Bateria Kudeatzeko Sistema BMS Ezagutza eta Funtzioa, Sarrera

BMS-ren izen osoa Battery Management System da.Energia biltegiratzeko baterien egoera kontrolatzen duen gailua da.Batez ere bateria-zelulen kudeaketa eta mantentze-lan adimentsurako erabiltzen da, bateriak gainkargatzea eta gehiegi deskargatzea saihestuz, bateriaren iraupena luzatzeko eta bateriaren egoera kontrolatzeko.Orokorrean, BMS zirkuitu plaka edo hardware kutxa gisa irudikatzen da.

 

BMS bateriaren energia biltegiratzeko sistemaren oinarrizko azpisistemetako bat da, bateriaren energia biltegiratzeko unitateko bateria bakoitzaren funtzionamendu-egoera kontrolatzeaz eta energia biltegiratzeko unitatearen funtzionamendu segurua eta fidagarria bermatzeaz arduratzen dena.BMSak denbora errealean energia biltegiratzeko bateriaren egoera-parametroak kontrolatu eta bildu ditzake (zelula bakarreko tentsioa, bateriaren poloaren tenperatura, bateriaren begizta-korrontea, bateria-paketearen terminal-tentsioa, bateria-sistemaren isolamendu-erresistentzia, etab. barne), eta egin beharrezko azterketa eta kalkulua egoera-parametro garrantzitsuak sistemaren egoera ebaluatzeko parametro gehiago lortzeko.Energia biltegiratzeko bateriaren beraren kontrol eraginkorra ere lor dezake babesaren kontrol-estrategi espezifikoen arabera, bateriaren energia biltegiratzeko unitate osoaren funtzionamendu segurua eta fidagarria bermatzeko.Aldi berean, BMSak kanpoko beste gailu batzuekin elkarreragin dezake (PCS, EMS, suteen aurkako sistema, etab.) bere komunikazio-interfazearen eta sarrera analogiko/digitalaren interfazearen bidez, hainbat azpisistemaren lotura-kontrola eratzeko, energia biltegiratzeko potentzia osoan. zentralaren sarera konektatutako funtzionamendu segurua, fidagarria eta eraginkorra bermatuz.

2) Arkitektura

Topologia arkitekturaren ikuspegitik, BMS bi kategoriatan banatzen da: zentralizatua eta proiektuaren eskakizun ezberdinen arabera banatuta.

 

BMS zentralizatua

Besterik gabe, BMS zentralizatuak BMS hardware bakarra erabiltzen du gelaxka guztiak biltzeko, gelaxka gutxi dituzten eszenatokietarako egokia dena.

BMS zentralizatuak kostu baxuaren, egitura trinkoaren eta fidagarritasun handiko abantailak ditu, eta ahalmen baxua, presio total baxua eta bateria-sistemaren bolumen txikia duten agertokietan erabili ohi da, hala nola erreminta elektrikoak, robotak (robot manipulatzaileak, robot laguntzaileak). IOT etxe adimentsuak (ekorketa-robotak, xurgagailu elektrikoak), eskorga elektrikoak, abiadura baxuko ibilgailu elektrikoak (bizikleta elektrikoak, moto elektrikoak, turismo-kotxe elektrikoak, patruila-kotxe elektrikoak, golf-gurdi elektrikoak, etab.) eta ibilgailu hibrido arinak.

BMS zentralizatutako hardwarea tentsio handiko eta tentsio baxuko eremuetan bana daiteke.Tentsio handiko eremua zelula bakarreko tentsioa, sistemaren tentsio osoa biltzeaz eta isolamendu-erresistentzia kontrolatzeaz arduratzen da.Behe-tentsioko eremuak elikatze-zirkuituak, CPU zirkuituak, CAN komunikazio-zirkuituak, kontrol-zirkuituak eta abar biltzen ditu.

Bidaiarien ibilgailuen bateria-sistemak gaitasun handiko, guztizko presio handiko eta bolumen handirantz garatzen jarraitzen duen heinean, BMS banatutako arkitekturak ibilgailu hibrido entxufagarrietan eta elektriko hutsetan erabiltzen dira batez ere.

Banatutako BMS

Gaur egun, BMS banaturako hainbat termino daude industrian, eta enpresa ezberdinek izen desberdinak dituzte.Energia-bateria BMS-ak gehienbat bi mailatako arkitektura maisu-esklaboa du:

 

Energia biltegiratzeko BMSa hiru mailatako arkitektura izan ohi da bateria-paketearen tamaina handia dela eta, esklaboen eta kontrol nagusien geruza nagusien kontrol-geruza nagusi bat duena.

Bateriek bateria multzoak osatzen dituzten bezala, zeinak pilak eratzen dituzten bezala, hiru mailatako BMS-ek goranzko arau bera jarraitzen du:

Kontroletik: bateria kudeatzeko unitatea (BMU), baterien banakako informazioa biltzen duena.

Kontrolatu bateria-zelularen tentsioa eta tenperatura

Bateria berdintzea paketean

Informazioa igotzea

kudeaketa termikoa

Alarma anormala

Kontrol nagusia: Baterien kluster kudeaketa-unitatea: BCU (bateria-kluster-unitatea, tentsio handiko kudeaketa-unitatea HVU, BCMU, etab. izenez ere ezaguna), BMUren informazioa biltzeaz eta bateria-kluster informazioa biltzeaz arduratzen dena.

Baterien multzoko korrontea eskuratzea, tentsio osoa eskuratzea, ihesak detektatzea

Pizteko babesa bateriaren egoera anormala denean

BMS-en kudeaketaren arabera, ahalmenaren kalibrazioa eta SOC kalibrazioa bereizita osa daitezke ondorengo karga eta deskarga kudeaketaren oinarri gisa.

Bateria-matrizea kudeatzeko unitatea (BAU) energia biltegiratzeko bateria-pila osoko baterien kudeaketa zentralizatuaz arduratzen da.Baterien kluster kudeaketa-unitate ezberdinetara konektatzen da eta beste gailu batzuekin informazioa trukatzen du bateria-matrizearen funtzionamendu-egoerari buruzko iritzia emateko.

Bateria arrayaren karga eta deskargaren kudeaketa

BMS sistemaren autoegiaztapena eta matxurak diagnostikatzeko alarma

Bateriaren matxurak diagnostikatzeko alarma

Segurtasun-babesa bateria-matrizeko hainbat anomalia eta akatsetarako

Komunikatu PCS eta EMS bezalako beste gailu batzuekin

Datuak biltegiratzea, transmititzea eta prozesatzea

Baterien kudeaketa-geruza: baterien informazio ezberdina (tentsioa, tenperatura) biltzeaz arduratzen da, baterien SOC eta SOH kalkulatzeaz eta aztertzeaz, banakako baterien berdinketa aktiboa lortzeaz eta banakako baterien informazio anormala kargatzeaz BCMU bateria-paketearen geruzara.CAN kanpoko komunikazioaren bidez, kate baten bidez konektatzen da.

Baterien kudeaketa-geruza: BMUk kargatutako baterien banakako hainbat informazio biltzeaz arduratzen da, bateria paketeari buruzko hainbat informazio biltzeaz (paketearen tentsioa, paketearen tenperatura), bateria paketearen karga eta deskargako korronteak, bateria paketearen SOC eta SOH kalkulatzea eta aztertzeaz arduratzen da. , eta informazio guztia bateria-kluster unitatearen BAMS geruzara kargatuz.CAN kanpoko komunikazioaren bidez, kate baten bidez konektatzen da.

Baterien multzoa kudeatzeko geruza: BCMUk kargatutako bateriaren hainbat informazio biltzeaz arduratzen da eta informazio guztia RJ45 interfazearen bidez energia biltegiratzeko EMS sistemara kargatzeaz arduratzen da;PCSekin komunikatzea bateriaren informazio anormala PCSra bidaltzeko (CAN edo RS485 interfazea), eta hardware nodo lehorrez hornituta PCSekin komunikatzeko.Horrez gain, bateria-sistema BSE (Battery State Estimate) ebaluazioa egiten du, sistema elektrikoaren egoera detektatzeko, kontaktoreen kudeaketa, kudeaketa termikoa, funtzionamenduaren kudeaketa, kargaren kudeaketa, diagnostikoen kudeaketa eta barne eta kanpoko komunikazio sareen kudeaketa egiten du.CAN bidez menpekoekin komunikatzen da.

3) Zer egiten du BMS?

BMSren funtzioak ugariak dira, baina muina eta gehien kezkatzen gaituena hiru alderdi dira:

Bata sentsazioa da (estatuaren kudeaketa), hau da, BMSren oinarrizko funtzioa.Tentsioa, erresistentzia, tenperatura neurtzen ditu eta, azken finean, bateriaren egoera sumatzen du.Bateriaren egoera zein den, zenbat energia eta ahalmena duen, zein osasuntsua den, zenbat potentzia ekoizten duen eta zein segurua den jakin nahi dugu.Hau sentsazioa da.

Bigarrena kudeaketa da (saldoen kudeaketa).Batzuek diote BMS bateriaren umezaina dela.Orduan umezain honek kudeatu beharko luke.Zer kudeatu?Bateria ahalik eta ondoen egiteko da.Oinarrizkoena oreka kudeaketa eta kudeaketa termikoa da.

Hirugarrena babesa da (segurtasunaren kudeaketa).Umezainak ere badu zer eginik.Bateriak egoeraren bat badu, babestu egin behar da eta alarma piztu behar da.

Jakina, komunikazio-kudeaketako osagai bat ere badago sistemaren barruan edo kanpoan datuak transferitzen dituen protokolo batzuen bidez.

BMS-k beste funtzio asko ditu, hala nola, funtzionamenduaren kontrola, isolamenduaren monitorizazioa, kudeaketa termikoa, etab., hemen eztabaidatzen ez direnak.

 

3.1 Pertzepzioa – Neurketa eta estimazioa

BMSren oinarrizko funtzioa bateriaren parametroak neurtzea eta estimatzea da, tentsioa, korrontea, tenperatura eta egoera bezalako oinarrizko parametroak barne, baita bateriaren egoeraren datuen kalkuluak ere, hala nola SOC eta SOH.Potentzia baterien alorrean SOP (potentzia-egoera) eta SOE (energia-egoera) kalkuluak ere sartzen dira, hemen eztabaidatzen ez direnak.Gehiago erabiltzen diren lehen bi datuetan zentratuko gara.

Zelulen neurketa

1) Oinarrizko informazioa neurtzea: bateria kudeatzeko sistemaren funtziorik oinarrizkoena bateriaren zelulen tentsioa, korrontea eta tenperatura neurtzea da, hau da, bateriaren kudeaketa sistemako goi-mailako kalkulu eta kontrol logika guztien oinarria.

2) Isolamendu-erresistentzia-probak: isolamendu-probak bateria-sistema osorako eta bateria-kudeaketa-sistemako goi-tentsioko sistemarako beharrezkoak dira.

3) Tentsio handiko interblokeoaren detekzioa (HVIL): goi-tentsioko sistema osoaren osotasuna berresteko eta segurtasun-neurriak abiarazteko erabiltzen da tentsio handiko sistemaren begiztaren osotasuna arriskuan jartzen denean.

SOC kalkulua

SOC Karga-egoera aipatzen du, hau da, bateriaren gainerako edukiera.Besterik gabe, baterian geratzen den energia da.

SOC da BMSn parametrorik garrantzitsuena, gainerako guztia horretan oinarritzen baita.Hori dela eta, bere zehaztasuna eta sendotasuna (erroreak zuzentzeko ahalmena ere deitzen zaio) oso garrantzitsuak dira.SOC zehatzik gabe, babes-funtzio batek ezin du BMS-k behar bezala funtzionatuko, askotan bateria babestuta egongo baita eta, ondorioz, ezinezkoa da bateriaren iraupena luzatzea.

Gaur egun, SOC balioesteko metodo nagusiak zirkuitu irekiko tentsioaren metodoa, korrontearen integrazio metodoa, Kalman iragazki metodoa eta sare neuronalaren metodoa dira.Lehenengo bi metodoak erabili ohi dira.Azken bi metodoek ezagutza aurreratua dakar, hala nola integrazio ereduak eta adimen artifiziala, hemen zehazten ez direnak.

Aplikazio praktikoetan, sarritan algoritmo anitz erabiltzen dira konbinatuta, eta bateriaren karga eta deskarga egoeraren arabera algoritmo desberdinak hartzen dira.

zirkuitu irekiko tentsio metodoa

Zirkuitu irekiko tentsioaren metodoaren printzipioa zirkuitu irekiko tentsioaren eta SOCren arteko erlazio funtzional nahiko finkoa erabiltzea da, bateriaren epe luzerako kokapen estatikoaren baldintzapean, eta, beraz, SOC zirkuitu irekiko tentsioan oinarrituta kalkulatzea.Aurretik erabilitako berun-azido bateriaren bizikleta elektrikoak metodo hau erabiltzen du SOC kalkulatzeko.Zirkuitu irekiko tentsio-metodoa erraza eta erosoa da, baina desabantaila asko ere baditu:

1. Bateria denbora luzez zutik utzi behar da, bestela zirkuitu irekiko tentsioa denbora laburrean egonkortzea zaila izango da;

2. Baterietan tentsio-plataforma bat dago, batez ere litio-burdin fosfato baterietan, non terminal-tentsioa eta SOC kurba gutxi gorabehera linealak diren SOC30%-80% tartean;

3. Bateria tenperatura desberdinetan edo bizitza-etapa desberdinetan dago, eta zirkuitu irekiko tentsioa berdina den arren, benetako SOC aldea handia izan daiteke;

Beheko irudian ikusten den bezala, bizikleta elektriko hau erabiltzen dugunean, uneko SOC % 100 gisa bistaratzen bada, tentsioa jaisten da azeleratzen denean, eta potentzia % 80 gisa bistaratu daiteke.Azeleratzeari uzten diogunean, tentsioa igotzen da, eta potentzia %100era jauzi egiten da.Beraz, gure scooter elektrikoaren potentziaren pantaila ez da zehatza.Gelditzen garenean, boterea dauka, baina martxan jartzen garenean, indarrik gabe geratzen da.Baliteke hori ez izatea bateriaren arazoa, baina BMSaren SoC algoritmoa sinpleegia izateagatik izan daiteke.

An-Shi metodo integrala

Anshicontinuous integrazio metodoak zuzenean kalkulatzen du SOC balioa denbora errealean SOC definizioaren bidez.

Hasierako SOC balioa emanda, bateriaren korrontea neur daitekeen bitartean (deskarga-korrontea positiboa denean), bateriaren edukieraren aldaketa zehaztasunez kalkula daiteke korrontearen integrazioaren bidez, gainerako SOC-a lortuz.

Metodo honek kalkulu-emaitzak nahiko fidagarriak ditu denbora-tarte laburrean, baina korronte sentsorearen neurketa-akatsen eta bateriaren ahalmenaren pixkanakako degradazioaren ondorioz, epe luzeko korronte integrazioak desbiderapen batzuk sartuko ditu.Hori dela eta, orokorrean zirkuitu irekiko tentsioaren metodoarekin batera erabiltzen da SOC estimaziorako hasierako balioa zehaztasun gutxiko eskakizunekin estimatzeko, eta Kalman iragazketa metodoarekin batera ere erabil daiteke epe laburreko SOC iragartzeko.

SOC (State Of Charge) BMSren oinarrizko kontrol-algoritmoari dagokio, uneko gainerako gaitasunaren egoera adierazten duena.Batez ere ampere-orduko integrazio metodoaren eta EKF (Extended Kalman Filter) algoritmoaren bidez lortzen da, zuzenketa estrategiekin konbinatuta (adibidez, zirkuitu irekiko tentsioaren zuzenketa, karga osoko zuzenketa, karga amaierako zuzenketa, edukiera zuzenketa tenperatura desberdinetan eta SOH). etab.).Ampere-orduko integrazio metodoa nahiko fidagarria da uneko eskurapenaren zehaztasuna bermatzeko baldintzapean, baina ez da sendoa.Akatsen pilaketa dela eta, zuzenketa estrategiekin konbinatu behar da.EKF metodoa sendoa da, baina algoritmoa nahiko konplexua eta inplementatzeko zaila da.Etxeko fabrikatzaile nagusiek %6 baino gutxiagoko zehaztasuna lor dezakete giro-tenperaturan, baina tenperatura altuetan eta baxuetan eta bateriaren atenuazioa kalkulatzea zaila da.

SOC zuzenketa

Egungo gorabeheren ondorioz, estimatutako SOC-a okerra izan daiteke, eta hainbat zuzenketa-estrategia sartu behar dira zenbatespen-prozesuan.

 

SOH kalkulua

SOH Osasun egoerari egiten dio erreferentzia, eta horrek bateriaren egungo osasun-egoera adierazten du (edo bateriaren degradazio-maila).Normalean, 0 eta % 100 arteko balio gisa irudikatzen da, % 80tik beherako balioekin, oro har, bateria gehiago erabilgarri ez dela adierazteko.Bateriaren edukieraren edo barne-erresistentziaren aldaketen bidez irudikatu daiteke.Ahalmena erabiltzean, uneko bateriaren benetako ahalmena kalkulatzen da bateriaren funtzionamendu-prozesuko datuetan oinarrituta, eta horren arteko erlazioa ahalmen nominala SOH da.SOH zehatz batek beste moduluen zenbatespen-zehaztasuna hobetuko du bateria hondatzen ari denean.

SOHren bi definizio ezberdin daude industrian:

SOH definizioa gaitasun desagerpenean oinarrituta

Litio-ioizko bateriak erabiltzean, bateriaren barneko material aktiboa pixkanaka gutxitzen da, barne-erresistentzia handitzen da eta ahalmena usteltzen da.Beraz, SOH bateriaren edukieraren arabera kalkula daiteke.Bateriaren osasun-egoera uneko ahalmenaren eta hasierako ahalmenaren erlazioaren arabera adierazten da, eta bere SOH honela definitzen da:

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

Non: C_fade bateriaren galdutako ahalmena da;C_standard ahalmen nominala da.

IEEE 1188-1996 estandarrak zehazten du bateriaren ahalmena % 80ra jaisten denean, bateria ordezkatu behar dela.Horregatik, normalean kontuan hartzen dugu bateria SOH ez dagoela erabilgarri % 80tik behera dagoenean.

SOH definizioa potentzia atenuan oinarrituta (Power Fade)

Baterien ia mota guztien zahartzeak bateriaren barne-erresistentzia handitzea ekarriko du.Zenbat eta handiagoa izan bateriaren barne-erresistentzia, orduan eta potentzia txikiagoa izango da.Beraz, SOH potentzia atenuazioa erabiliz kalkula daiteke.

3.2 Kudeaketa – Teknologia orekatua

Bateria bakoitzak bere "nortasuna" du

Orekaz hitz egiteko, pilekin hasi behar dugu.Fabrikatzaile berak lote berean ekoitzitako pilek ere bere bizi-ziklo eta "nortasun" propioak dituzte; bateria bakoitzaren edukiera ezin da berdina izan.Bi arrazoi daude koherentzia hori egiteko:

Bata zelulen ekoizpenaren inkoherentzia da

Bata erreakzio elektrokimikoen inkoherentzia da.

ekoizpenaren inkoherentzia

Ekoizpenaren inkoherentziak erraz ulertzen dira.Esate baterako, ekoizpen-prozesuan, diafragmaren inkoherentziak eta katodoaren eta anodoaren materialaren inkoherentziak bateriaren edukiera orokorraren inkoherentziak eragin ditzakete.50AH-ko bateria estandarra 49AH edo 51AH bihur daiteke.

inkoherentzia elektrokimikoa

Elektrokimikaren inkoherentzia da bateria kargatzeko eta deskargatzeko prozesuan, bi zelulen ekoizpena eta prozesamendua berdinak badira ere, ingurune termikoa ezin da inoiz koherentea izan erreakzio elektrokimikoaren prozesuan.Adibidez, bateria-moduluak egitean, inguruko eraztunaren tenperatura erdikoa baino baxuagoa izan behar da.Horrek epe luzerako koherentzia eza sortzen du karga- eta deskarga-kopuruen artean, eta horrek, aldi berean, bateria-zelulen edukiera ez-koherentea dakar;SEI filmaren karga- eta deskarga-korronteak bateria-zelulan denbora luzez koherenteak ez direnean, SEI filmaren zahartzea ere koherentea izango da.

*SEI filma: “solid electrolyte interface” (elektrolito solidoen interfazea).Litio ioi likidoaren bateriaren lehen karga deskargatzeko prozesuan, elektrodoaren materialak fase solido-likidoaren interfazeko elektrolitoarekin erreakzionatzen du elektrodoaren materialaren gainazala estaltzen duen pasibazio-geruza bat osatzeko.SEI filma isolatzaile elektronikoa da, baina litio ioien eroale bikaina da, elektrodoa babesten ez ezik, bateriaren funtzioa ere eragiten ez duena.SEI filmaren zahartzeak eragin handia du bateriaren osasunean.

Beraz, bateria-paketeen ez-uniformitatea (edo diskretasuna) bateriaren funtzionamenduaren agerpen saihestezina da.

Zergatik behar da oreka

Bateriak desberdinak dira, beraz, zergatik ez saiatu berdin egiten?Inkoherentziak bateria-paketearen errendimenduan eragina izango duelako.

Serieko bateria-paketeak kanoi laburren efektuari jarraitzen dio: serieko bateria-paketearen sisteman, bateria-sistema osoaren edukiera unitate txikienaren arabera zehazten da.

Demagun hiru bateriaz osatutako bateria bat dugula:

Badakigu gehiegi kargatzeak eta gehiegi deskargatzeak bateriak larri kalte ditzakeela.Hori dela eta, B bateria guztiz kargatzen denean kargatzean edo B bateriaren SoC oso baxua dagoenean deskargatzean, beharrezkoa da kargatzeari eta deskargatzeari utzi B bateria babesteko. Ondorioz, A eta C baterien potentzia ezin da guztiz egon. erabilia.

Honek ekartzen du:

Bateria paketearen benetako erabilgarritasuna gutxitu egin da: A eta C bateriak, erabilgarri dagoen ahalmena erabili ahal izan zutenak, ezin dute orain B bateria sartzeko. Hiru hanketan loturiko bi pertsona bezala da pauso handiak eman ezin dituen pertsona altuagoa.

Bateriaren iraupena murriztea: pausoen luzera txikiagoak urrats gehiago behar ditu eta hankak nekatuagoak egiten ditu.Ahalmen murriztuarekin, karga- eta deskarga-ziklo-kopurua handitzen da, eta ondorioz bateria hondatzea handiagoa da.Esate baterako, zelula bakar batek 4000 ziklo lor ditzake % 100 DoD-n, baina benetako erabileran ezin da % 100era iritsi eta, zalantzarik gabe, ziklo kopurua ez da 4000ra iritsiko.

*DoD, Deskarga-sakonera, bateriaren deskarga-ahalmenaren ehunekoa adierazten du bateriaren ahalmen nominalarekiko.

Baterien inkoherentziak bateria-paketearen errendimendua gutxitzea dakar.Bateriaren moduluaren tamaina handia denean, bateria-kate ugari konektatzen dira seriean, eta tentsio-diferentzia handi batek kutxa osoaren ahalmena murriztuko du.Zenbat eta bateria gehiago konektatu seriean, orduan eta gaitasun gehiago galtzen dute.Hala ere, gure aplikazioetan, batez ere energia biltegiratzeko sistemen aplikazioetan, bi baldintza garrantzitsu daude:

Lehenengoa iraupen luzeko bateria da, funtzionamendu- eta mantentze-kostuak asko murrizten dituena.Energia biltegiratzeko sistemak baldintza handiak ditu bateriaren iraupenerako.Etxeko gehienak 15 urterako diseinatuta daude.Urtean 300 ziklo suposatzen baditugu, 15 urte 4500 ziklo dira, eta hori oraindik oso altua da.Bateria bakoitzaren iraupena maximizatu behar dugu, bateria-pakete osoaren bizitza osoa diseinuaren iraupenera ahalik eta gehien irits dadin eta bateriaren sakabanaketa bateriaren bizitzan duen eragina murrizteko.

Bigarren ziklo sakonak, batez ere bizarra gailurraren aplikazio eszenatokian, elektrizitate kWh bat gehiago askatzeak diru-sarrera puntu bat gehiago ekarriko du.Hau da, %80 DoD edo %90 DoD egingo dugu.Energia biltegiratzeko sisteman ziklo sakona erabiltzen denean, isats-deskargan bateriaren sakabanaketa agertuko da.Hori dela eta, zelula bakoitzaren ahalmenaren erabateko askapena bermatzeko, karga sakonaren eta deskarga sakonaren baldintzapean, beharrezkoa da energia biltegiratze BMS-ak berdinketa kudeatzeko gaitasun sendoak izatea eta bateria-zelulen artean koherentzia agertzea ezabatzea. .

Bi eskakizun hauek bateriaren inkoherentziaren aurkakoak dira.Bateriaren aplikazio eraginkorragoak lortzeko, orekatze-teknologia eraginkorragoa izan behar dugu bateriaren inkoherentziaren eragina murrizteko.

oreka teknologia

Baterien berdinketa teknologia ahalmen desberdinak dituzten bateriak berdin egiteko modu bat da.Bi berdintze-metodo arrunt daude: energia xahupenaren noranzko bakarreko berdinketa (berdintza pasiboa) eta energia transferitzeko noranzko biko berdinketa (berdinizazio aktiboa).

(1) Balantze pasiboa

Berdinketa pasiboaren printzipioa bateria-kate bakoitzean deskarga-erresistentzia kommutagarri bat paraleloan jartzea da.BMS-k deskarga-erresistentzia kontrolatzen du tentsio handiagoko zelulak deskargatzeko, energia elektrikoa bero gisa xahutuz.Adibidez, B bateria ia guztiz kargatuta dagoenean, etengailua irekitzen da, B bateriaren erresistentziari gehiegizko energia elektrikoa bero gisa xahu dezan.Ondoren, kargatzen jarraitzen du A eta C bateriak ere guztiz kargatu arte.

Metodo honek tentsio handiko zelulak soilik deskarga ditzake, eta ezin ditu gaitasun baxuko zelulak kargatu.Deskarga-erresistentziaren potentzia-mugaren ondorioz, berdinketa-korrontea txikia da orokorrean (1A baino txikiagoa).

Berdinketa pasiboaren abantailak kostu baxua eta zirkuitu diseinu sinplea dira;desabantailak dira berdintzeko geratzen den bateriaren ahalmen baxuenean oinarritzen dela, ezin duela handitu geratzen den gaitasun txikia duten baterien ahalmena, eta berdindutako potentziaren % 100 bero moduan xahutzen dela.

(2) Balantze aktiboa

Algoritmoen bidez, bateria-kate anitzek tentsio handiko zelulen energia tentsio baxuko zeluletara transferitzen dute energia biltegiratzeko osagaiak erabiliz, tentsio handiagoko bateriak deskargatuz eta askatutako energia erabiliz tentsio baxuko zelulak kargatzeko.Energia, batez ere, xahutu beharrean transferitzen da.

Modu honetan, kargatzean, B bateria, lehen %100eko tentsiora iristen dena, A eta C-ra deskargatzen da, eta hiru bateriak elkarrekin guztiz kargatzen dira.Deskargan, B bateriaren gainerako karga baxuegia denean, A eta C-k B "kargatzen" dira, B zelula ez dadin deskarga hain azkar geldiarazteko SOC atalasea iristen.

Orekatze aktiboaren teknologiaren ezaugarri nagusiak

(1) Orekatu tentsio altua eta baxua bateria-paketearen eraginkortasuna hobetzeko: kargatzen eta deskargatzen eta atsedenaldian, tentsio handiko bateriak deskargatu daitezke eta tentsio baxuko bateriak kargatu daitezke;

(2) Galera baxuko energia transferentzia: energia batez ere transferitzen da, besterik gabe galdu beharrean, energiaren erabileraren eraginkortasuna hobetuz;

(3) Oreka-korronte handia: Orokorrean, oreka-korrontea 1 eta 10A artekoa da, eta oreka azkarragoa da;

Berdinketa aktiboa dagozkien zirkuituak eta energia biltegiratzeko gailuak konfiguratzea eskatzen du, eta horrek bolumen handia eta kostua handitzea dakar.Bi baldintza hauek batera zehazten dute berdinketa aktiboa ez dela erraza sustatu eta aplikatzea.

Gainera, berdinketa aktiboko karga eta deskarga prozesuak bateriaren ziklo-bizitza handitzen du inplizituki.Oreka lortzeko kargatu eta deskargatu behar duten zeluletan, lan-karga gehigarriak zelula arrunten zahartzea gainditzea eragin dezake, eta, ondorioz, beste zelulekiko errendimendu-aldea handiagoa izango da.

Aditu batzuen ustez, goiko bi esamoldeek oreka xahutzaileari eta oreka ez dissipatiboari bat etorri behar diote.Aktiboa ala pasiboa den oreka-prozesua abiarazten duen gertaeraren araberakoa izan behar da.Sistema pasiboa izan behar duen egoera batera iristen bada, pasiboa da.Gizakiak ezartzen badu, oreka-programa ezartzea orekatu behar ez denean oreka aktiboa deritzo.

Esaterako, deskarga amaieran dagoenean, tentsio baxueneko zelula deskarga-mozte-tentsiora iritsi da, beste zelulak oraindik potentzia duten bitartean.Une honetan, ahalik eta elektrizitate gehien deskargatzeko, sistemak energia handiko zelulen elektrizitatea energia baxuko zeluletara transferitzen du, deskarga-prozesuak potentzia guztia deskargatu arte jarraitzeko aukera emanez.Berdinketa prozesu pasiboa da.Sistemak iragartzen badu deskargaren amaieran desoreka egongo dela oraindik potentziaren %40 geratzen denean, berdintze prozesu aktibo bat hasiko du.

Berdinketa aktiboa metodo zentralizatuan eta deszentralizatuan banatzen da.Berdinketa zentralizatuko metodoak bateria-pakete osotik energia lortzen du, eta, ondoren, energia bihurtzeko gailu bat erabiltzen du bateriak energia gutxiagorekin energia osatzeko.Berdinketa deszentralizatuak ondoko baterien arteko energia biltegiratze-lotura dakar, induktore edo kondentsadore bat izan daitekeena, ondoko baterien artean energia isurtzeko aukera emanez.

Egungo oreka kontrolatzeko estrategian, badaude zelula-tentsioa kontrol-helburu-parametro gisa hartzen dutenak, eta badira SOC balantzearen kontrol-helburu-parametro gisa erabiltzea proposatzen dutenak ere.Zelula-tentsioa adibidetzat hartuta.

Lehenik eta behin, ezarri atalase-balio pare bat berdinketa hasteko eta amaitzeko: adibidez, pilen multzo batean, zelula bakar baten muturreko tentsioaren eta multzoaren batez besteko tentsioaren arteko aldea 50 mV-ra iristen denean, berdinketa hasten da, eta 5mV-ra iristen da, berdinketa amaitu egiten da.

BMSak zelula bakoitzaren tentsioa jasotzen du eskuratze-ziklo finko baten arabera, batez besteko balioa kalkulatzen du eta, ondoren, zelula-tentsio bakoitzaren eta batez besteko balioaren arteko aldea kalkulatzen du;

Gehienezko diferentzia 50mV-ra iristen bada, BMSak berdinketa-prozesua hasi behar du;

Jarraitu 2. urratsa berdinketa-prozesuan diferentzia-balioak guztiak 5mV baino txikiagoak izan arte, eta amaitu berdinketa.

Kontuan izan behar da BMS guztiek ez dutela urrats hau behar, eta ondorengo estrategiak alda daitezkeela oreka metodoaren arabera.

Balantze-teknologia bateria motarekin ere lotuta dago.Orokorrean, LFP oreka aktiborako egokiagoa dela uste da, eta bateria ternarioak oreka pasiborako egokiak diren bitartean.

BMS-en lehia biziaren etapa kostuak eta fidagarritasunak onartzen ditu gehienbat.Gaur egun, oreka aktiboaren egiaztapen esperimentala oraindik ez da lortu.Segurtasun funtzionalaren maila ASIL-C eta ASIL-D aldera mugitzea espero da, baina kostua nahiko altua da.Hori dela eta, egungo enpresa handiak zuhurra dira oreka aktiboaren ikerketarekin.Fabrika handi batzuek orekatze modulua bertan behera utzi nahi dute eta orekatze guztia kanpotik egin nahi dute, erregaien ibilgailuen mantentzearen antzera.Ibilgailuak distantzia jakin bat egiten duen bakoitzean, 4S dendara joango da kanpoko oreka egiteko.Horrek ibilgailuaren BMS osoaren kostua murriztuko du eta dagokion 4S dendari ere mesede egingo zaio.Irabazi-irabazi-egoera da alderdi guztientzat.Hori dela eta, pertsonalki, hau joera bihur daitekeela ulertzen dut!

3.3 Babesa: akatsen diagnostikoa eta alarma

BMS monitorizazioa sistema elektrikoaren hardwarearekin bat egiten du, eta hutsegite maila desberdinetan banatzen da (huts txikia, hutsegite larria, akats larria) bateriaren errendimendu-baldintzen arabera.Manipulazio-neurri desberdinak hartzen dira hutsegite maila desberdinetan: abisua, potentzia mugatzea edo goi-tentsioko zuzeneko mozketa.Hutsegiten artean, datuen eskuratze eta arrazionaltasun akatsak, akats elektrikoak (sentsoreak eta eragingailuak), komunikazio akatsak eta bateriaren egoeraren akatsak daude.

Adibide arrunta da bateria bat gainberotzen denean, BMS-k bateria gainberotzen ari dela zehazten du bildutako bateriaren tenperaturaren arabera, gero bateria horren zirkuitua kontrolatzen du deskonektatzeko, gainberotzearen babesa egiten du eta alerta bat bidaltzen du kudeaketa-sistemei, hala nola EMS.

3.4 Komunikazioa

BMSren funtzionamendu normala ezin da bere komunikazio funtziotik bereizi.Bateriaren kudeaketan bateria kontrolatzen ari den, bateriaren egoera kanpoko mundura transmititzen edo kontrol-argibideak jasotzen ari den, komunikazio egonkorra behar da.

Potentziako bateria sisteman, BMSaren mutur bat bateriarekin konektatzen da, eta beste muturra ibilgailu osoaren kontrol eta sistema elektronikoetara.Ingurune orokorrak CAN protokoloa erabiltzen du, baina bereizten da barne CAN erabiltzea bateria paketearen barne osagaien artean eta ibilgailuaren CAN erabiltzea bateria paketearen eta ibilgailu osoaren artean.

Aitzitik, energia biltegiratzeko BMS eta barne-komunikazioek CAN protokoloa erabiltzen dute funtsean, baina kanpoko komunikazioak (kanpokoak batez ere energia biltegiratze-zentralaren bidalketa sistema PCS) erabiltzen ditu askotan Internet protokolo formatuak TCP/IP protokoloa eta modbus protokoloa.

4) Energia biltegiratzeko BMS

Energia biltegiratzeko BMS fabrikatzaileek, oro har, energia bateriaren BMStik eboluzionatu zuten, beraz, diseinu eta termino askok jatorri historikoa dute

Adibidez, potentzia-bateria, oro har, BMU (Battery Monitor Unit) eta BCU (Battery Control Unit) banatzen da, lehenak datuak biltzen ditu eta bigarrenak kontrolatzen ditu.

Bateriaren zelula prozesu elektrokimikoa denez, bateria-zelula askok bateria bat osatzen dute.Bateriaren zelula bakoitzaren ezaugarriak direla eta, fabrikazio-prozesua zein zehatza izan arren, bateria-zelula bakoitzean akatsak eta inkoherentziak egongo dira denborarekin eta ingurunearen arabera.Hori dela eta, bateria kudeatzeko sistema bateriaren egungo egoera ebaluatzeko parametro mugatuen bidez da, hau da, txinatar medikuntza tradizionaleko mediku batek paziente bat diagnostikatzen duen sintomak behatuz, mendebaldeko medikuntzak analisi fisiko eta kimikoak eskatzen dituena baino.Giza gorputzaren analisi fisiko eta kimikoa bateriaren ezaugarri elektrokimikoen antzekoa da, eskala handiko tresna esperimentalekin neurtu daitezkeenak.Hala ere, sistema txertatuentzat zaila da elektrokimikaren adierazle batzuk ebaluatzea.Hori dela eta, BMS Txinako medikuntzako mediku zahar baten antzekoa da.

4.1 Energia biltegiratzeko BMSren hiru geruzako arkitektura

Energia biltegiratzeko sistemetan bateria-zelulen kopuru handia dela eta, kostuak aurrezteko, BMS orokorrean geruzatan ezartzen da, bizpahiru geruzarekin.Gaur egun, korronte nagusia hiru geruza da: kontrol nagusia/kontrol nagusia/kontrol esklaboa.

4.2 Energia biltegiratzeko BMSaren deskribapen zehatza

5) Egungo egoera eta etorkizuneko joera

Hainbat fabrikatzaile mota daude BMS ekoizten dituztenak:

Lehenengo kategoria, BMS potentzia-baterian potentziarik nagusiena duen azken erabiltzailea da - auto fabrikak.Izan ere, atzerrian BMS fabrikazio-indarrik indartsuena auto-fabrikak ere badira, hala nola General Motors, Tesla, etab. Etxean, BYD, Huating Power, etab daude.

Bigarren kategoria baterien fabrikak dira, zelula fabrikatzaileak eta paketeen fabrikatzaileak barne, hala nola, Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad, etab.;

BMS fabrikatzaileen hirugarren mota potentzia elektronikaren teknologian urte askotako esperientzia dutenak dira, eta unibertsitateko edo erlazionatutako enpresa jatorriko I+G taldeak dituzte, hala nola Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology eta Kegong Electronics.

Potentziako baterien BMS ez bezala, ibilgailu terminalen fabrikatzaileak nagusitzen direnak, badirudi energia biltegiratzeko baterien azken erabiltzaileek ez dutela beharrik edo ekintza zehatzik BMSen ikerketan eta garapenean eta fabrikazioan parte hartzeko.Gainera, nekez gastatuko dute diru eta energia asko eskala handiko bateriak kudeatzeko sistemak garatzeko.Hori dela eta, kontsidera daiteke energia biltegiratzeko baterien BMS industriak erabateko abantailak dituen jokalari garrantzitsu bat falta duela, garapenerako eta irudimenerako espazio handi bat utziz energia biltegiratzeko BMSan zentratzen diren bateria fabrikatzaile eta saltzaileentzat.Energia biltegiratzeko merkatua ezartzen bada, bateria-fabrikatzaileei eta BMS-eko fabrikatzaile profesionalei garapenerako tarte handia eta lehiakortasun gutxiagoko erresistentzia emango die.

Gaur egun, energia biltegiratzeko BMSaren garapenean ardaztutako BMS fabrikatzaile profesional gutxi daude, batez ere energia biltegiratzeko merkatua oraindik hastapenetan dagoelako eta oraindik ere zalantza asko daude merkatuan energia biltegiratzearen etorkizuneko garapenari buruz.Hori dela eta, fabrikatzaile gehienek ez dute energia biltegiratzearekin lotutako BMS garatu.Benetako negozio-ingurunean, ibilgailu elektrikoen bateria BMS erosten duten fabrikatzaileak ere badaude energia biltegiratzeko baterien BMS gisa erabiltzeko.Uste da etorkizunean ibilgailu elektrikoen BMS fabrikatzaile profesionalak energia biltegiratze proiektuetan erabiltzen diren BMS hornitzaileen zati garrantzitsu bihurtuko direla.

Fase honetan, energia biltegiratzeko sistemaren hornitzaile ezberdinek eskaintzen dituzten BMS estandar uniformeak falta dira.Fabrikatzaile ezberdinek BMSrako diseinu eta definizio desberdinak dituzte, eta bateragarriak diren bateria ezberdinen arabera, igotako SOX algoritmoa, berdinketa teknologia eta komunikazio-datuen edukia ere alda daitezke.BMSren aplikazio praktikoan, desberdintasun horiek aplikazio-kostuak handituko dituzte eta garapen industrialari kalte egingo diote.Hori dela eta, BMSren estandarizazioa eta modularizazioa ere garapen norabide garrantzitsua izango da etorkizunean.