Coñecemento e función do sistema de xestión da batería BMS, unha introdución

O nome completo de BMS é Battery Management System.É un dispositivo que controla o estado das baterías de almacenamento de enerxía.Úsase principalmente para a xestión intelixente e o mantemento das células individuais da batería, evitando a sobrecarga e a sobredescarga das baterías, prolongando a vida útil da batería e supervisando o estado da batería.Xeralmente, BMS represéntase como unha placa de circuíto ou unha caixa de hardware.

 

O BMS é un dos subsistemas fundamentais do sistema de almacenamento de enerxía da batería, responsable de supervisar o estado de funcionamento de cada batería na unidade de almacenamento de enerxía da batería e de garantir o funcionamento seguro e fiable da unidade de almacenamento de enerxía.O BMS pode supervisar e recoller os parámetros de estado da batería de almacenamento de enerxía en tempo real (incluíndo, entre outros, a tensión dunha soa célula, a temperatura do polo da batería, a corrente do bucle da batería, a tensión do terminal do paquete de batería, a resistencia de illamento do sistema de batería, etc.) e realizar a análise e o cálculo necesarios sobre os parámetros de estado relevantes para obter máis parámetros de avaliación do estado do sistema.Tamén pode conseguir un control eficaz da propia batería de almacenamento de enerxía segundo estratexias específicas de control de protección para garantir o funcionamento seguro e fiable de toda a unidade de almacenamento de enerxía da batería.Ao mesmo tempo, o BMS pode interactuar con outros dispositivos externos (PCS, EMS, sistema de protección contra incendios, etc.) a través da súa propia interface de comunicación e interface de entrada analóxica/dixital para formar un control de conexión de varios subsistemas en toda a potencia de almacenamento de enerxía. central, garantindo un funcionamento seguro, fiable e eficiente conectado á rede da central eléctrica.

2) Arquitectura

Desde a perspectiva da arquitectura de topoloxía, BMS divídese en dúas categorías: centralizada e distribuída segundo os diferentes requisitos do proxecto.

 

BMS centralizado

En pocas palabras, o BMS centralizado usa un único hardware BMS para recoller todas as celas, o que é axeitado para escenarios con poucas celas.

O BMS centralizado ten as vantaxes de ser baixo custo, estrutura compacta e alta fiabilidade, e úsase habitualmente en escenarios con baixa capacidade, baixa presión total e pequeno volume do sistema de batería, como ferramentas eléctricas, robots (robots de manipulación, robots de asistencia), Fogares intelixentes IOT (robots de barrido, aspiradores eléctricos), empilhadeiras eléctricas, vehículos eléctricos de baixa velocidade (bicicletas eléctricas, motocicletas eléctricas, turismos eléctricos, coches patrulla eléctricos, carros de golf eléctricos, etc.) e vehículos híbridos lixeiros.

O hardware BMS centralizado pódese dividir en áreas de alta tensión e baixa tensión.A área de alta tensión encárgase de recoller a tensión dunha soa célula, a tensión total do sistema e controlar a resistencia de illamento.A área de baixa tensión inclúe circuítos de fonte de alimentación, circuítos de CPU, circuítos de comunicación CAN, circuítos de control, etc.

A medida que o sistema de baterías eléctricas dos vehículos de pasaxeiros segue desenvolvéndose cara a unha alta capacidade, unha alta presión total e un gran volume, as arquitecturas BMS distribuídas utilízanse principalmente nos modelos de vehículos híbridos enchufables e eléctricos puros.

BMS distribuído

Na actualidade, existen varios termos para BMS distribuídos na industria e diferentes empresas teñen nomes diferentes.O BMS da batería de enerxía ten principalmente unha arquitectura de dous niveis mestre-escravo:

 

O BMS de almacenamento de enerxía adoita ser unha arquitectura de tres niveis debido ao gran tamaño da batería, cunha capa de control mestre por riba das capas de control principal e escravo.

Do mesmo xeito que as baterías forman grupos de baterías, que á súa vez forman pilas, o BMS de tres niveis tamén segue a mesma regra ascendente:

Desde o control: unidade de xestión de baterías (BMU), que recolle información de baterías individuais.

Monitoriza a tensión e a temperatura da pila da batería

Ecualización da batería no paquete

Carga de información

xestión térmica

Alarma anormal

Control principal: Unidade de xestión do clúster de baterías: BCU (unidade de clúster de baterías, tamén coñecida como unidade de xestión de alta tensión HVU, BCMU, etc.), responsable de recoller información sobre BMU e recoller información do clúster de baterías.

Adquisición de corrente do grupo de baterías, adquisición de tensión total, detección de fugas

Protección de apagado cando o estado da batería é anormal

Baixo a xestión de BMS, a calibración da capacidade e a calibración SOC pódense completar por separado como base para a posterior xestión de carga e descarga.

A unidade de xestión da matriz de baterías (BAU) é responsable da xestión centralizada das baterías de toda a pila de baterías de almacenamento de enerxía.Conéctase a varias unidades de xestión do clúster de baterías e intercambia información con outros dispositivos para proporcionar comentarios sobre o estado de funcionamento da matriz de baterías.

Xestión de carga e descarga da matriz de baterías

Autocomprobación do sistema BMS e alarma de diagnóstico de avarías

Alarma de diagnóstico de fallo de batería

Protección de seguridade para varias anomalías e fallos na matriz de baterías

Comuníquese con outros dispositivos como PCS e EMS

Almacenamento, transmisión e tratamento de datos

Capa de xestión de baterías: encárgase de recoller información variada (tensión, temperatura) das baterías individuais, calcular e analizar SOC e SOH das baterías, conseguir a ecualización activa das baterías individuais e cargar información anormal de baterías individuais na capa de unidade do paquete de baterías BCMU.A través da comunicación externa CAN, está interconectado a través dunha cadea de margarita.

Capa de xestión da batería: responsable de recoller información variada das baterías individuais cargadas pola BMU, recoller información diversa sobre a batería (tensión do paquete, temperatura do paquete), as correntes de carga e descarga do paquete de baterías, calcular e analizar o SOC e SOH do paquete de baterías. , e cargando toda a información na capa de unidades de clúster de batería BAMS.A través da comunicación externa CAN, está interconectado a través dunha cadea de margarita.

Capa de xestión do clúster de baterías: responsable de recoller información sobre a batería cargada por BCMU e cargar toda a información ao sistema EMS de seguimento de almacenamento de enerxía a través da interface RJ45;comunicándose con PCS para enviar información anormal relevante da batería a PCS (interface CAN ou RS485) e equipado con nodos secos de hardware para comunicarse con PCS.Ademais, realiza a avaliación do sistema de batería BSE (Estimación do estado da batería), a detección do estado do sistema eléctrico, a xestión de contactores, a xestión térmica, a xestión de operacións, a xestión de carga, a xestión de diagnósticos e a xestión da rede de comunicación interna e externa.Comunícase cos subordinados a través de CAN.

3) Que fai BMS?

As funcións do BMS son numerosas, pero o núcleo e o que máis nos preocupa son tres aspectos:

Unha delas é a detección (xestión do estado), que é a función básica do BMS.Mide a tensión, a resistencia, a temperatura e, finalmente, detecta o estado da batería.Queremos saber cal é o estado da batería, canta enerxía e capacidade ten, que saudable é, canta enerxía produce e que segura é.Isto é sentir.

O segundo é a xestión (xestion de saldos).Algunhas persoas din que BMS é a babá da batería.Entón esta babá debería xestionalo.Que xestionar?É para facer a batería o mellor posible.O máis básico é a xestión do equilibrio e a xestión térmica.

O terceiro é a protección (xestión da seguridade).A babá tamén ten un traballo que facer.Se a batería ten algún estado, debe protexerse e activar unha alarma.

Por suposto, tamén hai un compoñente de xestión de comunicación que transfire datos dentro ou fóra do sistema a través de determinados protocolos.

BMS ten moitas outras funcións, como control de operación, vixilancia de illamento, xestión térmica, etc., que non se comentan aquí.

 

3.1 Percepción – Medición e Estimación

A función básica do BMS é medir e estimar os parámetros da batería, incluíndo parámetros básicos como a tensión, a corrente, a temperatura e o estado, así como os cálculos de datos de estado da batería como SOC e SOH.O campo das baterías de enerxía tamén implica cálculos de SOP (estado da enerxía) e SOE (estado da enerxía), que non se discuten aquí.Centrarémonos nos dous primeiros datos máis utilizados.

Medición celular

1) Medición de información básica: a función máis básica do sistema de xestión da batería é medir a tensión, a corrente e a temperatura das células individuais da batería, que é a base para todos os cálculos de nivel superior e a lóxica de control no sistema de xestión da batería.

2) Probas de resistencia de illamento: a proba de illamento é necesaria para todo o sistema de batería e o sistema de alta tensión dentro do sistema de xestión da batería.

3) Detección de bloqueo de alta tensión (HVIL): úsase para confirmar a integridade de todo o sistema de alta tensión e iniciar medidas de seguridade cando se ve comprometida a integridade do bucle do sistema de alta tensión.

Cálculo de SOC

SOC refírese ao estado de carga, que é a capacidade restante da batería.En pocas palabras, é a cantidade de enerxía que queda na batería.

O SOC é o parámetro máis importante en BMS, xa que todo o demais baséase nel.Polo tanto, a súa precisión e robustez (tamén coñecida como capacidade de corrección de erros) son extremadamente importantes.Sen un SOC preciso, ningunha función de protección pode facer que o BMS funcione correctamente, xa que a batería adoita estar protexida, polo que é imposible prolongar a vida útil da batería.

Na actualidade, os principais métodos de estimación de SOC inclúen o método de tensión en circuíto aberto, o método de integración de corrente, o método de filtro de Kalman e o método de rede neuronal.Os dous primeiros métodos úsanse habitualmente.Estes dous últimos métodos implican coñecementos avanzados como os modelos de integración e a intelixencia artificial, que non se detallan aquí.

Nas aplicacións prácticas, adoitan utilizarse varios algoritmos en combinación, adoptando diferentes algoritmos dependendo do estado de carga e descarga da batería.

Método de tensión de circuíto aberto

O principio do método de tensión de circuíto aberto é utilizar a relación funcional relativamente fixa entre a tensión de circuíto aberto e SOC baixo a condición de colocación estática a longo prazo da batería e, polo tanto, estimar o SOC en función da tensión de circuíto aberto.A bicicleta eléctrica con batería de chumbo-ácido usada anteriormente usa este método para estimar o SOC.O método de tensión en circuíto aberto é sinxelo e cómodo, pero tamén hai moitas desvantaxes:

1. A batería debe deixarse ​​en pé durante moito tempo, se non, a tensión do circuíto aberto será difícil de estabilizar nun curto período de tempo;

2. Hai unha meseta de tensión nas baterías, especialmente nas baterías de fosfato de ferro de litio, onde a tensión terminal e a curva SOC son aproximadamente lineais durante o rango SOC30%-80%;

3. A batería está a diferentes temperaturas ou diferentes etapas de vida e, aínda que a tensión do circuíto aberto é a mesma, a diferenza real de SOC pode ser grande;

Como se mostra na seguinte figura, cando usamos esta bicicleta eléctrica, se o SOC actual se mostra como 100%, a tensión cae ao acelerar e a potencia pode mostrarse como 80%.Cando deixamos de acelerar, a tensión aumenta e a potencia volve ao 100%.Polo tanto, a visualización da potencia do noso scooter eléctrico non é precisa.Cando paramos, ten enerxía, pero cando comezamos, queda sen enerxía.Isto pode non ser un problema coa batería, pero pode deberse a que o algoritmo SoC do BMS é demasiado sinxelo.

Método integral An-Shi

O método de integración Anshicontinuous calcula directamente o valor SOC en tempo real mediante a definición de SOC.

Tendo en conta o valor inicial de SOC, sempre que se poida medir a corrente da batería (onde a corrente de descarga é positiva), o cambio na capacidade da batería pódese calcular con precisión mediante a integración de corrente, resultando o SOC restante.

Este método ten resultados de estimación relativamente fiables nun curto período de tempo, pero debido a erros de medición do sensor de corrente e á degradación gradual da capacidade da batería, a integración actual a longo prazo introducirá certas desviacións.Polo tanto, úsase xeralmente xunto co método de tensión en circuíto aberto para estimar o valor inicial para a estimación de SOC con requisitos de baixa precisión, e tamén se pode usar xunto co método de filtrado de Kalman para a predición de SOC a curto prazo.

SOC (State Of Charge) pertence ao algoritmo de control central de BMS, que representa o estado actual da capacidade restante.Conséguese principalmente mediante o método de integración de amperios-hora e o algoritmo EKF (Filtro Kalman estendido), combinado con estratexias de corrección (como a corrección da tensión en circuíto aberto, a corrección de carga completa, a corrección do final de carga, a corrección da capacidade a diferentes temperaturas e SOH). etc.).O método de integración amperio-hora é relativamente fiable baixo a condición de garantir a precisión da adquisición actual, pero non é robusto.Debido á acumulación de erros, débese combinar con estratexias de corrección.O método EKF é robusto pero o algoritmo é relativamente complexo e difícil de implementar.Os principais fabricantes nacionais poden acadar unha precisión inferior ao 6% a temperatura ambiente, pero é difícil estimar a temperaturas altas e baixas e a atenuación da batería.

Corrección SOC

Debido ás flutuacións actuais, o SOC estimado pode ser inexacto e hai que incorporar varias estratexias de corrección ao proceso de estimación.

 

Cálculo de SOH

SOH refírese ao estado de saúde, que indica o estado de saúde actual da batería (ou o grao de degradación da batería).Normalmente represéntase como un valor entre 0 e 100 %, con valores inferiores ao 80 % xeralmente considerados para indicar que a batería xa non se pode utilizar.Pódese representar por cambios na capacidade da batería ou na resistencia interna.Cando se utiliza a capacidade, a capacidade real da batería actual estímase en función dos datos do proceso operativo da batería, e a relación entre esta e a capacidade nominal é o SOH.Un SOH preciso mellorará a precisión da estimación doutros módulos cando a batería estea deteriorada.

Existen dúas definicións diferentes de SOH na industria:

Definición de SOH baseada na capacidade de desvanecemento

Durante o uso de baterías de ión-litio, o material activo dentro da batería diminúe gradualmente, a resistencia interna aumenta e a capacidade decae.Polo tanto, o SOH pódese estimar pola capacidade da batería.O estado de saúde da batería exprésase como a relación entre a capacidade actual e a capacidade inicial e o seu SOH defínese como:

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

Onde: C_fade é a capacidade perdida da batería;C_standard é a capacidade nominal.

O estándar IEEE 1188-1996 estipula que cando a capacidade da batería baixa ao 80%, a batería debe ser substituída.Polo tanto, adoitamos considerar que a batería SOH non está dispoñible cando está por debaixo do 80%.

Definición SOH baseada na atenuación de potencia (Power Fade)

O envellecemento de case todos os tipos de baterías levará a un aumento da resistencia interna da batería.Canto maior sexa a resistencia interna da batería, menor será a potencia dispoñible.Polo tanto, o SOH pódese estimar usando a atenuación de potencia.

3.2 Xestión – Tecnoloxía equilibrada

Cada batería ten a súa propia "personalidade"

Para falar de equilibrio hai que comezar polas pilas.Incluso as baterías producidas no mesmo lote polo mesmo fabricante teñen os seus propios ciclos de vida e "personalidades": a capacidade de cada batería non pode ser exactamente a mesma.Hai dúas razóns para esta incoherencia:

Unha delas é a inconsistencia da produción celular

Unha delas é a inconsistencia das reaccións electroquímicas.

incoherencia de produción

As incoherencias de produción son fáciles de entender.Por exemplo, durante o proceso de produción, as incoherencias do diafragma e as incoherencias do material do cátodo e do ánodo poden producir inconsistencias na capacidade global da batería.Unha batería estándar de 50 AH pode converterse en 49 AH ou 51 AH.

inconsistencia electroquímica

A inconsistencia da electroquímica é que no proceso de carga e descarga da batería, aínda que a produción e o procesamento das dúas celas sexan idénticos, o ambiente térmico nunca pode ser consistente no proceso de reacción electroquímica.Por exemplo, ao facer módulos de batería, a temperatura do anel circundante debe ser inferior á do medio.Isto resulta nunha inconsistencia a longo prazo entre as cantidades de carga e descarga, o que á súa vez leva a unha capacidade inconsistente das células da batería;Cando as correntes de carga e descarga da película SEI na cela da batería son inconsistentes durante moito tempo, o envellecemento da película SEI tamén será inconsistente.

* Película SEI: “interface de electrolito sólido” (interface de electrolito sólido).Durante o primeiro proceso de descarga de carga da batería de iones de litio líquido, o material do eléctrodo reacciona co electrólito na interface de fase sólido-líquido para formar unha capa de pasivación que cobre a superficie do material do electrodo.A película SEI é un illante electrónico pero un excelente condutor de ións de litio, que non só protexe o electrodo senón que tampouco afecta a función da batería.O envellecemento da película SEI ten un impacto significativo na saúde da batería.

Polo tanto, a falta de uniformidade (ou a discreción) das baterías é unha manifestación inevitable do funcionamento da batería.

Por que é necesario o equilibrio

As baterías son diferentes, entón por que non tentar facelos iguais?Porque a inconsistencia afectará o rendemento da batería.

A batería en serie segue o efecto de barril curto: no sistema de batería en serie, a capacidade de todo o sistema de batería está determinada pola unidade máis pequena.

Supoñamos que temos unha batería formada por tres baterías:

Sabemos que a sobrecarga e a sobredescarga poden danar seriamente as baterías.Polo tanto, cando a batería B está completamente cargada durante a carga ou cando o SoC da batería B está moi baixo durante a descarga, é necesario parar a carga e a descarga para protexer a batería B. Como resultado, a potencia das baterías A e C non pode estar completamente cargada. empregado.

Isto leva a:

A capacidade útil real do paquete de batería diminuíu: a batería A e C, que poderían ter usado a capacidade dispoñible, agora non poden facelo para acomodar a batería B. É como dúas persoas con tres patas atadas, co persoa máis alta incapaz de dar grandes pasos.

Duración reducida da batería: unha lonxitude de paso menor require máis pasos e fai que as pernas se cansen máis.Cunha capacidade reducida, o número de ciclos de carga e descarga aumenta, o que resulta nunha maior degradación da batería.Por exemplo, unha única célula pode acadar 4000 ciclos ao 100% DoD, pero no uso real non pode alcanzar o 100% e o número de ciclos certamente non chegará aos 4000.

*DoD, Profundidade de descarga, representa a porcentaxe da capacidade de descarga da batería respecto da capacidade nominal da batería.

A inconsistencia das baterías leva a unha diminución do rendemento da batería.Cando o tamaño do módulo de batería é grande, conéctanse varias cadeas de baterías en serie e unha gran diferenza de voltaxe fará que a capacidade de toda a caixa diminúa.Cantas máis baterías conectadas en serie, máis capacidade perden.Non obstante, nas nosas aplicacións, especialmente nas aplicacións de sistemas de almacenamento de enerxía, hai dous requisitos importantes:

O primeiro é a batería de longa duración, que pode reducir moito os custos de operación e mantemento.O sistema de almacenamento de enerxía ten altos requisitos para a vida útil da batería.A maioría dos domésticos están deseñados para 15 anos.Se asumimos 300 ciclos ao ano, 15 anos son 4500 ciclos, o que aínda é moi alto.Necesitamos maximizar a vida útil de cada batería para que a vida total de toda a batería poida alcanzar a vida útil do deseño o máximo posible e reducir o impacto da dispersión da batería na vida útil da batería.

O segundo ciclo profundo, especialmente no escenario de aplicación do afeitado máximo, liberar un kWh máis de electricidade traerá un punto máis de ingresos.É dicir, faremos un 80% DoD ou un 90% DoD.Cando se utiliza o ciclo profundo no sistema de almacenamento de enerxía, manifestarase a dispersión da batería durante a descarga da cola.Polo tanto, para garantir a liberación total da capacidade de cada cela baixo a condición de carga profunda e descarga profunda, é necesario esixir que o BMS de almacenamento de enerxía teña fortes capacidades de xestión de ecualización e suprima a aparición de coherencia entre as células da batería. .

Estes dous requisitos son exactamente contrarios á inconsistencia da batería.Para conseguir aplicacións de batería máis eficientes, debemos ter unha tecnoloxía de equilibrio máis eficaz para reducir o impacto da inconsistencia da batería.

tecnoloxía de equilibrio

A tecnoloxía de ecualización da batería é unha forma de facer que as baterías con diferentes capacidades sexan iguais.Existen dous métodos de ecualización comúns: a ecualización unidireccional de disipación de enerxía (igualización pasiva) e a ecualización bidireccional de transferencia de enerxía (igualización activa).

(1) Saldo pasivo

O principio de ecualización pasiva consiste en colocar en paralelo unha resistencia de descarga conmutable en cada cadea de baterías.O BMS controla a resistencia de descarga para descargar as células de maior tensión, disipando a enerxía eléctrica en forma de calor.Por exemplo, cando a batería B está case completamente cargada, o interruptor ábrese para permitir que a resistencia da batería B disipe o exceso de enerxía eléctrica en forma de calor.A continuación, a carga continúa ata que as baterías A e C tamén estean completamente cargadas.

Este método só pode descargar células de alta tensión e non pode recargar células de baixa capacidade.Debido á limitación de potencia da resistencia de descarga, a corrente de ecualización é xeralmente pequena (menos de 1 A).

As vantaxes da ecualización pasiva son o baixo custo e o deseño de circuítos sinxelos;as desvantaxes son que se basea na menor capacidade restante da batería para a ecualización, que non pode aumentar a capacidade das baterías con pouca capacidade restante, e que o 100% da potencia igualada se desperdicia en forma de calor.

(2) Saldo activo

A través de algoritmos, varias cadeas de baterías transfiren a enerxía das células de alta tensión ás de baixa tensión utilizando compoñentes de almacenamento de enerxía, descargando as baterías de maior tensión e utilizando a enerxía liberada para cargar as células de menor voltaxe.A enerxía transfírese principalmente en lugar de disiparse.

Deste xeito, durante a carga, a batería B, que chega primeiro ao 100% de tensión, descárgase a A e C, e as tres baterías están totalmente cargadas xuntas.Durante a descarga, cando a carga restante da batería B é demasiado baixa, A e C "cargan" B, polo que a cela B non alcanza o limiar SOC para deter a descarga tan rápido.

Principais características da tecnoloxía de equilibrio activo

(1) Equilibra a alta e baixa tensión para mellorar a eficiencia da batería: durante a carga e descarga e en repouso, as baterías de alta tensión pódense descargar e as de baixa tensión poden cargarse;

(2) Transferencia de enerxía de baixa perda: a enerxía transfírese principalmente en lugar de simplemente perderse, mellorando a eficiencia da utilización da enerxía;

(3) Gran corrente de equilibrio: xeralmente, a corrente de equilibrio está entre 1 e 10A, e o equilibrio é máis rápido;

A ecualización activa require a configuración dos correspondentes circuítos e dispositivos de almacenamento de enerxía, o que leva a un gran volume e un aumento do custo.Estas dúas condicións en conxunto determinan que a equiparación activa non sexa fácil de promover e aplicar.

Ademais, o proceso de carga e descarga de ecualización activa aumenta implicitamente o ciclo de vida da batería.Para as celas que requiren carga e descarga para lograr o equilibrio, a carga de traballo adicional pode facer que superen o envellecemento das células comúns, o que provoca unha maior diferenza de rendemento con outras células.

Algúns expertos cren que as dúas expresións anteriores deberían corresponder ao equilibrio disipativo e ao equilibrio non disipativo.Se é activo ou pasivo debe depender do evento que desencadea o proceso de equilibrio.Se o sistema chega a un estado no que ten que ser pasivo, é pasivo.Se o establecen os humanos, establecer o programa de equilibrio cando non é necesario estar equilibrado denomínase equilibrio activo.

Por exemplo, cando a descarga está ao final, a cela de menor voltaxe alcanzou a tensión de corte de descarga, mentres que outras células aínda teñen enerxía.Neste momento, para descargar a maior cantidade de electricidade posible, o sistema transfire a electricidade das celas de alta enerxía ás células de baixa enerxía, permitindo que o proceso de descarga continúe ata que se descargue toda a enerxía.Este é un proceso de igualación pasivo.Se o sistema prevé que haberá un desequilibrio ao final da descarga cando aínda queda un 40% de potencia, iniciará un proceso de ecualización activo.

A ecualización activa divídese en métodos centralizados e descentralizados.O método de ecualización centralizada obtén enerxía de todo o paquete de baterías e, a continuación, utiliza un dispositivo de conversión de enerxía para complementar a enerxía ás baterías con menos enerxía.A ecualización descentralizada implica un enlace de almacenamento de enerxía entre baterías adxacentes, que pode ser un indutor ou un capacitor, o que permite que a enerxía fluya entre as baterías adxacentes.

Na estratexia de control de equilibrio actual, hai quen toma a tensión da célula como parámetro obxectivo de control, e tamén hai quen propoñen usar SOC como parámetro obxectivo de control de equilibrio.Tomando como exemplo a tensión da cela.

En primeiro lugar, establece un par de valores de limiar para iniciar e finalizar a ecualización: por exemplo, nun conxunto de baterías, cando a diferenza entre a tensión extrema dunha soa célula e a tensión media do conxunto alcanza os 50 mV, iníciase a ecualización e cando chega a 5mV, remata a ecualización.

O BMS recolle a tensión de cada cela segundo un ciclo de adquisición fixo, calcula o valor medio e despois calcula a diferenza entre a tensión de cada cela e o valor medio;

Se a diferenza máxima alcanza os 50 mV, o BMS debe iniciar o proceso de ecualización;

Continúa co paso 2 durante o proceso de ecualización ata que os valores de diferenza sexan todos inferiores a 5 mV e, a continuación, finalice a ecualización.

Hai que ter en conta que non todos os BMS requiren este paso, e as estratexias posteriores poden variar dependendo do método de equilibrio.

A tecnoloxía de balance tamén está relacionada co tipo de batería.En xeral, crese que a LFP é máis adecuada para o equilibrio activo, mentres que as baterías ternarias son adecuadas para o equilibrio pasivo.

A etapa de intensa competencia en BMS está apoiada principalmente polo custo e a fiabilidade.Actualmente, aínda non se conseguiu a verificación experimental do equilibrio activo.Espérase que o nivel de seguridade funcional avance cara a ASIL-C e ASIL-D, pero o custo é bastante elevado.Polo tanto, as grandes empresas actuais son cautelosas coa investigación de equilibrio activo.Algunhas grandes fábricas incluso queren cancelar o módulo de equilibrado e que todo o equilibrado se realice externamente, de xeito similar ao mantemento dos vehículos de combustible.Cada vez que o vehículo percorre unha determinada distancia, irá á tenda 4S para o equilibrio externo.Isto reducirá o custo de todo o BMS do vehículo e beneficiará tamén á tenda 4S correspondente.É unha situación gañando todos os partidos.Polo tanto, persoalmente, entendo que isto pode converterse nunha tendencia!

3.3 Protección: diagnóstico de avarías e alarma

A vixilancia do BMS coincide co hardware do sistema eléctrico e divídese en diferentes niveis de fallo (fallo leve, fallo grave, fallo fatal) segundo as diferentes condicións de rendemento da batería.Tómanse diferentes medidas de manexo en diferentes niveis de fallo: aviso, limitación de potencia ou corte directo de alta tensión.Os fallos inclúen fallos de adquisición de datos e de racionalidade, fallos eléctricos (sensores e actuadores), fallos de comunicación e fallos de estado da batería.

Un exemplo común é que cando unha batería se sobrequenta, o BMS determina que a batería se está a sobreenriquecer en función da temperatura recollida da batería, despois controla o circuíto desta batería para desconectarse, realiza a protección contra o sobrequecemento e envía unha alerta aos sistemas de xestión como o EMS.

3.4 Comunicación

O funcionamento normal do BMS non se pode separar da súa función de comunicación.Se se trata de controlar a batería durante a xestión da batería, transmitir o estado da batería ao mundo exterior ou recibir instrucións de control, é necesaria unha comunicación estable.

No sistema de batería de enerxía, un extremo do BMS está conectado á batería e o outro extremo está conectado aos sistemas de control e electrónicos de todo o vehículo.O ambiente xeral usa o protocolo CAN, pero hai unha distinción entre o uso de CAN interno entre os compoñentes internos do paquete de batería e o uso do CAN do vehículo entre a batería e todo o vehículo.

Pola contra, o BMS de almacenamento de enerxía e a comunicación interna usan basicamente o protocolo CAN, pero a súa comunicación externa (externa refírese principalmente ao sistema de despacho da estación de enerxía de almacenamento de enerxía PCS) adoita utilizar formatos de protocolo de Internet protocolo TCP/IP e protocolo modbus.

4) BMS de almacenamento de enerxía

Os fabricantes de BMS de almacenamento de enerxía xeralmente evolucionaron a partir de BMS de baterías de enerxía, polo que moitos deseños e termos teñen orixes históricas

Por exemplo, a batería de enerxía xeralmente divídese en BMU (Battery Monitor Unit) e BCU (Battery Control Unit), coa primeira recollendo datos e a segunda controlándoa.

Dado que a célula da batería é un proceso electroquímico, varias células forman unha batería.Debido ás características de cada célula de batería, por moi preciso que sexa o proceso de fabricación, haberá erros e inconsistencias en cada célula de batería ao longo do tempo e dependendo da contorna.Polo tanto, o sistema de xestión da batería é avaliar o estado actual da batería a través de parámetros limitados, o que é un pouco como un médico de medicina tradicional chinesa que diagnostica a un paciente observando os síntomas en lugar da medicina occidental que require análise física e química.A análise física e química do corpo humano é similar ás características electroquímicas da batería, que se poden medir mediante instrumentos experimentais a gran escala.Non obstante, é difícil que os sistemas embebidos avalien algúns indicadores da electroquímica.Polo tanto, BMS é como un vello médico de medicina chinesa.

4.1 Arquitectura de tres capas de BMS de almacenamento de enerxía

Debido á gran cantidade de celas de batería nos sistemas de almacenamento de enerxía, para aforrar custos, o BMS adoita implementarse en capas, con dúas ou tres capas.Actualmente, a corrente principal é de tres capas: control mestre/control mestre/control escravo.

4.2 Descrición detallada do BMS de almacenamento de enerxía

5) Situación actual e tendencia futura

Hai varios tipos de fabricantes que producen BMS:

A primeira categoría é o usuario final coa potencia máis dominante na batería de enerxía BMS: fábricas de coches.De feito, a forza de fabricación de BMS máis forte no estranxeiro tamén son as fábricas de automóbiles, como General Motors, Tesla, etc. Na casa, hai BYD, Huating Power, etc.

A segunda categoría son as fábricas de baterías, incluíndo fabricantes de pilas e fabricantes de paquetes, como Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad, etc.;

O terceiro tipo de fabricantes de BMS son aqueles con moitos anos de experiencia en tecnoloxía de electrónica de potencia e contan con equipos de I+D con formación universitaria ou empresarial relacionada, como Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology e Kegong Electronics.

A diferenza do BMS de baterías de enerxía, que está dominado principalmente polos fabricantes de vehículos terminais, parece que os usuarios finais de baterías de almacenamento de enerxía non teñen necesidade ou accións específicas para participar na investigación, desenvolvemento e fabricación de BMS.Tamén é pouco probable que gasten moito diñeiro e enerxía para desenvolver sistemas de xestión de baterías a gran escala.Polo tanto, pódese considerar que a industria BMS de baterías de almacenamento de enerxía carece dun xogador importante con vantaxes absolutas, deixando un enorme espazo para o desenvolvemento e a imaxinación para os fabricantes e vendedores de baterías centrados no BMS de almacenamento de enerxía.Se se establece o mercado de almacenamento de enerxía, dará aos fabricantes de baterías e aos fabricantes profesionais de BMS moito espazo para o desenvolvemento e unha menor resistencia competitiva.

Actualmente, hai relativamente poucos fabricantes profesionais de BMS centrados no desenvolvemento de BMS de almacenamento de enerxía, principalmente debido ao feito de que o mercado de almacenamento de enerxía aínda está na súa infancia e aínda hai moitas dúbidas sobre o futuro desenvolvemento do almacenamento de enerxía no mercado.Polo tanto, a maioría dos fabricantes non desenvolveron BMS relacionados co almacenamento de enerxía.No entorno empresarial real, tamén hai fabricantes que compran BMS de baterías de vehículos eléctricos para usar como BMS para baterías de almacenamento de enerxía.Crese que no futuro, tamén é probable que os fabricantes profesionais de vehículos eléctricos BMS se convertan nunha parte importante dos provedores de BMS utilizados en proxectos de almacenamento de enerxía a gran escala.

Nesta fase, hai unha falta de estándares uniformes para BMS proporcionados por varios provedores de sistemas de almacenamento de enerxía.Os distintos fabricantes teñen deseños e definicións diferentes para BMS e, dependendo das diferentes baterías coas que sexan compatibles, o algoritmo SOX, a tecnoloxía de ecualización e o contido dos datos de comunicación cargados tamén poden variar.Na aplicación práctica do BMS, tales diferenzas aumentarán os custos de aplicación e serán prexudiciais para o desenvolvemento industrial.Polo tanto, a estandarización e modularización do BMS tamén será unha dirección de desenvolvemento importante no futuro.