Sustav upravljanja baterijama BMS znanja i funkcije, Uvod

Puni naziv BMS-a je Battery Management System.Riječ je o uređaju koji prati status baterija za pohranu energije.Uglavnom se koristi za inteligentno upravljanje i održavanje pojedinačnih baterijskih ćelija, sprječavanje prekomjernog punjenja i prekomjernog pražnjenja baterija, produljenje vijeka trajanja baterije i praćenje statusa baterije.Općenito, BMS je predstavljen kao tiskana ploča ili hardverska kutija.

 

BMS je jedan od temeljnih podsustava sustava za pohranu baterije, odgovoran za praćenje radnog statusa svake baterije u jedinici za pohranu energije i osigurava siguran i pouzdan rad jedinice za pohranu energije.BMS može nadzirati i prikupljati statusne parametre baterije za pohranu energije u stvarnom vremenu (uključujući, ali ne ograničavajući se na napon jedne ćelije, temperaturu pola baterije, struju petlje baterije, napon priključka baterije, izolacijski otpor baterijskog sustava itd.) i izvršite potrebnu analizu i izračun relevantnih statusnih parametara kako biste dobili više parametara za procjenu statusa sustava.Također može postići učinkovitu kontrolu same baterije za pohranu energije prema specifičnim strategijama kontrole zaštite kako bi se osigurao siguran i pouzdan rad cijele jedinice za pohranu energije baterije.U isto vrijeme, BMS može komunicirati s drugim vanjskim uređajima (PCS, EMS, protupožarni sustav, itd.) putem vlastitog komunikacijskog sučelja i analognog/digitalnog ulaznog sučelja kako bi se formirala kontrola povezivanja različitih podsustava u cjelokupnoj snazi ​​za pohranu energije. stanice, osiguravajući siguran, pouzdan i učinkovit rad elektrane povezan na mrežu.

2) Arhitektura

Iz perspektive topološke arhitekture, BMS je podijeljen u dvije kategorije: centralizirani i distribuirani prema različitim zahtjevima projekta.

 

Centralizirani BMS

Jednostavno rečeno, centralizirani BMS koristi jedan BMS hardver za prikupljanje svih ćelija, što je prikladno za scenarije s nekoliko ćelija.

Centralizirani BMS ima prednosti niske cijene, kompaktne strukture i visoke pouzdanosti te se obično koristi u scenarijima s niskim kapacitetom, niskim ukupnim tlakom i malim volumenom baterijskog sustava, kao što su električni alati, roboti (roboti za rukovanje, pomoćni roboti), IOT pametne kuće (roboti za metenje, električni usisavači), električni viličari, električna vozila male brzine (električni bicikli, električni motocikli, električni automobili za razgledavanje, električna patrolna vozila, električna kolica za golf itd.) i laka hibridna vozila.

Centralizirani BMS hardver može se podijeliti na visokonaponska i niskonaponska područja.Područje visokog napona odgovorno je za prikupljanje napona pojedinačne ćelije, ukupnog napona sustava i nadzor izolacijskog otpora.Područje niskog napona uključuje krugove napajanja, CPU krugove, CAN komunikacijske krugove, upravljačke krugove i tako dalje.

Kako se sustav baterija za napajanje osobnih vozila nastavlja razvijati prema velikom kapacitetu, visokom ukupnom tlaku i velikom volumenu, distribuirane BMS arhitekture uglavnom se koriste u plug-in hibridnim i čisto električnim modelima vozila.

Distribuirani BMS

Trenutačno postoje različiti izrazi za distribuirani BMS u industriji, a različite tvrtke imaju različita imena.Baterija za napajanje BMS uglavnom ima master-slave dvoslojnu arhitekturu:

 

BMS za pohranu energije obično ima troslojnu arhitekturu zbog velike veličine baterije, s glavnim kontrolnim slojem iznad podređenog i glavnog upravljačkog sloja.

Baš kao što baterije tvore klastere baterija, koji zauzvrat tvore hrpe, troslojni BMS također slijedi isto pravilo prema gore:

Od kontrole: jedinica za upravljanje baterijama (BMU), koja prikuplja informacije iz pojedinačnih baterija.

Pratite napon i temperaturu baterije

Ekvalizacija baterije u paketu

Prijenos informacija

upravljanje toplinom

Nenormalan alarm

Glavna kontrola: Jedinica za upravljanje klasterom baterija: BCU (jedinica klastera baterija, također poznata kao jedinica za upravljanje visokim naponom HVU, BCMU, itd.), odgovorna za prikupljanje informacija o BMU i prikupljanje informacija o klasteru baterija.

Akvizicija struje baterijskog klastera, akvizicija ukupnog napona, detekcija curenja

Zaštita od isključivanja kada je status baterije nenormalan

Pod upravljanjem BMS-a, kalibracija kapaciteta i SOC kalibracija mogu se dovršiti odvojeno kao osnova za naknadno upravljanje punjenjem i pražnjenjem

Jedinica za upravljanje nizom baterija (BAU) odgovorna je za centralizirano upravljanje baterijama u cijelom skupu baterija za pohranu energije.Povezuje se s različitim jedinicama za upravljanje klasterom baterija i razmjenjuje informacije s drugim uređajima kako bi pružio povratne informacije o radnom statusu niza baterija.

Upravljanje punjenjem i pražnjenjem niza baterija

Alarm za samoprovjeru i dijagnozu greške BMS sustava

Alarm za dijagnostiku kvara baterije

Sigurnosna zaštita za razne abnormalnosti i greške u nizu baterija

Komunicirajte s drugim uređajima kao što su PCS i EMS

Pohrana, prijenos i obrada podataka

Sloj upravljanja baterijama: odgovoran za prikupljanje različitih informacija (napon, temperatura) pojedinačnih baterija, izračunavanje i analiziranje SOC i SOH baterija, postizanje aktivnog izjednačavanja pojedinačnih baterija i učitavanje abnormalnih informacija pojedinačnih baterija u sloj jedinice paketa baterija BCMU.Preko CAN vanjske komunikacije, međusobno je povezan lančano.

Sloj upravljanja baterijama: odgovoran za prikupljanje raznih informacija iz pojedinačnih baterija koje je učitao BMU, prikupljanje raznih informacija o baterijskom paketu (napon paketa, temperatura paketa), struje punjenja i pražnjenja akumulatorskog paketa, izračunavanje i analizu SOC i SOH baterijskog paketa , i učitavanje svih informacija u sloj jedinice klastera baterije BAMS.Preko CAN vanjske komunikacije, međusobno je povezan lančano.

Sloj upravljanja baterijskim klasterom: odgovoran za prikupljanje raznih informacija o bateriji koje učitava BCMU i učitavanje svih informacija u EMS sustav za praćenje pohrane energije putem RJ45 sučelja;komunicira s PCS-om za slanje relevantnih abnormalnih informacija o bateriji na PCS (CAN ili RS485 sučelje), i opremljen hardverskim suhim čvorovima za komunikaciju s PCS-om.Osim toga, provodi procjenu BSE (Battery State Estimate) sustava baterija, otkrivanje statusa električnog sustava, upravljanje kontaktorima, upravljanje toplinom, upravljanje radom, upravljanje punjenjem, upravljanje dijagnostikom te obavlja upravljanje internom i vanjskom komunikacijskom mrežom.Komunicira s podređenima putem CAN-a.

3) Što BMS radi?

Funkcije BMS-a su brojne, ali srž i ono što nas najviše brine su tri aspekta:

Jedna je sensing (upravljanje stanjem), što je osnovna funkcija BMS-a.Mjeri napon, otpor, temperaturu i na kraju osjeća stanje baterije.Želimo znati u kakvom je stanju baterija, koliko energije i kapaciteta ima, koliko je zdrava, koliko energije proizvodi i koliko je sigurna.Ovo je osjet.

Drugi je menadžment (upravljanje ravnotežom).Neki ljudi kažu da je BMS dadilja baterije.Onda bi ova dadilja trebala to srediti.Čime upravljati?To je da baterija bude što bolja.Najosnovnije je upravljanje ravnotežom i upravljanje toplinom.

Treći je zaštita (upravljanje sigurnošću).Dadilja također ima posla.Ako baterija ima neki status, treba ju zaštititi i upaliti alarm.

Naravno, tu je i komponenta upravljanja komunikacijom koja prenosi podatke unutar ili izvan sustava kroz određene protokole.

BMS ima mnoge druge funkcije, poput kontrole rada, nadzora izolacije, upravljanja toplinom itd., o kojima se ovdje ne govori.

 

3.1 Percepcija – mjerenje i procjena

Osnovna funkcija BMS-a je mjerenje i procjena parametara baterije, uključujući osnovne parametre kao što su napon, struja, temperatura i stanje, kao i izračune podataka o stanju baterije kao što su SOC i SOH.Područje energetskih baterija također uključuje izračune SOP (stanje snage) i SOE (stanje energije), o kojima se ovdje ne govori.Usredotočit ćemo se na prva dva šire korištena podatka.

Mjerenje stanica

1) Mjerenje osnovnih informacija: Najosnovnija funkcija sustava upravljanja baterijom je mjerenje napona, struje i temperature pojedinačnih ćelija baterije, što je temelj za sve izračune najviše razine i logiku upravljanja u sustavu upravljanja baterijom.

2) Ispitivanje izolacijskog otpora: Ispitivanje izolacije potrebno je za cijeli baterijski sustav i visokonaponski sustav unutar sustava upravljanja baterijom.

3) Detekcija visokonaponske blokade (HVIL): koristi se za potvrdu integriteta cijelog visokonaponskog sustava i pokretanje sigurnosnih mjera kada je integritet visokonaponske petlje sustava ugrožen.

SOC proračun

SOC se odnosi na stanje napunjenosti, što je preostali kapacitet baterije.Jednostavno rečeno, to je koliko je energije ostalo u bateriji.

SOC je najvažniji parametar u BMS-u jer se sve ostalo temelji na njemu.Stoga su njegova točnost i robusnost (također poznata kao sposobnost ispravljanja pogrešaka) izuzetno važne.Bez točnog SOC-a, nikakva zaštitna funkcija ne može učiniti da BMS ispravno radi, jer će baterija često biti u zaštićenom stanju, što onemogućuje produljenje vijeka trajanja baterije.

Trenutno glavne metode procjene SOC-a uključuju metodu napona otvorenog kruga, metodu integracije struje, metodu Kalmanovog filtra i metodu neuronske mreže.Uobičajeno se koriste prve dvije metode.Posljednje dvije metode uključuju napredno znanje kao što su modeli integracije i umjetna inteligencija, koji ovdje nisu detaljno opisani.

U praktičnim primjenama, više algoritama se često koristi u kombinaciji, s različitim algoritmima koji se usvajaju ovisno o statusu punjenja i pražnjenja baterije.

metoda napona otvorenog kruga

Načelo metode napona otvorenog kruga je korištenje relativno fiksnog funkcionalnog odnosa između napona otvorenog kruga i SOC-a pod uvjetom dugotrajnog statičkog postavljanja baterije, te stoga procjena SOC-a na temelju napona otvorenog kruga.Prethodno često korišten električni bicikl s olovnom baterijom koristi ovu metodu za procjenu SOC-a.Metoda napona otvorenog kruga je jednostavna i praktična, ali ima i mnogo nedostataka:

1. Baterija mora stajati dulje vrijeme, inače će se napon otvorenog kruga teško stabilizirati u kratkom vremenskom razdoblju;

2. Postoji plato napona u baterijama, posebno litij željezo fosfatnim baterijama, gdje su terminalni napon i SOC krivulja približno linearni tijekom SOC30%-80% raspona;

3. Baterija je na različitim temperaturama ili različitim životnim stadijima, i iako je napon otvorenog kruga isti, stvarna razlika u SOC može biti velika;

Kao što je prikazano na donjoj slici, kada koristimo ovaj električni bicikl, ako je trenutni SOC prikazan kao 100%, napon pada pri ubrzavanju, a snaga može biti prikazana kao 80%.Kad prestanemo ubrzavati, napon raste, a snaga ponovno skoči na 100%.Dakle, prikaz snage našeg električnog skutera nije točan.Kada stanemo, ima snage, ali kada se pokrenemo, ponestane struje.Ovo možda nije problem s baterijom, ali može biti zbog toga što je SoC algoritam BMS-a previše jednostavan.

An-Shi integralna metoda

Metoda Anshicontinuous integracije izravno izračunava SOC vrijednost u stvarnom vremenu kroz definiciju SOC.

S obzirom na početnu vrijednost SOC-a, sve dok se struja baterije može mjeriti (gdje je struja pražnjenja pozitivna), promjena kapaciteta baterije može se točno izračunati kroz integraciju struje, što rezultira preostalim SOC-om.

Ova metoda ima relativno pouzdane rezultate procjene u kratkom vremenskom razdoblju, ali zbog pogrešaka mjerenja senzora struje i postupnog pada kapaciteta baterije, dugotrajna integracija struje će unijeti određena odstupanja.Stoga se općenito koristi zajedno s metodom napona otvorenog kruga za procjenu početne vrijednosti za SOC procjenu s niskim zahtjevima točnosti, a također se može koristiti zajedno s Kalmanovom metodom filtriranja za kratkoročno predviđanje SOC.

SOC (stanje napunjenosti) pripada osnovnom kontrolnom algoritmu BMS-a, predstavljajući trenutno stanje preostalog kapaciteta.Uglavnom se postiže metodom integracije amper-sata i algoritmom EKF (prošireni Kalmanov filtar), u kombinaciji sa strategijama korekcije (kao što je korekcija napona otvorenog kruga, korekcija potpunog punjenja, korekcija kraja punjenja, korekcija kapaciteta pod različitim temperaturama i SOH, itd.).Metoda integracije amper-sata relativno je pouzdana pod uvjetom da osigurava točnost akvizicije struje, ali nije robusna.Zbog gomilanja grešaka mora se kombinirati sa strategijama ispravljanja.EKF metoda je robusna, ali je algoritam relativno složen i teško ga je implementirati.Domaći glavni proizvođači mogu postići točnost manju od 6% na sobnoj temperaturi, ali procjena na visokim i niskim temperaturama i prigušenju baterije je teška.

SOC korekcija

Zbog trenutnih fluktuacija, procijenjeni SOC može biti netočan, pa je u proces procjene potrebno uključiti različite strategije korekcije.

 

Izračun SOH

SOH se odnosi na zdravstveno stanje, koje označava trenutno zdravstveno stanje baterije (ili stupanj degradacije baterije).Obično se predstavlja kao vrijednost između 0 i 100%, a vrijednosti ispod 80% općenito se smatraju pokazateljem da baterija više nije upotrebljiva.Može se prikazati promjenama kapaciteta baterije ili unutarnjeg otpora.Pri korištenju kapaciteta, stvarni kapacitet trenutne baterije procjenjuje se na temelju podataka iz procesa rada baterije, a omjer toga i nazivnog kapaciteta je SOH.Precizan SOH će poboljšati točnost procjene drugih modula kada baterija propada.

U industriji postoje dvije različite definicije SOH-a:

SOH definicija na temelju pada kapaciteta

Tijekom korištenja litij-ionskih baterija, aktivni materijal unutar baterije postupno se smanjuje, unutarnji otpor raste, a kapacitet opada.Stoga se SOH može procijeniti prema kapacitetu baterije.Zdravstveni status baterije izražava se kao omjer trenutnog kapaciteta prema početnom kapacitetu, a njezin SOH se definira kao:

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

Gdje je: C_fade izgubljeni kapacitet baterije;C_standard je nominalni kapacitet.

IEEE standard 1188-1996 propisuje da kada kapacitet baterije za napajanje padne na 80%, bateriju treba zamijeniti.Stoga obično smatramo da SOH baterije nije dostupan kada je ispod 80%.

SOH definicija na temelju slabljenja snage (Power Fade)

Starenje gotovo svih vrsta baterija dovest će do povećanja unutarnjeg otpora baterije.Što je veći unutarnji otpor baterije, to je niža dostupna snaga.Stoga se SOH može procijeniti pomoću prigušenja snage.

3.2 Upravljanje – uravnotežena tehnologija

Svaka baterija ima svoju "osobnost"

Da bismo razgovarali o ravnoteži, moramo početi s baterijama.Čak i baterije proizvedene u istoj seriji od strane istog proizvođača imaju svoje životne cikluse i "osobnosti" - kapacitet svake baterije ne može biti potpuno isti.Postoje dva razloga za ovu nedosljednost:

Jedan je nedosljednost proizvodnje stanica

Jedan je nedosljednost elektrokemijskih reakcija.

nedosljednost proizvodnje

Proizvodne nedosljednosti lako je razumjeti.Na primjer, tijekom proizvodnog procesa, nedosljednosti dijafragme i nedosljednosti materijala katode i anode mogu rezultirati nedosljednostima ukupnog kapaciteta baterije.Standardna baterija od 50AH može postati 49AH ili 51AH.

elektrokemijska nedosljednost

Nedosljednost elektrokemije je u tome što u procesu punjenja i pražnjenja baterije, čak i ako su proizvodnja i obrada dviju ćelija identične, toplinska okolina nikada ne može biti dosljedna u procesu elektrokemijske reakcije.Na primjer, kod izrade baterijskih modula, temperatura okolnog prstena mora biti niža od sredine.To rezultira dugotrajnom nedosljednošću između količina punjenja i pražnjenja, što zauzvrat dovodi do nedosljednog kapaciteta baterije;Kada su struje punjenja i pražnjenja SEI filma na baterijskoj ćeliji nekonzistentne dulje vrijeme, starenje SEI filma također će biti nedosljedno.

*SEI film: "sučelje čvrstog elektrolita" (sučelje čvrstog elektrolita).Tijekom prvog procesa pražnjenja tekuće litij-ionske baterije, materijal elektrode reagira s elektrolitom na sučelju čvrste i tekuće faze kako bi se formirao pasivacijski sloj koji pokriva površinu materijala elektrode.SEI film je elektronički izolator, ali izvrstan vodič litijevih iona, koji ne samo da štiti elektrodu, već i ne utječe na rad baterije.Starenje SEI filma ima značajan utjecaj na zdravlje baterije.

Stoga je neujednačenost (ili diskretnost) baterijskih paketa neizbježna manifestacija rada baterije.

Zašto je potrebna ravnoteža

Baterije su različite, pa zašto ih ne pokušati napraviti iste?Budući da će nedosljednost utjecati na performanse baterije.

Paket baterija u seriji slijedi efekt kratke cijevi: u sustavu paketa baterija u seriji, kapacitet cijelog sustava paketa baterija određen je najmanjom pojedinačnom jedinicom.

Pretpostavimo da imamo paket baterija koji se sastoji od tri baterije:

Znamo da prekomjerno punjenje i prekomjerno pražnjenje mogu ozbiljno oštetiti baterije.Stoga, kada je baterija B potpuno napunjena tijekom punjenja ili kada je SoC baterije B vrlo nizak tijekom pražnjenja, potrebno je zaustaviti punjenje i pražnjenje kako bi se zaštitila baterija B. Kao rezultat toga, snaga baterija A i C ne može biti u potpunosti iskorišteni.

Ovo vodi do:

Stvarni iskoristivi kapacitet baterije se smanjio: baterije A i C, koje su mogle iskoristiti raspoloživi kapacitet, sada to ne mogu učiniti kako bi primile bateriju B. To je kao dvoje ljudi na tri noge vezani zajedno, s viša osoba koja ne može napraviti velike korake.

Smanjeno trajanje baterije: manja duljina koraka zahtijeva više koraka i čini noge umornijima.Sa smanjenim kapacitetom povećava se broj ciklusa punjenja i pražnjenja, što rezultira većom degradacijom baterije.Na primjer, jedna ćelija može postići 4000 ciklusa pri 100% DoD, ali u stvarnoj upotrebi ne može doseći 100% i broj ciklusa sigurno neće dosegnuti 4000.

*DoD, dubina pražnjenja, predstavlja postotak kapaciteta pražnjenja baterije u odnosu na nazivni kapacitet baterije.

Nedosljednost baterija dovodi do smanjenja učinkovitosti baterije.Kada je veličina baterijskog modula velika, više nizova baterija spojeno je u seriju, a velika pojedinačna razlika napona uzrokovat će smanjenje kapaciteta cijele kutije.Što je više baterija spojenih u seriju, gube više kapaciteta.Međutim, u našim aplikacijama, posebno u aplikacijama sustava za pohranu energije, postoje dva važna zahtjeva:

Prva je dugovječna baterija, koja može uvelike smanjiti troškove rada i održavanja.Sustav za pohranu energije ima visoke zahtjeve za vijek trajanja baterije.Većina domaćih dizajnirana je za 15 godina.Ako pretpostavimo 300 ciklusa godišnje, 15 godina je 4500 ciklusa, što je još uvijek vrlo visoko.Moramo maksimizirati životni vijek svake baterije tako da ukupni životni vijek cijelog paketa baterija može doseći projektirani vijek trajanja što je više moguće i smanjiti utjecaj disperzije baterije na vijek trajanja paketa baterija.

Drugi duboki ciklus, posebno u scenariju primjene vršnog brijanja, oslobađanje još jednog kWh električne energije donijet će još jedan bod više prihoda.Odnosno, napravit ćemo 80% DoD ili 90% DoD.Kada se duboki ciklus koristi u sustavu za pohranu energije, disperzija baterije tijekom pražnjenja repa će se očitovati.Stoga, kako bi se osiguralo potpuno oslobađanje kapaciteta svake pojedine ćelije pod uvjetom dubokog punjenja i dubokog pražnjenja, potrebno je zahtijevati da BMS za pohranu energije ima snažne sposobnosti upravljanja izjednačavanjem i suzbija pojavu konzistentnosti među baterijskim ćelijama .

Ova dva zahtjeva upravo su suprotna nedosljednosti baterije.Kako bismo postigli učinkovitije primjene baterijskih paketa, moramo imati učinkovitiju tehnologiju balansiranja kako bismo smanjili utjecaj nedosljednosti baterije.

ravnotežna tehnologija

Tehnologija izjednačavanja baterije je način da se baterije različitih kapaciteta učine istima.Postoje dvije uobičajene metode izjednačavanja: jednosmjerno izjednačavanje disipacije energije (pasivno izjednačavanje) i dvosmjerno izjednačavanje prijenosa energije (aktivno izjednačavanje).

(1) Pasivna ravnoteža

Načelo pasivnog izjednačavanja je paralelno spajanje preklopivog otpornika za pražnjenje na svakom nizu baterija.BMS kontrolira otpornik za pražnjenje za pražnjenje ćelija višeg napona, raspršujući električnu energiju kao toplinu.Na primjer, kada je baterija B gotovo potpuno napunjena, prekidač se otvara kako bi otpornik na bateriji B raspršio višak električne energije kao toplinu.Zatim se punjenje nastavlja dok se baterije A i C također potpuno ne napune.

Ova metoda može isprazniti samo visokonaponske ćelije, a ne može ponovno napuniti ćelije niskog kapaciteta.Zbog ograničenja snage otpora pražnjenja, struja izjednačenja je općenito mala (manje od 1A).

Prednosti pasivnog izjednačavanja su niska cijena i jednostavan dizajn sklopa;nedostaci su što se temelji na najnižem preostalom kapacitetu baterije za izjednačavanje, što ne može povećati kapacitet baterija s niskim preostalim kapacitetom i što se 100% izjednačene snage gubi u obliku topline.

(2) Aktivna ravnoteža

Kroz algoritme, višestruki nizovi baterija prenose energiju visokonaponskih ćelija u niskonaponske ćelije pomoću komponenti za pohranu energije, pražnjenjem baterija višeg napona i korištenjem oslobođene energije za punjenje ćelija nižeg napona.Energija se uglavnom prenosi, a ne rasipa.

Na taj se način tijekom punjenja baterija B, koja prva dostigne 100% voltažu, prazni na A i C, te se tri baterije zajedno potpuno pune.Tijekom pražnjenja, kada je preostali kapacitet baterije B prenizak, A i C "pune" B, tako da ćelija B ne dosegne SOC prag za zaustavljanje pražnjenja tako brzo.

Glavne značajke tehnologije aktivnog balansiranja

(1) Uravnotežite visoki i niski napon kako biste poboljšali učinkovitost baterije: tijekom punjenja i pražnjenja i mirovanja, visokonaponske baterije se mogu isprazniti, a niskonaponske baterije mogu se puniti;

(2) Prijenos energije s malim gubicima: energija se uglavnom prenosi, a ne jednostavno gubi, čime se poboljšava učinkovitost korištenja energije;

(3) Velika ravnotežna struja: Općenito, ravnotežna struja je između 1 i 10 A, a ravnoteža je brža;

Aktivno izjednačavanje zahtijeva konfiguraciju odgovarajućih krugova i uređaja za pohranu energije, što dovodi do velikog volumena i povećanja troškova.Ova dva uvjeta zajedno određuju da aktivno izjednačavanje nije lako promovirati i primijeniti.

Osim toga, proces aktivnog izjednačavanja punjenja i pražnjenja implicitno produljuje vijek trajanja baterije.Za ćelije koje zahtijevaju punjenje i pražnjenje da bi se postigla ravnoteža, dodatno radno opterećenje može uzrokovati da premaše starenje uobičajenih ćelija, što rezultira većim jazom u performansama u odnosu na druge ćelije.

Neki stručnjaci vjeruju da bi gornja dva izraza trebala odgovarati disipativnoj ravnoteži i nedisipativnoj ravnoteži.Je li aktivan ili pasivan ovisi o događaju koji pokreće proces ravnoteže.Ako sustav dosegne stanje u kojem mora biti pasivan, on je pasivan.Ako ga postavljaju ljudi, postavljanje programa ravnoteže kada nije potrebno biti uravnotežen naziva se aktivna ravnoteža.

Na primjer, kada je pražnjenje na kraju, ćelija s najnižim naponom dosegla je napon prekida pražnjenja, dok ostale ćelije još uvijek imaju napajanje.U ovom trenutku, kako bi se ispraznio što je više moguće električne energije, sustav prenosi električnu energiju visokoenergetskih ćelija u niskoenergetske ćelije, dopuštajući da se proces pražnjenja nastavi dok se ne isprazni sva snaga.Ovo je proces pasivnog izjednačavanja.Ako sustav predvidi da će doći do neravnoteže na kraju pražnjenja kada je još ostalo 40% snage, pokrenut će aktivni proces izjednačavanja.

Aktivno izjednačenje se dijeli na centralizirane i decentralizirane metode.Centralizirana metoda izjednačavanja dobiva energiju iz cijele baterije, a zatim koristi uređaj za pretvorbu energije za dopunu energije baterijama s manje energije.Decentralizirano izjednačavanje uključuje vezu za pohranjivanje energije između susjednih baterija, što može biti induktor ili kondenzator, čime se omogućuje protok energije između susjednih baterija.

U trenutnoj strategiji kontrole ravnoteže, postoje oni koji uzimaju napon ćelije kao ciljni parametar kontrole, a postoje i oni koji predlažu korištenje SOC kao ciljnog parametra kontrole ravnoteže.Uzimajući napon ćelije kao primjer.

Prvo postavite par vrijednosti praga za pokretanje i završetak izjednačavanja: na primjer, u nizu baterija, kada razlika između ekstremnog napona jedne ćelije i prosječnog napona skupa dosegne 50 mV, izjednačenje se pokreće, a kada dosegne 5mV, izjednačenje je završeno.

BMS prikuplja napon svake ćelije prema fiksnom ciklusu prikupljanja podataka, izračunava prosječnu vrijednost, a zatim izračunava razliku između napona svake ćelije i prosječne vrijednosti;

Ako najveća razlika dosegne 50 mV, BMS treba pokrenuti proces izjednačavanja;

Nastavite s korakom 2 tijekom procesa izjednačavanja dok sve vrijednosti razlike ne budu manje od 5 mV, a zatim završite izjednačavanje.

Treba napomenuti da ne zahtijevaju svi BMS-ovi ovaj korak, a daljnje strategije mogu varirati ovisno o metodi ravnoteže.

Tehnologija ravnoteže također je povezana s vrstom baterije.Općenito se vjeruje da je LFP prikladniji za aktivni balans, dok su ternarne baterije prikladnije za pasivni balans.

Stadij intenzivne konkurencije u BMS-u uglavnom je podržan cijenom i pouzdanošću.Trenutno još nije postignuta eksperimentalna verifikacija aktivnog balansiranja.Očekuje se da će se razina funkcionalne sigurnosti pomaknuti prema ASIL-C i ASIL-D, no cijena je prilično visoka.Stoga su sadašnje velike tvrtke oprezne u pogledu istraživanja aktivnog balansiranja.Neke velike tvornice čak žele ukinuti modul za balansiranje i sve balansiranje obavljati eksterno, slično održavanju vozila na gorivo.Svaki put kada vozilo prijeđe određenu udaljenost, otići će u trgovinu 4S na vanjsko balansiranje.To će smanjiti troškove cijelog vozila BMS, a također će imati koristi za odgovarajuću 4S trgovinu.To je dobitna situacija za sve strane.Stoga, osobno, razumijem da bi ovo moglo postati trend!

3.3 Zaštita – dijagnoza greške i alarm

Nadzor BMS-a usklađen je s hardverom električnog sustava i podijeljen je na različite razine kvara (manji kvar, ozbiljan kvar, fatalni kvar) prema različitim uvjetima rada baterije.Za različite razine kvara poduzimaju se različite mjere rukovanja: upozorenje, ograničenje snage ili izravno isključenje visokog napona.Kvarovi uključuju akviziciju podataka i kvarove u racionalnosti, električne kvarove (senzori i aktuatori), komunikacijske kvarove i kvarove statusa baterije.

Uobičajeni primjer je kada se baterija pregrije, BMS utvrđuje da se baterija pregrijava na temelju prikupljene temperature baterije, zatim kontrolira strujni krug ove baterije da se isključi, provodi zaštitu od pregrijavanja i šalje upozorenje sustavima upravljanja kao što je EMS.

3.4 Komunikacija

Normalan rad BMS-a ne može se odvojiti od njegove komunikacijske funkcije.Bilo da se radi o kontroli baterije tijekom upravljanja baterijom, prijenosu statusa baterije u vanjski svijet ili primanju kontrolnih uputa, potrebna je stabilna komunikacija.

U baterijskom sustavu napajanja, jedan kraj BMS-a je spojen na bateriju, a drugi kraj na upravljačke i elektroničke sustave cijelog vozila.Cjelokupno okruženje koristi CAN protokol, ali postoji razlika između korištenja unutarnjeg CAN-a između unutarnjih komponenti baterije i korištenja CAN-a vozila između baterije i cijelog vozila.

Nasuprot tome, BMS za pohranu energije i interna komunikacija u osnovi koriste CAN protokol, ali njegova vanjska komunikacija (vanjska se uglavnom odnosi na dispečerski sustav elektrane za pohranu energije PCS) često koristi formate internetskog protokola TCP/IP protokol i modbus protokol.

4) BMS za pohranu energije

Proizvođači BMS-a za pohranu energije općenito su se razvili iz BMS-a za baterije, tako da mnogi dizajni i izrazi imaju povijesno podrijetlo

Na primjer, baterija za napajanje općenito se dijeli na BMU (Battery Monitor Unit) i BCU (Battery Control Unit), pri čemu prva prikuplja podatke, a druga ih kontrolira.

Budući da je baterijska ćelija elektrokemijski proces, više baterijskih ćelija čini bateriju.Zbog karakteristika svake baterije, bez obzira na to koliko je precizan proizvodni proces, tijekom vremena i ovisno o okruženju bit će grešaka i nedosljednosti u svakoj baterijskoj ćeliji.Stoga sustav upravljanja baterijom treba procijeniti trenutno stanje baterije kroz ograničene parametre, što je pomalo poput liječnika tradicionalne kineske medicine koji dijagnosticira pacijenta promatranjem simptoma, a ne zapadnjačke medicine koja zahtijeva fizikalnu i kemijsku analizu.Fizikalna i kemijska analiza ljudskog tijela slična je elektrokemijskim karakteristikama baterije, koje se mogu mjeriti velikim eksperimentalnim instrumentima.Međutim, ugrađenim sustavima je teško procijeniti neke pokazatelje elektrokemije.Stoga je BMS poput doktora stare kineske medicine.

4.1 Troslojna arhitektura BMS-a za pohranu energije

Zbog velikog broja baterijskih ćelija u sustavima za pohranu energije, radi uštede troškova, BMS se općenito implementira slojevito, s dva ili tri sloja.Trenutačno su glavna toka tri sloja: glavna kontrola/glavna kontrola/podređena kontrola.

4.2 Detaljan opis BMS-a za pohranu energije

5) Trenutno stanje i budući trend

Postoji nekoliko vrsta proizvođača koji proizvode BMS:

Prva kategorija su krajnji korisnici s najdominantnijom snagom u bateriji BMS – tvornice automobila.Zapravo, najjača BMS proizvodna snaga u inozemstvu također su tvornice automobila, kao što su General Motors, Tesla, itd. Kod kuće, tu su BYD, Huating Power, itd.

Druga kategorija su tvornice baterija, uključujući proizvođače ćelija i pakiranja, kao što su Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad itd.;

Treća vrsta proizvođača BMS-a su oni s dugogodišnjim iskustvom u tehnologiji energetske elektronike i imaju timove za istraživanje i razvoj sa sveučilišnim ili srodnim poduzećima, kao što su Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology i Kegong Electronics.

Za razliku od BMS-a energetskih baterija, kojim uglavnom dominiraju proizvođači terminalnih vozila, čini se da krajnji korisnici baterija za pohranu energije nemaju potrebu niti posebne radnje za sudjelovanje u istraživanju i razvoju i proizvodnji BMS-a.Također je malo vjerojatno da će potrošiti puno novca i energije na razvoj velikih sustava upravljanja baterijama.Stoga se može smatrati da BMS industriji baterija za pohranu energije nedostaje važan igrač s apsolutnim prednostima, ostavljajući ogroman prostor za razvoj i maštu proizvođačima baterija i prodavačima koji se fokusiraju na BMS za pohranu energije.Uspostavi li se tržište za pohranu energije, to će proizvođačima baterija i profesionalnim proizvođačima BMS-a dati puno prostora za razvoj i manje konkurentskog otpora.

Trenutačno postoji relativno mali broj profesionalnih proizvođača BMS-a usmjerenih na razvoj BMS-a za pohranjivanje energije, uglavnom zbog činjenice da je tržište za pohranjivanje energije još uvijek u povojima i još uvijek postoje mnoge nedoumice o budućem razvoju pohranjivanja energije na tržištu.Stoga većina proizvođača nije razvila BMS koji se odnosi na pohranu energije.U stvarnom poslovnom okruženju također postoje proizvođači koji kupuju BMS baterija za električna vozila za korištenje kao BMS za baterije za pohranu energije.Vjeruje se da će u budućnosti i profesionalni proizvođači BMS-a za električna vozila također postati važan dio dobavljača BMS-a koji se koriste u velikim projektima skladištenja energije.

U ovoj fazi nedostaju jedinstveni standardi za BMS koje pružaju različiti dobavljači sustava za pohranu energije.Različiti proizvođači imaju različite dizajne i definicije za BMS, a ovisno o različitim baterijama s kojima su kompatibilni, SOX algoritam, tehnologija izjednačavanja i učitani sadržaj komunikacijskih podataka također se mogu razlikovati.U praktičnoj primjeni BMS-a, takve će razlike povećati troškove primjene i biti štetne za industrijski razvoj.Stoga će standardizacija i modularizacija BMS-a također biti važan smjer razvoja u budućnosti.