Akkumulátorkezelő rendszer BMS ismeretek és funkciók, Bevezetés

A BMS teljes neve Battery Management System.Ez egy olyan eszköz, amely figyeli az energiatároló akkumulátorok állapotát.Főleg az egyes akkumulátorcellák intelligens kezelésére és karbantartására használják, megakadályozva az akkumulátorok túltöltését és túlmerülését, meghosszabbítva az akkumulátor élettartamát és figyelemmel kísérve az akkumulátor állapotát.Általában a BMS-t áramköri lapként vagy hardverdobozként ábrázolják.

 

A BMS az akkumulátor energiatároló rendszer egyik alapvető alrendszere, amely az akkumulátor energiatároló egységében lévő egyes akkumulátorok üzemállapotának felügyeletéért és az energiatároló egység biztonságos és megbízható működéséért felelős.A BMS valós időben képes figyelni és gyűjteni az energiatároló akkumulátor állapotparamétereit (beleértve, de nem kizárólagosan az egycellás feszültséget, az akkumulátor pólushőmérsékletét, az akkumulátor hurokáramát, az akkumulátorcsomag kapocsfeszültségét, az akkumulátorrendszer szigetelési ellenállását stb.), és végezze el a szükséges elemzéseket és számításokat a releváns állapotparamétereken, hogy több rendszerállapot-értékelési paramétert kapjon.Ezenkívül az energiatároló akkumulátor hatékony vezérlését is megvalósíthatja speciális védelmi szabályozási stratégiák szerint, hogy biztosítsa a teljes akkumulátor-energiatároló egység biztonságos és megbízható működését.Ugyanakkor a BMS kölcsönhatásba léphet más külső eszközökkel (PCS, EMS, tűzvédelmi rendszer stb.) saját kommunikációs interfészén és analóg/digitális bemeneti interfészén keresztül, hogy a teljes energiatárolási teljesítményben összekapcsolja a különböző alrendszereket. állomás, amely biztosítja az erőmű biztonságos, megbízható és hatékony, hálózatra kapcsolt működését.

2) Építészet

A topológia architektúra szempontjából a BMS két kategóriába sorolható: centralizált és különböző projektkövetelmények szerint elosztott.

 

Központosított BMS

Egyszerűen fogalmazva, a központosított BMS egyetlen BMS-hardvert használ az összes cella összegyűjtésére, ami kevés cellát tartalmazó forgatókönyvekhez alkalmas.

A központosított BMS előnye az alacsony költség, a kompakt felépítés és a nagy megbízhatóság, és gyakran használják kis kapacitású, alacsony össznyomású és kis akkumulátorrendszer-térfogatú forgatókönyvekben, például elektromos szerszámokban, robotokban (kezelőrobotok, segédrobotok), IOT okosotthonok (seprőrobotok, elektromos porszívók), elektromos targoncák, alacsony sebességű elektromos járművek (elektromos kerékpárok, elektromos motorkerékpárok, elektromos városnéző autók, elektromos járőrautók, elektromos golfkocsik stb.) és könnyű hibrid járművek.

A központosított BMS hardver nagyfeszültségű és kisfeszültségű területekre osztható.A nagyfeszültségű terület felelős az egycellás feszültség, a rendszer teljes feszültségének összegyűjtéséért és a szigetelési ellenállás ellenőrzéséért.Az alacsony feszültségű terület tápellátási áramköröket, CPU áramköröket, CAN kommunikációs áramköröket, vezérlő áramköröket stb.

Mivel a személygépjárművek akkumulátor-rendszere folyamatosan fejlődik a nagy kapacitás, a nagy össznyomás és a nagy térfogat irányába, az elosztott BMS-architektúrákat főként a plug-in hibrid és a tisztán elektromos járművek modelljeiben használják.

Elosztott BMS

Jelenleg az iparágban különféle kifejezések léteznek az elosztott BMS-ekre, és a különböző cégeknek különböző neveik vannak.Az akkumulátoros BMS többnyire master-slave kétszintű architektúrával rendelkezik:

 

Az energiatároló BMS rendszerint háromszintű architektúra az akkumulátorcsomag nagy mérete miatt, a szolga és a fő vezérlőréteg felett egy fő vezérlőréteggel.

Ahogyan az akkumulátorok akkumulátorcsoportokat alkotnak, amelyek viszont halmokat alkotnak, a háromszintű BMS is ugyanazt a felfelé irányuló szabályt követi:

A vezérlőből: akkumulátor-kezelő egység (BMU), amely információkat gyűjt az egyes akkumulátorokról.

Figyelje az akkumulátorcella feszültségét és hőmérsékletét

Akkukiegyenlítés a csomagban

Információ feltöltése

hőkezelés

Rendellenes riasztás

Fő vezérlés: Akkumulátor fürt menedzsment egység: BCU (akkumulátor fürt egység, más néven nagyfeszültségű menedzsment egység HVU, BCMU stb.), felelős a BMU információk gyűjtéséért és az akkumulátor fürt információk gyűjtéséért.

Akkumulátor klaszter áramfelvétel, teljes feszültség felvétel, szivárgásérzékelés

Kikapcsolás elleni védelem, ha az akkumulátor állapota rendellenes

A BMS irányítása alatt a kapacitáskalibráció és az SOC kalibráció külön is elvégezhető a későbbi töltés- és kisütés-kezelés alapjaként

Az akkumulátortömb kezelő egység (BAU) felelős az akkumulátorok központi kezeléséért a teljes energiatároló akkumulátorkötegben.Különféle akkumulátorfürt-kezelő egységekhez kapcsolódik, és információkat cserél más eszközökkel, hogy visszajelzést adjon az akkumulátortömb működési állapotáról.

Akkumulátortömb töltés-kisütés-kezelése

BMS rendszer önellenőrző és hibadiagnosztikai riasztás

Akkumulátorcsomag hibadiagnosztikai riasztás

Biztonsági védelem az akkumulátortömb különböző rendellenességei és hibái ellen

Kommunikáljon más eszközökkel, mint például a PCS és az EMS

Adattárolás, továbbítás és feldolgozás

Akkumulátorkezelési réteg: felelős az egyes akkumulátorok különböző információinak (feszültség, hőmérséklet) összegyűjtéséért, az akkumulátorok SOC és SOH értékeinek kiszámításáért és elemzéséért, az egyes akkumulátorok aktív kiegyenlítéséért, valamint az egyes akkumulátorok abnormális információinak feltöltéséért a BCMU akkumulátoregység rétegbe.A CAN külső kommunikáción keresztül egy láncon keresztül kapcsolódik egymáshoz.

Akkumulátor menedzsment réteg: felelős a BMU által feltöltött egyes akkumulátorokról különféle információk gyűjtéséért, különféle információk gyűjtéséért az akkumulátorcsomagról (csomag feszültség, csomag hőmérséklet), az akkumulátor töltési és kisütési áramairól, az akkumulátor SOC és SOH kiszámításáért és elemzéséért , és az összes információ feltöltése a BAMS akkumulátorfürt egység rétegbe.A CAN külső kommunikáción keresztül egy láncon keresztül kapcsolódik egymáshoz.

Akkumulátor klaszter menedzsment réteg: felelős a BCMU által feltöltött különféle akkumulátorinformációk összegyűjtéséért és az összes információ feltöltéséért az energiatároló felügyeleti EMS rendszerbe az RJ45 interfészen keresztül;kommunikál a PCS-szel, hogy az akkumulátorról releváns rendellenes információkat küldjön a PCS-nek (CAN vagy RS485 interfész), és hardveres száraz csomópontokkal van felszerelve a PCS-vel való kommunikációhoz.Ezen kívül akkumulátorrendszer BSE (Battery State Estimate) kiértékelést, elektromos rendszer állapotfelismerést, kontaktorkezelést, hőkezelést, üzemirányítást, töltésmenedzsmentet, diagnosztikai menedzsmentet végez, valamint belső és külső kommunikációs hálózatkezelést végez.A CAN-on keresztül kommunikál a beosztottakkal.

3) Mit csinál a BMS?

A BMS-nek számos funkciója van, de a lényeg, és ami minket leginkább aggaszt, az három szempont:

Az egyik az érzékelés (state management), amely a BMS alapfunkciója.Méri a feszültséget, ellenállást, hőmérsékletet, és végül érzékeli az akkumulátor állapotát.Szeretnénk tudni, hogy milyen állapotban van az akkumulátor, mennyi energiával és kapacitással rendelkezik, mennyire egészséges, mennyi energiát termel, és mennyire biztonságos.Ez az érzékelés.

A második a menedzsment (egyenlegkezelés).Vannak, akik azt mondják, hogy a BMS az akkumulátor dajkája.Akkor ennek a dajkának kellene intéznie.Mit kell kezelni?Célja, hogy az akkumulátor a lehető legjobb legyen.A legalapvetőbb az egyensúlykezelés és a hőkezelés.

A harmadik a védelem (biztonsági menedzsment).A védőnőnek is van dolga.Ha az akkumulátor valamilyen állapotban van, védeni kell, és riasztást kell adni.

Természetesen létezik egy kommunikációs menedzsment komponens is, amely bizonyos protokollokon keresztül adatokat továbbít a rendszeren belül vagy kívül.

A BMS-nek számos egyéb funkciója van, mint például az üzemszabályozás, a szigetelés-felügyelet, a hőkezelés stb., amelyekről itt nem lesz szó.

 

3.1 Észlelés – Mérés és becslés

A BMS alapvető funkciója az akkumulátor paramétereinek mérése és becslése, beleértve az olyan alapvető paramétereket, mint a feszültség, áram, hőmérséklet és állapot, valamint az akkumulátor állapotára vonatkozó adatok, például az SOC és az SOH számítása.Az akkumulátorok teljesítménye magában foglalja az SOP (teljesítményállapot) és az SOE (energiaállapot) számításait is, amelyeket itt nem tárgyalunk.Az első két szélesebb körben használt adatra összpontosítunk.

Sejtmérés

1) Alapinformációk mérése: Az akkumulátor menedzsment rendszer legalapvetőbb funkciója az egyes akkumulátorcellák feszültségének, áramának és hőmérsékletének mérése, amely az akkumulátor menedzsment rendszerben minden legfelső szintű számítás és vezérlési logika alapja.

2) Szigetelési ellenállás vizsgálata: Szigetelésvizsgálat szükséges a teljes akkumulátorrendszerre és az akkumulátorkezelő rendszeren belüli nagyfeszültségű rendszerre.

3) Nagyfeszültségű reteszelés észlelése (HVIL): a teljes nagyfeszültségű rendszer integritásának megerősítésére és biztonsági intézkedések kezdeményezésére szolgál, ha a nagyfeszültségű rendszer hurok integritása veszélybe kerül.

SOC számítás

Az SOC a töltési állapotra utal, amely az akkumulátor maradék kapacitása.Egyszerűen fogalmazva, ez az, hogy mennyi energia maradt az akkumulátorban.

A BMS-ben az SOC a legfontosabb paraméter, hiszen minden más is ezen alapul.Ezért a pontossága és robusztussága (más néven hibajavító képesség) rendkívül fontos.Pontos SOC nélkül semmilyen védelmi funkció nem tudja megfelelően működni a BMS-t, mivel az akkumulátor gyakran védett állapotban van, ami lehetetlenné teszi az akkumulátor élettartamának meghosszabbítását.

Jelenleg a főáramú SOC becslési módszerek közé tartozik a nyitott áramkörű feszültség módszer, az áramintegrációs módszer, a Kalman-szűrő módszer és a neurális hálózati módszer.Az első két módszert általában használják.Az utóbbi két módszer olyan fejlett ismereteket foglal magában, mint az integrációs modellek és a mesterséges intelligencia, amelyeket itt nem részletezünk.

A gyakorlati alkalmazásokban gyakran több algoritmust használnak kombinációban, és az akkumulátor töltési és kisütési állapotától függően különböző algoritmusokat alkalmaznak.

nyitott áramköri feszültség módszer

A nyitott áramkörű feszültség módszer elve az, hogy az akkumulátor hosszú távú statikus elhelyezése mellett a nyitott feszültség és az SOC közötti viszonylag rögzített funkcionális kapcsolatot használjuk, és így a nyitott áramköri feszültség alapján becsüljük meg az SOC-t.A korábban általánosan használt ólom-savas akkumulátoros elektromos kerékpár ezt a módszert használja az SOC becslésére.A nyitott áramkörű feszültség módszer egyszerű és kényelmes, de számos hátránya is van:

1. Az akkumulátort hosszú ideig állni kell, különben a nyitott áramköri feszültséget nehéz rövid időn belül stabilizálni;

2. Feszültségplató van az akkumulátorokban, különösen a lítium-vas-foszfát akkumulátorokban, ahol a kapocsfeszültség és az SOC-görbe megközelítőleg lineáris az SOC30%-80%-os tartományban;

3. Az akkumulátor különböző hőmérsékletű vagy eltérő élettartamú, és bár a nyitott áramköri feszültség azonos, a tényleges SOC különbség nagy lehet;

Ahogy az alábbi ábrán is látható, ha ezt az elektromos kerékpárt használjuk, ha az aktuális SOC 100%-ban jelenik meg, akkor a feszültség leesik gyorsításkor, és a teljesítmény 80%-ban jelenhet meg.Amikor abbahagyjuk a gyorsítást, a feszültség emelkedik, és a teljesítmény visszaugrik 100%-ra.Tehát elektromos robogónk teljesítménykijelzője nem pontos.Amikor megállunk, van ereje, de amikor elindulunk, elfogy.Lehet, hogy ez nem az akkumulátorral van probléma, hanem a BMS túl egyszerű SoC algoritmusa miatt lehet.

An-Shi integrál módszer

Az Anshicontinuous integrációs módszer az SOC definícióján keresztül közvetlenül, valós időben számítja ki az SOC értéket.

A kezdeti SOC érték ismeretében mindaddig, amíg az akkumulátoráram mérhető (ahol a kisülési áram pozitív), az akkumulátor kapacitásának változása az áramintegráció révén pontosan kiszámítható, ami a maradék SOC-t eredményezi.

Ez a módszer viszonylag megbízható becslési eredményekkel rendelkezik rövid időn belül, de az áramérzékelő mérési hibái és az akkumulátor kapacitásának fokozatos csökkenése miatt a hosszú távú áramintegráció bizonyos eltéréseket okoz.Ezért általában a nyitott áramkörű feszültség módszerrel együtt használják az SOC becslés kezdeti értékének becslésére alacsony pontossági követelmények mellett, és a Kálmán szűrési módszerrel együtt is használható rövid távú SOC előrejelzéshez.

A SOC (State Of Charge) a BMS alapvető vezérlőalgoritmusához tartozik, és az aktuális fennmaradó kapacitás állapotát jelzi.Főleg az amperórás integrációs módszerrel és EKF (Extended Kalman Filter) algoritmussal érhető el, kombinálva korrekciós stratégiákkal (például nyitott áramkörű feszültségkorrekció, teljes töltéskorrekció, töltésvégkorrekció, kapacitáskorrekció különböző hőmérsékleteken és SOH, stb.).Az amperórás integrációs módszer az áramfelvételi pontosság biztosítása mellett viszonylag megbízható, de nem robusztus.A hibák felhalmozódása miatt korrekciós stratégiákkal kell kombinálni.Az EKF módszer robusztus, de az algoritmus viszonylag bonyolult és nehezen megvalósítható.A hazai főbb gyártók szobahőmérsékleten 6%-nál kisebb pontosságot tudnak elérni, de magas és alacsony hőmérsékleten, valamint az akkumulátor csillapításának becslése nehéz.

SOC korrekció

A jelenlegi ingadozások miatt a becsült SOC pontatlan lehet, és különböző korrekciós stratégiákat kell beépíteni a becslési folyamatba.

 

SOH számítás

Az SOH az egészségi állapotra utal, amely az akkumulátor aktuális egészségi állapotát (vagy az akkumulátor leromlásának mértékét) jelzi.Általában 0 és 100% közötti értékként jelenítik meg, a 80% alatti értékek pedig általában azt jelzik, hogy az akkumulátor már nem használható.Ez az akkumulátor kapacitásának vagy a belső ellenállás változásával jellemezhető.A kapacitás felhasználása során az aktuális akkumulátor tényleges kapacitását az akkumulátor működési folyamatából származó adatok alapján becsüljük meg, és ennek a névleges kapacitáshoz viszonyított aránya az SOH.A pontos SOH javítja a többi modul becslési pontosságát, amikor az akkumulátor romlik.

Az SOH-nak két különböző meghatározása létezik az iparágban:

SOH definíció a kapacitás fade alapján

A lítium-ion akkumulátorok használata során az akkumulátor belsejében lévő aktív anyag fokozatosan csökken, a belső ellenállás nő, a kapacitás csökken.Ezért az SOH az akkumulátor kapacitása alapján becsülhető meg.Az akkumulátor egészségi állapotát az aktuális kapacitás és a kezdeti kapacitás arányában fejezzük ki, az SOH-t pedig a következőképpen definiáljuk:

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

Ahol: C_fade az akkumulátor elveszett kapacitása;A C_standard a névleges kapacitás.

Az IEEE 1188-1996 szabvány előírja, hogy ha az akkumulátor kapacitása 80%-ra csökken, az akkumulátort ki kell cserélni.Ezért általában úgy gondoljuk, hogy az akkumulátor SOH nem elérhető, ha 80% alatt van.

SOH-definíció a teljesítmény csillapításán (Power Fade) alapuló

Szinte minden típusú akkumulátor elöregedése az akkumulátor belső ellenállásának növekedéséhez vezet.Minél nagyobb az akkumulátor belső ellenállása, annál kisebb a rendelkezésre álló teljesítmény.Ezért az SOH teljesítménycsillapítás segítségével megbecsülhető.

3.2 Irányítás – Kiegyensúlyozott technológia

Minden akkumulátornak megvan a maga „személyisége”

Ha az egyensúlyról beszélünk, az akkumulátorokkal kell kezdenünk.Még az ugyanazon gyártó által ugyanabban a tételben gyártott akkumulátoroknak is megvannak a saját életciklusai és „személyiségei” – az egyes akkumulátorok kapacitása nem lehet teljesen azonos.Ennek az ellentmondásnak két oka van:

Az egyik a sejttermelés következetlensége

Az egyik az elektrokémiai reakciók következetlensége.

gyártási következetlenség

A gyártási következetlenségeket könnyű megérteni.Például a gyártási folyamat során a membrán inkonzisztenciája, valamint a katód és az anód anyagának inkonzisztenciája az akkumulátor teljes kapacitásának inkonzisztenciáját eredményezheti.A szabványos 50AH-s akkumulátor 49AH-s vagy 51AH-s lehet.

elektrokémiai inkonzisztencia

Az elektrokémia inkonzisztenciája abban rejlik, hogy az akkumulátor töltése és kisütése során, még ha a két cella előállítása és feldolgozása azonos is, a termikus környezet soha nem lehet konzisztens az elektrokémiai reakció folyamatában.Például akkumulátormodulok készítésénél a környező gyűrű hőmérsékletének alacsonyabbnak kell lennie, mint a középsőé.Ez hosszú távú inkonzisztenciát eredményez a töltési és kisütési mennyiség között, ami viszont inkonzisztens akkumulátorcella-kapacitáshoz vezet;Ha az akkumulátorcellán lévő SEI-fólia töltő- és kisütési árama hosszú ideig inkonzisztens, a SEI-fólia öregedése is inkonzisztens lesz.

*SEI film: „szilárd elektrolit interfész” (szilárd elektrolit interfész).A folyékony lítium-ion akkumulátor első töltéskisülési folyamata során az elektróda anyaga reakcióba lép az elektrolittal a szilárd-folyadék fázis határfelületén, és passzivációs réteget képez, amely az elektróda anyagának felületét fedi.A SEI fólia elektronikus szigetelő, de kiváló lítium-ionvezető, amely nemcsak az elektródát védi, de az akkumulátor működését sem befolyásolja.A SEI fólia öregedése jelentős hatással van az akkumulátor állapotára.

Ezért az akkumulátoregységek egyenetlensége (vagy diszkrétsége) az akkumulátor működésének elkerülhetetlen megnyilvánulása.

Miért van szükség egyensúlyra

Az akkumulátorok különbözőek, miért nem próbálja meg őket egyformavá tenni?Mivel az inkonzisztencia befolyásolja az akkumulátor teljesítményét.

A soros akkumulátorcsomag a rövid csövű effektust követi: a soros akkumulátorcsomag-rendszerben a teljes akkumulátorcsomag-rendszer kapacitását a legkisebb egység határozza meg.

Tegyük fel, hogy van egy akkumulátorunk, amely három elemből áll:

Tudjuk, hogy a túltöltés és a túltöltés súlyosan károsíthatja az akkumulátorokat.Ezért, ha a B akkumulátor teljesen fel van töltve töltés közben, vagy ha a B akkumulátor SoC-értéke nagyon alacsony lemerülés közben, le kell állítani a töltést és a kisütést a B akkumulátor védelme érdekében. Ennek eredményeként az A és C akkumulátorok teljesítménye nem lehet teljes hasznosított.

Ez ahhoz vezet:

Csökkent az akkumulátorcsomag tényleges hasznosítható kapacitása: az A és C akkumulátor, amely a rendelkezésre álló kapacitást ki tudta volna használni, most nem tudja megtenni a B akkumulátor befogadására. Olyan ez, mint két ember három lábon megkötözve, a magasabb ember, aki nem tud nagy lépéseket tenni.

Csökkentett akkumulátor-élettartam: A kisebb lépéshossz több lépést igényel, és jobban elfárad a lábak.Csökkentett kapacitás mellett a töltési és kisütési ciklusok száma nő, ami az akkumulátor nagyobb leromlását eredményezi.Például egyetlen cella 4000 ciklust képes elérni 100%-os DoD mellett, de tényleges használatban nem éri el a 100%-ot, és a ciklusok száma biztosan nem éri el a 4000-et.

*DoD, kisülési mélység, az akkumulátor kisütési kapacitásának százalékos arányát jelenti az akkumulátor névleges kapacitásához viszonyítva.

Az akkumulátorok inkonzisztenciája az akkumulátorcsomag teljesítményének csökkenéséhez vezet.Ha az akkumulátormodul mérete nagy, akkor több akkumulátorsor van sorba kötve, és egy nagy feszültségkülönbség a teljes doboz kapacitásának csökkenését okozza.Minél több akkumulátor van sorba kötve, annál nagyobb kapacitást veszítenek.Alkalmazásainkban azonban, különösen az energiatároló rendszerekben, két fontos követelmény van:

Az első a hosszú élettartamú akkumulátor, amely nagymértékben csökkentheti az üzemeltetési és karbantartási költségeket.Az energiatároló rendszer magas követelményeket támaszt az akkumulátorcsomag élettartamával szemben.A hazaiak nagy része 15 évre készült.Ha évi 300 ciklust feltételezünk, akkor 15 év 4500 ciklus, ami még mindig nagyon magas.Maximalizálnunk kell az egyes akkumulátorok élettartamát, hogy a teljes akkumulátorcsomag teljes élettartama a lehető legnagyobb mértékben elérje a tervezett élettartamot, és csökkentsük az akkumulátor szétszóródásának hatását az akkumulátor élettartamára.

A második mély ciklus, különösen a csúcs borotválkozás alkalmazási forgatókönyvében, egy kWh elektromos áram felszabadítása egy ponttal több bevételt hoz.Vagyis 80%DoD-t vagy 90%DoD-t fogunk csinálni.Ha az energiatároló rendszerben a mélyciklust alkalmazzuk, akkor az akkumulátor szóródása a farkisülés során megnyilvánul.Ezért az egyes cellák kapacitásának teljes felszabadítása érdekében mélytöltés és mélykisütés esetén meg kell követelni az energiatároló BMS-től, hogy erős kiegyenlítés-kezelési képességekkel rendelkezzen, és megakadályozza az akkumulátorcellák közötti konzisztencia előfordulását. .

Ez a két követelmény pontosan ellentétes az akkumulátor inkonzisztenciájával.Hatékonyabb akkumulátor-alkalmazások eléréséhez hatékonyabb kiegyensúlyozó technológiára van szükségünk, hogy csökkentsük az akkumulátor inkonzisztenciájának hatását.

egyensúlyi technológia

Az akkumulátorkiegyenlítő technológia egy módja annak, hogy a különböző kapacitású akkumulátorokat egyformák legyenek.Két elterjedt kiegyenlítési módszer létezik: az energiadisszipációs egyirányú kiegyenlítés (passzív kiegyenlítés) és az energiaátviteli kétirányú kiegyenlítés (aktív kiegyenlítés).

(1) Passzív egyensúly

A passzív kiegyenlítés elve az, hogy minden akkumulátorsoron párhuzamosan kapcsolható kisülési ellenállást kell kapcsolni.A BMS vezérli a kisülési ellenállást a nagyobb feszültségű cellák kisütésére, és az elektromos energiát hőként disszipálja.Például amikor a B akkumulátor majdnem teljesen fel van töltve, a kapcsoló kinyílik, hogy a B akkumulátor ellenállása hőként elvezesse a felesleges elektromos energiát.Ezután a töltés addig folytatódik, amíg az A és C akkumulátor is teljesen fel nem töltődik.

Ezzel a módszerrel csak a nagyfeszültségű cellákat lehet kisütni, a kis kapacitású cellákat nem lehet újratölteni.A kisülési ellenállás teljesítménykorlátozása miatt a kiegyenlítő áram általában kicsi (kevesebb, mint 1A).

A passzív kiegyenlítés előnyei az alacsony költség és az egyszerű áramkör kialakítás;hátránya, hogy a kiegyenlítéshez a legalacsonyabb maradék akkumulátorkapacitáson alapul, ami nem tudja növelni az alacsony maradék kapacitású akkumulátorok kapacitását, és a kiegyenlített teljesítmény 100%-a hő formájában elvész.

(2) Aktív egyenleg

Algoritmusokon keresztül több akkumulátorsor továbbítja a nagyfeszültségű cellák energiáját az alacsony feszültségű cellákba energiatároló komponensek segítségével, kisütve a nagyobb feszültségű akkumulátorokat, és a felszabaduló energiát az alacsonyabb feszültségű cellák töltésére használja.Az energia elsősorban átvitelre kerül, nem pedig eloszlatásra.

Így a töltés során a 100%-os feszültséget először elérő B akkumulátor A-ra és C-re lemerül, és a három akkumulátor együtt töltődik fel teljesen.Kisütés közben, amikor a B akkumulátor maradék töltése túl alacsony, A és C „feltölti” B-t, így a B cella nem éri el olyan gyorsan a kisütés megállításához szükséges SOC küszöböt.

Az aktív kiegyensúlyozó technológia főbb jellemzői

(1) Az akkumulátorcsomag hatékonyságának javítása érdekében egyensúlyozza ki a magas és alacsony feszültséget: Töltés és kisütés közben, valamint nyugalmi állapotban a nagyfeszültségű akkumulátorok kisüthetők, az alacsony feszültségű akkumulátorok pedig tölthetők;

(2) Alacsony veszteségű energiaátadás: az energia elsősorban átadódik, nem pedig egyszerűen elveszik, javítva az energiafelhasználás hatékonyságát;

(3) Nagy egyensúlyi áram: Általában az egyensúlyi áram 1 és 10 A között van, és az egyensúly gyorsabb;

Az aktív kiegyenlítéshez megfelelő áramkörök és energiatároló eszközök konfigurálása szükséges, ami nagy mennyiséget és megnövekedett költségeket eredményez.Ez a két feltétel együttesen határozza meg, hogy az aktív kiegyenlítést nem könnyű előmozdítani és alkalmazni.

Ezenkívül az aktív kiegyenlítő töltési és kisütési folyamat implicit módon megnöveli az akkumulátor élettartamát.Azon cellák esetében, amelyek az egyensúly eléréséhez töltést és kisütést igényelnek, a további munkaterhelés miatt előfordulhat, hogy meghaladják a hagyományos cellák öregedését, ami nagyobb teljesítménybeli különbséget eredményezhet a többi cellához képest.

Egyes szakértők úgy vélik, hogy a fenti két kifejezésnek meg kell felelnie a disszipatív egyensúlynak és a nem disszipatív egyensúlynak.Az, hogy aktív vagy passzív, az egyensúlyi folyamatot kiváltó eseménytől függ.Ha a rendszer elér egy olyan állapotot, ahol passzívnak kell lennie, akkor passzív.Ha ember állítja be, akkor az egyensúlyi program beállítását, amikor nem szükséges egyensúlyozni, aktív egyensúlynak nevezzük.

Például, amikor a kisülés a végén van, a legalacsonyabb feszültségű cella elérte a kisülési lekapcsolási feszültséget, míg a többi cellában még mindig van áram.Ekkor a rendszer a nagy energiájú cellák villamos energiáját kisenergiájú cellákba továbbítja, hogy a lehető legtöbb elektromos áramot kisüthesse, így a kisülési folyamat mindaddig folytatódhat, amíg az összes energia le nem merül.Ez egy passzív kiegyenlítési folyamat.Ha a rendszer azt jósolja, hogy a kisütés végén egyensúlyhiány lép fel, amikor még 40%-a van hátra, akkor aktív kiegyenlítési folyamatot indít el.

Az aktív kiegyenlítés centralizált és decentralizált módszerekre oszlik.A központosított kiegyenlítési módszer a teljes akkumulátorcsomagból nyeri az energiát, majd egy energiaátalakító eszköz segítségével kevesebb energiával egészíti ki az akkumulátorokat.A decentralizált kiegyenlítés magában foglalja a szomszédos akkumulátorok közötti energiatároló kapcsolatot, amely lehet induktor vagy kondenzátor, lehetővé téve az energia áramlását a szomszédos akkumulátorok között.

A jelenlegi egyensúlyszabályozási stratégiában vannak, akik a cellafeszültséget veszik szabályozási célparaméternek, és vannak olyanok is, akik a SOC használatát javasolják egyensúlyszabályozási célparaméterként.Példaként a cella feszültségét vesszük.

Először állítson be egy pár küszöbértéket a kiegyenlítés indításához és befejezéséhez: például egy akkumulátorkészletben, amikor egy cella szélső feszültsége és a készlet átlagos feszültsége közötti különbség eléri az 50 mV-ot, a kiegyenlítés elindul, és amikor eléri az 5mV-ot, a kiegyenlítés véget ért.

A BMS begyűjti az egyes cellák feszültségét egy rögzített adatgyűjtési ciklus szerint, kiszámítja az átlagértéket, majd kiszámítja az egyes cellák feszültségei és az átlagérték közötti különbséget;

Ha a maximális különbség eléri az 50 mV-ot, a BMS-nek el kell indítania a kiegyenlítési folyamatot;

Folytassa a 2. lépést a kiegyenlítési folyamat során, amíg a különbségértékek mindegyike kisebb, mint 5 mV, majd fejezze be a kiegyenlítést.

Meg kell jegyezni, hogy nem minden BMS-nek van szüksége erre a lépésre, és a későbbi stratégiák a mérlegmódszertől függően változhatnak.

A balansz technológia az akkumulátor típusához is kapcsolódik.Általában úgy gondolják, hogy az LFP alkalmasabb az aktív egyensúlyra, míg a háromkomponensű akkumulátorok alkalmasak a passzív egyensúlyra.

Az intenzív verseny szakaszát a BMS-ben leginkább a költségek és a megbízhatóság támogatják.Jelenleg az aktív kiegyensúlyozás kísérleti ellenőrzése még nem történt meg.A funkcionális biztonság szintje várhatóan az ASIL-C és az ASIL-D felé fog elmozdulni, de a költségek meglehetősen magasak.Ezért a jelenlegi nagyvállalatok óvatosak az aktív egyensúlyozási kutatással kapcsolatban.Néhány nagy gyár még a kiegyenlítő modult is le akarja vonni, és az összes kiegyensúlyozást külsőleg elvégeztetni, hasonlóan az üzemanyaggal működő járművek karbantartásához.Minden alkalommal, amikor a jármű megtesz egy bizonyos távolságot, a 4S üzletbe kerül külső egyensúlyozásra.Ez csökkenti a teljes jármű BMS költségeit, és a megfelelő 4S üzlet számára is előnyös.Ez minden fél számára előnyös helyzet.Ezért személy szerint megértem, hogy ez trenddé válhat!

3.3 Védelem – hibadiagnosztika és riasztás

A BMS-felügyelet az elektromos rendszer hardveréhez illeszkedik, és az akkumulátor különböző teljesítményi viszonyai szerint különböző hibaszintekre (kisebb meghibásodás, súlyos meghibásodás, végzetes meghibásodás) van felosztva.Különböző meghibásodási szinteken különböző kezelési intézkedéseket tesznek: figyelmeztetés, teljesítménykorlátozás vagy közvetlen nagyfeszültség-lekapcsolás.A hibák közé tartoznak az adatgyűjtési és ésszerűségi hibák, az elektromos hibák (érzékelők és működtetők), a kommunikációs hibák és az akkumulátor állapotának hibái.

Gyakori példa, amikor egy akkumulátor túlmelegszik, a BMS megállapítja, hogy az akkumulátor túlmelegszik az összegyűjtött akkumulátorhőmérséklet alapján, majd leválasztja az akkumulátor áramkörét, túlmelegedés elleni védelmet hajt végre, és riasztást küld a felügyeleti rendszereknek, például az EMS-nek.

3.4 Kommunikáció

A BMS normál működése nem választható el kommunikációs funkciójától.Legyen szó az akkumulátor vezérléséről az akkumulátorkezelés során, az akkumulátor állapotának továbbításáról a külvilág felé, vagy vezérlési utasítások fogadásáról, stabil kommunikációra van szükség.

Az akkumulátoros rendszerben a BMS egyik vége az akkumulátorhoz, a másik vége pedig a teljes jármű vezérlő- és elektronikus rendszeréhez csatlakozik.Az általános környezet CAN protokollt használ, de van különbség a belső CAN használata az akkumulátorcsomag belső alkatrészei között, illetve a jármű CAN használata az akkumulátorcsomag és a teljes jármű között.

Ezzel szemben az energiatároló BMS és a belső kommunikáció alapvetően CAN protokollt használ, de külső kommunikációja (a külső elsősorban a PCS energiatároló erőművi diszpécserrendszerre utal) gyakran TCP/IP protokollt és modbus protokollt használ.

4) Energiatároló BMS

Az energiatároló BMS-gyártók általában az akkumulátoros BMS-ből fejlődtek ki, így sok terv és kifejezés történelmi eredetű

Például az akkumulátort általában BMU-ra (Battery Monitor Unit) és BCU-ra (Battery Control Unit) osztják, ahol az előbbi gyűjti az adatokat, az utóbbi pedig vezérli azokat.

Mivel az akkumulátorcella elektrokémiai folyamat, több akkumulátorcella alkot egy akkumulátort.Az egyes akkumulátorcellák jellemzőiből adódóan, függetlenül attól, hogy milyen pontos a gyártási folyamat, az egyes akkumulátorcellákban idővel és a környezettől függően lesznek hibák és következetlenségek.Ezért az akkumulátor-menedzsment rendszer célja, hogy korlátozott paramétereken keresztül értékelje az akkumulátor aktuális állapotát, ami kicsit olyan, mint a hagyományos kínai orvoslás, aki a tünetek megfigyelésével diagnosztizálja a pácienst, nem pedig a nyugati orvoslás, amely fizikai és kémiai elemzést igényel.Az emberi test fizikai és kémiai elemzése hasonló az akkumulátor elektrokémiai jellemzőihez, amelyek nagyszabású kísérleti műszerekkel mérhetők.A beágyazott rendszerek számára azonban nehéz az elektrokémia egyes mutatóit értékelni.Ezért a BMS olyan, mint egy régi kínai orvos.

4.1 Az energiatároló BMS háromrétegű architektúrája

Az energiatároló rendszerekben található akkumulátorcellák nagy száma miatt a költségmegtakarítás érdekében a BMS-t általában rétegesen, két vagy három rétegben valósítják meg.Jelenleg a mainstream három rétegből áll: mester vezérlés/fő vezérlés/szolga vezérlés.

4.2 Az energiatároló BMS részletes leírása

5) Jelenlegi helyzet és jövőbeli trend

Többféle gyártó is gyárt BMS-t:

Az első kategória a legnagyobb teljesítményű végfelhasználó az akkumulátor BMS-ben – autógyárak.Valójában külföldön is a legerősebb BMS gyártási erőt az autógyárak jelentik, mint a General Motors, a Tesla stb.. Itthon van BYD, Huating Power stb.

A második kategória az akkumulátorgyárak, beleértve a cellagyártókat és a csomaggyártókat, mint például a Samsung, a Ningde Times, a Xinwangda, a Desay Battery, a Topband Co., Ltd., a Beijing Purrad stb.;

A harmadik típusú BMS-gyártók azok, akik sok éves tapasztalattal rendelkeznek a teljesítményelektronikai technológia terén, és egyetemi vagy kapcsolódó vállalati háttérrel rendelkező K+F csapatokkal rendelkeznek, mint például az Eternal Electronics, a Hangzhou Gaote Electronics, a Xie Neng Technology és a Kegong Electronics.

Ellentétben a nagy teljesítményű akkumulátorok BMS-ével, amelyet elsősorban a termináljármű-gyártók uralnak, úgy tűnik, hogy az energiatároló akkumulátorok végfelhasználóinak nincs szükségük vagy konkrét cselekvésük a BMS kutatás-fejlesztésében és gyártásában.Az sem valószínű, hogy sok pénzt és energiát költenek nagyméretű akkumulátor-kezelő rendszerek fejlesztésére.Ebből kifolyólag úgy tekinthetjük, hogy az energiatároló akkumulátoros BMS-iparban hiányzik az abszolút előnyökkel rendelkező fontos szereplő, hatalmas teret hagyva a fejlődésnek és a fantáziának az energiatároló BMS-re fókuszáló akkumulátorgyártók és -szállítók számára.Ha létrejön az energiatárolási piac, az nagy teret ad az akkumulátorgyártóknak és a professzionális BMS-gyártóknak a fejlődéshez, és kisebb lesz a versenyellenállás.

Jelenleg viszonylag kevés professzionális BMS-gyártó foglalkozik az energiatároló BMS-ek fejlesztésével, elsősorban annak köszönhetően, hogy az energiatárolási piac még gyerekcipőben jár, és továbbra is sok kétség merül fel a piacon az energiatárolás jövőbeni fejlesztésével kapcsolatban.Ezért a legtöbb gyártó nem fejlesztett ki energiatároláshoz kapcsolódó BMS-t.A tényleges üzleti környezetben is vannak olyan gyártók, akik elektromos járművek akkumulátor-rendszerét vásárolják, hogy energiatároló akkumulátorok BMS-eként használják.Úgy gondolják, hogy a jövőben a professzionális elektromos jármű BMS-gyártók is fontos részévé válnak a nagyszabású energiatárolási projektekben használt BMS-szállítóknak.

Ebben a szakaszban hiányoznak a különböző energiatároló rendszerek szállítói által biztosított egységes szabványok a BMS-re vonatkozóan.A különböző gyártók eltérő tervezéssel és definícióval rendelkeznek a BMS-hez, és attól függően, hogy milyen akkumulátorokkal kompatibilisek, a SOX algoritmus, a kiegyenlítési technológia és a feltöltött kommunikációs adattartalom is változhat.A BMS gyakorlati alkalmazása során az ilyen különbségek növelik az alkalmazási költségeket és károsak az ipari fejlődésre.Ezért a BMS szabványosítása és modularizálása is fontos fejlesztési irány lesz a jövőben.