampertundide integreerimismeetodi ja EKF-i (laiendatud Kalmani filtri) algoritmi abil, mis on kombineeritud parandusstrateegiatega (nagu avatud vooluahela pinge korrigeerimine, täislaadimise korrigeerimine, laadimise lõpu korrigeerimine, võimsuse korrigeerimine erinevatel temperatuuridel ja SOH, jne.).Ampertundide integreerimise meetod on suhteliselt usaldusväärne tingimusel, et on tagatud voolu võtmise täpsus, kuid see pole vastupidav.Vigade kuhjumise tõttu tuleb see kombineerida parandusstrateegiatega.EKF-meetod on tugev, kuid algoritm on suhteliselt keeruline ja raskesti rakendatav.Kodumaised tavatootjad võivad toatemperatuuril saavutada täpsuse alla 6%, kuid kõrgete ja madalate temperatuuride ning aku nõrgenemise hindamine on keeruline.
SOC parandus
Praeguste kõikumiste tõttu võib hinnanguline SOC olla ebatäpne ja hindamisprotsessi tuleb kaasata erinevad parandusstrateegiad.
SOH arvutus
SOH viitab tervislikule seisundile, mis näitab aku hetkeseisundit (või aku kahjustuse astet).Tavaliselt esitatakse seda väärtusena vahemikus 0 kuni 100%, kusjuures alla 80% väärtusi peetakse üldiselt näitamaks, et aku ei ole enam kasutatav.Seda saab tähistada aku mahu või sisemise takistuse muutustega.Võimsuse kasutamisel hinnatakse praeguse aku tegelikku mahtu aku tööprotsessi andmete põhjal ning selle suhe nimimahtuvusse on SOH.Täpne SOH parandab aku tühjenemise korral teiste moodulite hinnangute täpsust.
Tööstuses on kaks erinevat SOH määratlust:
SOH määratlus, mis põhineb võimsuse tuhmumisel
Liitium-ioonakude kasutamisel väheneb aku sees olev aktiivne materjal järk-järgult, sisetakistus suureneb ja võimsus väheneb.Seetõttu saab SOH-d hinnata aku mahutavuse järgi.Aku tervislikku seisundit väljendatakse vooluvõimsuse ja algvõimsuse suhtena ning selle SOH on määratletud järgmiselt:
SOH=(C_standard-C_fade)/C_standard × 100%
Kus: C_fade on aku kaotatud mahutavus;C_standard on nimivõimsus.
IEEE standard 1188-1996 näeb ette, et kui aku mahutavus langeb 80%-ni, tuleb aku välja vahetada.Seetõttu arvame tavaliselt, et aku SOH pole saadaval, kui see on alla 80%.
SOH määratlus, mis põhineb võimsuse nõrgenemisel (Power Fade)
Peaaegu igat tüüpi akude vananemine toob kaasa aku sisemise takistuse suurenemise.Mida suurem on aku sisetakistus, seda väiksem on saadaolev võimsus.Seetõttu saab SOH-d hinnata võimsuse sumbumise abil.
3.2 Juhtimine – tasakaalustatud tehnoloogia
Igal akul on oma "iseloom"
Tasakaalust rääkimiseks tuleb alustada patareidest.Ka sama tootja samas partiis toodetud akudel on oma elutsüklid ja “isiksused” – iga aku võimsus ei saa olla täpselt sama.Sellel ebakõlal on kaks põhjust:
Üks on rakkude tootmise ebajärjekindlus
Üks on elektrokeemiliste reaktsioonide ebajärjekindlus.
tootmise ebaühtlus
Tootmise ebakõlasid on lihtne mõista.Näiteks tootmisprotsessi ajal võivad membraani ebaühtlused ning katoodi ja anoodi materjali ebaühtlused põhjustada aku üldise mahutavuse ebaühtlust.Tavaline 50AH aku võib muutuda 49AH või 51AH.
elektrokeemiline ebaühtlus
Elektrokeemia ebajärjekindlus seisneb selles, et aku laadimise ja tühjenemise protsessis, isegi kui kahe elemendi tootmine ja töötlemine on identsed, ei saa termiline keskkond elektrokeemilise reaktsiooni protsessis kunagi olla ühtlane.Näiteks akumoodulite valmistamisel peab ümbritseva rõnga temperatuur olema keskmisest madalam.Selle tulemuseks on pikaajaline ebakõla laadimis- ja tühjenemiskoguste vahel, mis omakorda toob kaasa ebaühtlase aku elemendi mahutavuse;Kui akuelemendil oleva SEI-kile laadimis- ja tühjendusvoolud on pikka aega ebaühtlased, on ka SEI-kile vananemine ebaühtlane.
*SEI kile: "tahke elektrolüüdi liides" (tahke elektrolüüdi liides).Vedela liitiumioonaku esimese laadimislahenduse käigus reageerib elektroodi materjal tahke-vedeliku faasi liidesel oleva elektrolüüdiga, moodustades elektroodi materjali pinda katva passiveerimiskihi.SEI kile on elektrooniline isolaator, kuid suurepärane liitiumioonide juht, mis mitte ainult ei kaitse elektroodi, vaid ei mõjuta ka aku tööd.SEI-kile vananemine mõjutab oluliselt aku tervist.
Seetõttu on akukomplektide ebaühtlus (või diskreetsus) aku töö vältimatu ilming.
Miks on vaja tasakaalu
Patareid on erinevad, miks mitte proovida neid ühesuguseks muuta?Kuna ebaühtlus mõjutab aku toimivust.
Seeria aku järgib lühikese silindri efekti: seeria akusüsteemis määrab kogu akusüsteemi võimsuse väikseim üksik üksus.
Oletame, et meil on aku, mis koosneb kolmest akust:
Tea, et ülelaadimine ja ülelaadimine võivad akusid tõsiselt kahjustada.Seega, kui aku B on laadimise ajal täielikult laetud või kui aku B SoC on tühjenemise ajal väga madal, tuleb aku B kaitsmiseks laadimine ja tühjendamine peatada. Selle tulemusena ei saa aku A ja C võimsust täielikult täita. ära kasutatud.See toob kaasa:
Akupatarei tegelik kasutatav võimsus on vähenenud: aku A ja C, mis oleks võinud olemasoleva võimsuse ära kasutada, ei suuda nüüd seda teha, et aku B mahutada. See on nagu kaks inimest kolmel jalal, kes on kokku seotud, pikem inimene, kes ei suuda suuri samme astuda.
Vähendatud aku tööiga: väiksem sammu pikkus nõuab rohkem samme ja väsitab jalad rohkem.Vähendatud mahutavuse korral suureneb laadimis- ja tühjendustsüklite arv, mille tulemuseks on aku suurem kahjustus.Näiteks üks rakk suudab 100% DoD juures saavutada 4000 tsüklit, kuid tegelikus kasutuses ei jõua see 100%ni ja tsüklite arv kindlasti ei küüni 4000-ni.
*DoD, tühjenemise sügavus, tähistab aku tühjenemise mahu protsenti aku nimivõimsusest.
Akude ebaühtlus põhjustab akukomplekti jõudluse vähenemist.Kui akumooduli suurus on suur, ühendatakse mitu akupatarei järjestikku ja suur ühekordne pingeerinevus põhjustab kogu kasti võimsuse vähenemise.Mida rohkem akusid on järjestikku ühendatud, seda rohkem võimsust nad kaotavad.Kuid meie rakendustes, eriti energiasalvestussüsteemide rakendustes, on kaks olulist nõuet:
Esimene on pika elueaga aku, mis võib oluliselt vähendada kasutus- ja hoolduskulusid.Energiasalvestussüsteemil on kõrged nõuded akukomplekti eluea suhtes.Enamik kodumaistest on mõeldud 15 aastaks.Kui eeldame 300 tsüklit aastas, siis 15 aastat on 4500 tsüklit, mis on ikka väga kõrge.Peame maksimeerima iga aku kasutusaega, et kogu aku kogu kasutusiga jõuaks võimalikult kauaks kavandatud kasutuseani, ja vähendama aku hajumise mõju aku kasutuseale.
Teine sügav tsükkel, eriti tipphabemeajamise rakenduse stsenaariumi korral, toob ühe kWh elektri rohkem vabastamine juurde ühe punkti tulu.See tähendab, et me teeme 80% DoD või 90% DoD.Kui energiasalvestussüsteemis kasutatakse süvatsüklit, ilmneb aku hajutamine saba tühjenemise ajal.Seetõttu on iga üksiku elemendi võimsuse täieliku vabastamise tagamiseks süvalaadimise ja sügavtühjenemise tingimustes vaja nõuda, et energiasalvesti BMS-il oleks tugev võrdsustamishaldusvõime ja see takistaks akuelementide järjepidevuse esinemist. .
Need kaks nõuet on täpselt vastuolus aku ebaühtlusega.Tõhusamate akurakenduste saavutamiseks peab meil olema tõhusam tasakaalustamistehnoloogia, et vähendada aku ebaühtluse mõju.
tasakaalu tehnoloogia
Akude võrdsustamise tehnoloogia on viis, kuidas muuta erineva võimsusega akud ühesuguseks.Levinud on kaks tasandusmeetodit: energia hajumise ühesuunaline võrdsustamine (passiivne võrdsustus) ja energiaülekande kahesuunaline võrdsustus (aktiivne võrdsustus).
(1) Passiivne tasakaal
Passiivse võrdsustamise põhimõte seisneb paralleelselt lülitatava tühjenemise takisti igas patareides.BMS juhib tühjendustakistit kõrgema pingega elementide tühjendamiseks, hajutades elektrienergia soojusena.Näiteks kui aku B on peaaegu täielikult laetud, avatakse lüliti, et võimaldada aku B takistil üleliigset elektrienergiat soojusena hajutada.Seejärel laadimine jätkub, kuni akud A ja C on samuti täielikult laetud.
Selle meetodi abil saab tühjendada ainult kõrgepingeelemente ja väikese võimsusega elemente ei saa laadida.Tühjendamistakistuse võimsuspiirangu tõttu on tasandusvool üldiselt väike (alla 1A).
Passiivse võrdsustamise eelised on odav ja lihtne vooluahela disain;miinusteks on see, et võrdsustamise aluseks on aku väikseimal järelejäänud mahutavus, mis ei suuda tõsta väikese jääkvõimsusega akude mahtuvust ning 100% võrdsustatud võimsusest läheb soojuse näol raisku.
(2) Aktiivne bilanss
Algoritmide kaudu edastavad mitmed akud kõrgepingeelementide energia madalpingeelementidele, kasutades energiasalvesti komponente, tühjendades kõrgema pingega akusid ja kasutades vabanevat energiat madalama pingega elementide laadimiseks.Energia pigem kantakse üle kui hajutatakse.
Nii tühjeneb laadimise ajal esimesena 100% pingeni jõudev aku B aku A ja C ning kolm akut laetakse koos täis.Tühjenemise ajal, kui aku B järelejäänud laeng on liiga madal, "laadivad" A ja C B-d, nii et element B ei jõua nii kiiresti tühjenemise peatamise SOC-läveni.
Aktiivse tasakaalustustehnoloogia peamised omadused
(1) Tasakaalustage kõrge ja madal pinge, et parandada akuploki tõhusust: laadimise ja tühjendamise ajal ning puhkeolekus saab kõrgepingeakusid tühjendada ja madalpinge akusid laadida;
(2) Väikese kaoga energiaülekanne: energiat pigem ülekantakse kui lihtsalt kaob, parandades energiakasutuse efektiivsust;
(3) Suur tasakaaluvool: üldiselt on tasakaaluvool vahemikus 1 kuni 10 A ja tasakaal on kiirem;
Aktiivne võrdsustamine nõuab vastavate ahelate ja energiasalvestusseadmete seadistamist, mis toob kaasa suure mahu ja kulude suurenemise.Need kaks tingimust koos määravad, et aktiivset võrdsustamist ei ole lihtne edendada ja rakendada.
Lisaks pikendab aktiivne tasanduslaadimis- ja tühjendusprotsess kaudselt aku tööiga.Nende elementide puhul, mis vajavad tasakaalu saavutamiseks laadimist ja tühjendamist, võib täiendav töökoormus ületada tavaliste elementide vananemist, mille tulemuseks on suurem erinevus teiste elementide jõudluses.
Mõned eksperdid usuvad, et kaks ülaltoodud väljendit peaksid vastama dissipatiivsele tasakaalule ja mittehajutavale tasakaalule.See, kas see on aktiivne või passiivne, peaks sõltuma sündmusest, mis käivitab tasakaaluprotsessi.Kui süsteem jõuab olekusse, kus ta peab olema passiivne, on see passiivne.Kui selle on paika pannud inimesed, nimetatakse tasakaaluprogrammi seadmist, kui see ei pea olema tasakaalus, aktiivseks tasakaaluks.
Näiteks kui tühjenemine on lõpus, on madalaima pingega element jõudnud tühjenemise katkestuspingeni, samas kui teistel elementidel on endiselt toide.Sel ajal, et võimalikult palju elektrit tühjendada, edastab süsteem suure energiatarbega elementide elektri madala energiatarbega elementidesse, võimaldades tühjendusprotsessil jätkuda kuni kogu võimsus tühjeneb.See on passiivne tasandusprotsess.Kui süsteem ennustab, et tühjenemise lõpus tekib tasakaalustamatus, kui võimsust on veel 40%, käivitab see aktiivse võrdsustamisprotsessi.
Aktiivne võrdsustamine jaguneb tsentraliseeritud ja detsentraliseeritud meetoditeks.Tsentraliseeritud võrdsustusmeetod hangib energiat kogu akuplokist ja kasutab seejärel energia muundamise seadet, et täiendada akusid vähema energiaga.Detsentraliseeritud võrdsustamine hõlmab energiasalvestuslüli külgnevate akude vahel, mis võib olla induktiivpool või kondensaator, võimaldades energial voolata külgnevate akude vahel.
Praeguses tasakaalukontrolli strateegias on neid, kes võtavad elemendi pinge kontrolli sihtparameetrina, ja on ka neid, kes teevad ettepaneku kasutada tasakaalu kontrolli sihtparameetrina SOC-i.Võttes näiteks elemendi pinge.
Esmalt määrake võrdsustamise algatamise ja lõpetamise läviväärtuste paar: näiteks akude komplektis, kui üksiku elemendi äärmise pinge ja komplekti keskmise pinge erinevus jõuab 50 mV-ni, käivitatakse võrdsustamine ja kui see jõuab 5mV, võrdsustamine on lõppenud.
BMS kogub iga elemendi pinge vastavalt fikseeritud hõivetsüklile, arvutab keskmise väärtuse ja seejärel arvutab välja iga elemendi pinge ja keskmise väärtuse erinevuse;
Kui maksimaalne erinevus jõuab 50 mV-ni, peab BMS alustama tasandusprotsessi;
Jätkake sammu 2 tasandusprotsessi ajal, kuni kõik erinevused on väiksemad kui 5 mV, ja seejärel lõpetage võrdsustamine.
Tuleb märkida, et mitte kõik BMS-id ei nõua seda sammu ja järgnevad strateegiad võivad olenevalt tasakaalumeetodist erineda.
Tasakaalutehnoloogia on seotud ka aku tüübiga.Üldiselt arvatakse, et LFP sobib rohkem aktiivseks tasakaaluks, kolmekomponentsed akud aga passiivseks tasakaaluks.
Tiheda konkurentsi etappi BMS-is toetavad enamasti kulud ja töökindlus.Praegu ei ole aktiivse tasakaalustamise eksperimentaalset kontrolli veel saavutatud.Funktsionaalse ohutuse tase liigub eeldatavasti ASIL-C ja ASIL-D suunas, kuid maksumus on üsna kõrge.Seetõttu suhtuvad praegused suurettevõtted aktiivsesse tasakaalustusuuringutesse ettevaatlikult.Mõned suured tehased soovivad isegi tasakaalustusmooduli tühistada ja lasta kogu tasakaalustamine väliselt teha sarnaselt kütusesõidukite hooldusega.Iga kord, kui sõiduk läbib teatud vahemaa, läheb see 4S poodi välisele tasakaalustamisele.See vähendab kogu sõiduki BMS-i maksumust ja toob kasu ka vastavale 4S kauplusele.Sellest võidavad kõik osapooled.Seetõttu saan isiklikult aru, et sellest võib saada trend!
3.3 Kaitse – rikete diagnostika ja häire
BMS-i seire on sobitatud elektrisüsteemi riistvaraga ja jaotatakse vastavalt aku erinevatele töötingimustele erinevateks rikketasemeteks (väike rike, tõsine rike, surmav rike).Erinevate tõrketasemete korral rakendatakse erinevaid käsitsemismeetmeid: hoiatus, võimsuse piiramine või otsene kõrgepinge väljalülitus.Tõrked hõlmavad andmete hankimise ja ratsionaalsuse tõrkeid, elektririkkeid (andurid ja täiturmehhanismid), siderikkeid ja aku oleku tõrkeid.
Tavaline näide on aku ülekuumenemise korral BMS tuvastab aku ülekuumenemise aku kogutud temperatuuri põhjal, seejärel juhib selle aku vooluringi lahtiühendamiseks, kaitseb ülekuumenemise eest ja saadab hoiatuse juhtimissüsteemidele, nagu EMS.
3.4 Side
BMS-i tavapärast tööd ei saa eraldada selle sidefunktsioonist.Olgu selleks siis aku juhtimine akuhalduse ajal, aku oleku edastamine välismaailmale või juhtimisjuhiste vastuvõtmine, on vaja stabiilset sidet.
Jõuakusüsteemis on BMS-i üks ots ühendatud akuga ja teine ots kogu sõiduki juhtimis- ja elektroonikasüsteemidega.Üldine keskkond kasutab CAN-protokolli, kuid sisemise CAN-i kasutamisel akuploki sisemiste komponentide vahel ja sõiduki CAN-i kasutamisel akuploki ja kogu sõiduki vahel on vahet.
Seevastu energiasalvestav BMS ja sisekommunikatsioon kasutavad põhiliselt CAN-protokolli, kuid selle välissuhtluses (välises kommunikatsioonis (peamiselt viitab energiasalvestava elektrijaama dispetšersüsteemile PCS) kasutatakse sageli Interneti-protokolli vorminguid TCP/IP-protokolli ja modbus-protokolli.
4) Energiasalvesti BMS
Energiasalvestite BMS-i tootjad arenesid üldiselt välja aku BMS-ist, nii et paljudel kujundustel ja terminitel on ajalooline päritolu
Näiteks aku jaguneb üldiselt BMU-ks (Battery Monitor Unit) ja BCU-ks (Battery Control Unit), kusjuures esimene kogub andmeid ja teine juhib neid.
Kuna akuelement on elektrokeemiline protsess, moodustavad aku mitu akuelementi.Tänu iga akuelemendi omadustele, hoolimata sellest, kui täpne on tootmisprotsess, esineb igas akuelemendis aja jooksul ja sõltuvalt keskkonnast vigu ja ebakõlasid.Seetõttu on akuhaldussüsteemi eesmärk hinnata aku hetkeseisu läbi piiratud parameetrite, mis sarnaneb veidi traditsioonilise hiina meditsiini arstiga, kes diagnoosib patsienti pigem sümptomeid jälgides kui füüsikalist ja keemilist analüüsi vajavat lääne meditsiini.Inimkeha füüsikaline ja keemiline analüüs sarnaneb aku elektrokeemiliste omadustega, mida saab mõõta suuremahuliste katseinstrumentidega.Siiski on manussüsteemidel raske hinnata mõningaid elektrokeemia näitajaid.Seetõttu on BMS nagu vana Hiina meditsiini arst.
4.1 Energiasalvesti BMS-i kolmekihiline arhitektuur
Kuna energiasalvestussüsteemides on palju akuelemente, siis kulude kokkuhoiu eesmärgil rakendatakse BMS-i üldjuhul kihtidena, kahe või kolme kihina.Praegu on peavoolul kolm kihti: ülemjuhtimine / ülemjuhtimine / alamjuhtimine.
4.2 Energiasalvestava BMS-i üksikasjalik kirjeldus
5) Hetkeolukord ja tulevikutrend
BMS-i toodavad mitut tüüpi tootjad:
Esimene kategooria on aku BMS-is kõige domineerivama võimsusega lõppkasutaja – autotehased.Tegelikult on tugevaim BMS-i tootmise tugevus välismaal ka autotehased, nagu General Motors, Tesla jne. Kodus on BYD, Huating Power jne.
Teine kategooria on akutehased, sealhulgas elementide ja pakendite tootjad, nagu Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad jne;
Kolmandat tüüpi BMS-i tootjad on need, kellel on mitmeaastane jõuelektroonika tehnoloogia kogemus ning neil on ülikoolide või sellega seotud ettevõtete taustaga uurimis- ja arendusmeeskonnad, nagu Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology ja Kegong Electronics.
Erinevalt jõuakude BMS-ist, kus domineerivad peamiselt terminalisõidukite tootjad, tundub, et energiasalvestusakude lõppkasutajatel puudub vajadus ega konkreetsed tegevused BMS-i uurimis- ja arendustegevuses ning tootmises osalemiseks.Samuti on ebatõenäoline, et nad kulutavad palju raha ja energiat suuremahuliste akuhaldussüsteemide väljatöötamiseks.Seetõttu võib arvata, et energiasalvestite BMS-i tööstuses puudub oluline tegija, kellel on absoluutsed eelised, jättes tohutu arenguruumi ja fantaasiat akutootjatele ja energiasalvesti BMS-ile keskenduvatele müüjatele.Kui energiasalvestite turg luuakse, annab see akutootjatele ja professionaalsetele BMS-tootjatele palju arenguruumi ja vähendab konkurentsikindlust.
Energiasalvestavate BMS-ide arendamisele keskendunud professionaalseid BMS-i tootjaid on praegu suhteliselt vähe, seda peamiselt seetõttu, et energiasalvestite turg on alles lapsekingades ning energiasalvestite edasise arengu osas turul on endiselt palju kahtlusi.Seetõttu ei ole enamik tootjaid välja töötanud energia salvestamisega seotud BMS-i.Tegelikus ärikeskkonnas on ka tootjaid, kes ostavad elektrisõidukite aku BMS-i, et seda kasutada energiasalvestusakude BMS-ina.Usutakse, et tulevikus saavad ka professionaalsed elektrisõidukite BMS-tootjad oluliseks osaks suuremahulistes energiasalvestusprojektides kasutatavate BMS-i tarnijate hulgas.
Praeguses etapis puuduvad erinevate energiasalvestussüsteemide tarnijate poolt pakutavad ühtsed BMS-i standardid.Erinevatel tootjatel on BMS-i jaoks erinevad kujundused ja määratlused ning olenevalt erinevatest akudest, millega nad ühilduvad, võivad SOX-algoritm, võrdsustustehnoloogia ja üleslaaditud sideandmete sisu samuti erineda.BMS-i praktilisel rakendamisel suurendavad sellised erinevused rakenduskulusid ja kahjustavad tööstuse arengut.Seetõttu on BMSi standardimine ja modulariseerimine ka tulevikus oluline arengusuund.
Postitusaeg: 15. jaanuar 2024