Pengetahuan dan Fungsi BMS Sistem Manajemen Baterai, Sebuah Pengantar

Nama lengkap BMS adalah Sistem Manajemen Baterai.Ini adalah perangkat yang memonitor status baterai penyimpan energi.Hal ini terutama digunakan untuk manajemen cerdas dan pemeliharaan sel baterai individu, mencegah pengisian daya yang berlebihan dan pengosongan baterai yang berlebihan, memperpanjang masa pakai baterai, dan memantau status baterai.Umumnya, BMS direpresentasikan sebagai papan sirkuit atau kotak perangkat keras.

 

BMS adalah salah satu subsistem inti dari sistem penyimpanan energi baterai, yang bertanggung jawab untuk memantau status pengoperasian setiap baterai di unit penyimpanan energi baterai dan memastikan pengoperasian unit penyimpanan energi yang aman dan andal.BMS dapat memantau dan mengumpulkan parameter status baterai penyimpan energi secara real time (termasuk namun tidak terbatas pada tegangan sel tunggal, suhu kutub baterai, arus loop baterai, tegangan terminal paket baterai, resistansi isolasi sistem baterai, dll.), dan melakukan analisis dan perhitungan yang diperlukan pada parameter status yang relevan untuk mendapatkan lebih banyak parameter evaluasi status sistem.Hal ini juga dapat mencapai pengendalian yang efektif terhadap baterai penyimpan energi itu sendiri sesuai dengan strategi pengendalian perlindungan khusus untuk memastikan pengoperasian seluruh unit penyimpanan energi baterai yang aman dan andal.Pada saat yang sama, BMS dapat berinteraksi dengan perangkat eksternal lainnya (PCS, EMS, sistem proteksi kebakaran, dll.) melalui antarmuka komunikasinya sendiri dan antarmuka input analog/digital untuk membentuk kontrol keterkaitan berbagai subsistem di seluruh daya penyimpanan energi stasiun, memastikan pengoperasian pembangkit listrik yang terhubung ke jaringan listrik secara aman, andal, dan efisien.

2) Arsitektur

Dari perspektif arsitektur topologi, BMS dibagi menjadi dua kategori: terpusat dan didistribusikan sesuai dengan kebutuhan proyek yang berbeda.

 

BMS terpusat

Sederhananya, BMS terpusat menggunakan satu perangkat keras BMS untuk mengumpulkan semua sel, yang cocok untuk skenario dengan sedikit sel.

BMS terpusat memiliki keunggulan berbiaya rendah, struktur kompak, dan keandalan tinggi, dan biasanya digunakan dalam skenario dengan kapasitas rendah, tekanan total rendah, dan volume sistem baterai kecil, seperti perkakas listrik, robot (robot penanganan, robot bantu), Rumah pintar IOT (robot penyapu, penyedot debu listrik), forklift listrik, kendaraan listrik berkecepatan rendah (sepeda listrik, sepeda motor listrik, mobil tamasya listrik, mobil patroli listrik, kereta golf listrik, dll.), dan kendaraan hibrida ringan.

Perangkat keras BMS terpusat dapat dibagi menjadi area bertegangan tinggi dan bertegangan rendah.Area tegangan tinggi bertanggung jawab untuk mengumpulkan tegangan sel tunggal, tegangan total sistem, dan memantau resistansi isolasi.Area tegangan rendah meliputi rangkaian catu daya, rangkaian CPU, rangkaian komunikasi CAN, rangkaian kontrol, dan sebagainya.

Karena sistem daya baterai kendaraan penumpang terus berkembang menuju kapasitas tinggi, tekanan total tinggi, dan volume besar, arsitektur BMS terdistribusi terutama digunakan pada model kendaraan hibrida plug-in dan listrik murni.

BMS yang didistribusikan

Saat ini, terdapat berbagai istilah untuk PASI yang didistribusikan di industri, dan perusahaan yang berbeda memiliki nama yang berbeda pula.Baterai daya BMS sebagian besar memiliki arsitektur dua tingkat master-slave:

 

BMS penyimpanan energi biasanya merupakan arsitektur tiga tingkat karena ukuran baterai yang besar, dengan lapisan kontrol master di atas lapisan kontrol budak dan utama.

Sama seperti baterai yang membentuk kelompok baterai, yang kemudian membentuk tumpukan, BMS tiga tingkat juga mengikuti aturan ke atas yang sama:

Dari kontrol: unit manajemen baterai (BMU), yang mengumpulkan informasi dari masing-masing baterai.

Pantau voltase dan suhu sel baterai

Pemerataan baterai dalam paket

Unggahan informasi

manajemen termal

Alarm tidak normal

Kontrol utama: Unit manajemen cluster baterai: BCU (unit cluster baterai, juga dikenal sebagai unit manajemen tegangan tinggi HVU, BCMU, dll.), bertanggung jawab untuk mengumpulkan informasi BMU dan mengumpulkan informasi cluster baterai.

Akuisisi arus cluster baterai, akuisisi tegangan total, deteksi kebocoran

Perlindungan mematikan daya ketika status baterai tidak normal

Di bawah pengelolaan BMS, kalibrasi kapasitas dan kalibrasi SOC dapat diselesaikan secara terpisah sebagai dasar untuk manajemen pengisian dan pengosongan selanjutnya

Unit manajemen susunan baterai (BAU) bertanggung jawab atas manajemen terpusat baterai di seluruh tumpukan baterai penyimpan energi.Ini terhubung ke berbagai unit manajemen cluster baterai dan bertukar informasi dengan perangkat lain untuk memberikan umpan balik mengenai status pengoperasian susunan baterai.

Manajemen pengisian dan pengosongan rangkaian baterai

Sistem BMS memeriksa sendiri dan alarm diagnosis kesalahan

Alarm diagnosis kesalahan paket baterai

Perlindungan keamanan untuk berbagai kelainan dan kesalahan pada rangkaian baterai

Berkomunikasi dengan perangkat lain seperti PCS dan EMS

Penyimpanan, transmisi, dan pemrosesan data

Lapisan manajemen baterai: bertanggung jawab untuk mengumpulkan berbagai informasi (tegangan, suhu) masing-masing baterai, menghitung dan menganalisis SOC dan SOH baterai, mencapai pemerataan aktif masing-masing baterai, dan mengunggah informasi abnormal masing-masing baterai ke lapisan unit paket baterai BCMU.Melalui komunikasi eksternal CAN, itu saling terhubung melalui rantai daisy.

Lapisan manajemen baterai: bertanggung jawab untuk mengumpulkan berbagai informasi dari masing-masing baterai yang diunggah oleh BMU, mengumpulkan berbagai informasi tentang paket baterai (tegangan paket, suhu paket), arus pengisian dan pengosongan paket baterai, menghitung dan menganalisis SOC dan SOH paket baterai , dan mengunggah semua informasi ke lapisan unit cluster baterai BAMS.Melalui komunikasi eksternal CAN, itu saling terhubung melalui rantai daisy.

Lapisan manajemen cluster baterai: bertanggung jawab untuk mengumpulkan berbagai informasi baterai yang diunggah oleh BCMU dan mengunggah semua informasi ke sistem EMS pemantauan penyimpanan energi melalui antarmuka RJ45;berkomunikasi dengan PCS untuk mengirimkan informasi abnormal baterai yang relevan ke PCS (antarmuka CAN atau RS485), dan dilengkapi dengan node kering perangkat keras untuk berkomunikasi dengan PCS.Selain itu, ia melakukan evaluasi BSE (Perkiraan Status Baterai) sistem baterai, deteksi status sistem kelistrikan, manajemen kontaktor, manajemen termal, manajemen operasi, manajemen pengisian daya, manajemen diagnostik, dan melakukan manajemen jaringan komunikasi internal dan eksternal.Berkomunikasi dengan bawahan melalui CAN.

3) Apa yang dilakukan BMS?

Fungsi BMS banyak sekali, namun inti dan yang paling kita perhatikan ada tiga aspek:

Salah satunya adalah sensing (manajemen keadaan), yang merupakan fungsi dasar PASI.Ini mengukur tegangan, resistansi, suhu, dan pada akhirnya merasakan keadaan baterai.Kita ingin mengetahui kondisi baterai, berapa banyak energi dan kapasitas yang dimilikinya, seberapa sehat baterai tersebut, berapa banyak daya yang dihasilkan, dan seberapa aman baterai tersebut.Ini adalah penginderaan.

Yang kedua adalah manajemen (manajemen keseimbangan).Beberapa orang mengatakan bahwa BMS adalah pengasuh baterai.Maka pengasuh ini harus mengaturnya.Apa yang harus dikelola?Hal ini untuk membuat baterai sebaik mungkin.Yang paling mendasar adalah manajemen keseimbangan dan manajemen termal.

Yang ketiga adalah proteksi (manajemen keselamatan).Pengasuh juga memiliki pekerjaan yang harus dilakukan.Jika baterai mempunyai status tertentu, baterai perlu dilindungi dan alarm perlu dibunyikan.

Tentunya juga terdapat komponen manajemen komunikasi yang mentransfer data di dalam atau di luar sistem melalui protokol tertentu.

BMS memiliki banyak fungsi lain, seperti pengendalian operasi, pemantauan isolasi, manajemen termal, dll., yang tidak dibahas di sini.

 

3.1 Persepsi – Pengukuran dan Estimasi

Fungsi dasar BMS adalah untuk mengukur dan memperkirakan parameter baterai, termasuk parameter dasar seperti tegangan, arus, suhu, dan keadaan, serta perhitungan data keadaan baterai seperti SOC dan SOH.Bidang ketenagalistrikan juga melibatkan perhitungan SOP (state of power) dan BUMN (state of energy) yang tidak dibahas di sini.Kami akan fokus pada dua data pertama yang lebih banyak digunakan.

Pengukuran sel

1) Pengukuran informasi dasar: Fungsi paling dasar dari sistem manajemen baterai adalah untuk mengukur tegangan, arus, dan suhu masing-masing sel baterai, yang merupakan dasar untuk semua perhitungan tingkat atas dan logika kontrol dalam sistem manajemen baterai.

2) Pengujian resistansi isolasi: Pengujian isolasi diperlukan untuk seluruh sistem baterai dan sistem tegangan tinggi dalam sistem manajemen baterai.

3) Deteksi interlock tegangan tinggi (HVIL): digunakan untuk memastikan integritas seluruh sistem tegangan tinggi dan memulai tindakan keselamatan ketika integritas loop sistem tegangan tinggi terganggu.

perhitungan SOC

SOC mengacu pada State of Charge, yang merupakan sisa kapasitas baterai.Sederhananya, ini adalah berapa banyak daya yang tersisa di baterai.

SOC adalah parameter terpenting dalam BMS, karena segala sesuatunya didasarkan pada parameter tersebut.Oleh karena itu, keakuratan dan ketahanannya (juga dikenal sebagai kemampuan koreksi kesalahan) sangatlah penting.Tanpa SOC yang akurat, tidak ada fungsi perlindungan yang dapat membuat BMS berfungsi dengan baik, karena baterai sering kali berada dalam kondisi terlindungi, sehingga masa pakai baterai tidak dapat diperpanjang.

Saat ini, metode estimasi SOC utama meliputi metode tegangan rangkaian terbuka, metode integrasi arus, metode filter Kalman, dan metode jaringan saraf.Dua metode pertama umum digunakan.Dua metode terakhir melibatkan pengetahuan tingkat lanjut seperti model integrasi dan kecerdasan buatan, yang tidak dijelaskan secara rinci di sini.

Dalam aplikasi praktis, beberapa algoritma sering digunakan dalam kombinasi, dengan algoritma berbeda yang diadopsi tergantung pada status pengisian dan pengosongan baterai.

metode tegangan rangkaian terbuka

Prinsip metode tegangan rangkaian terbuka adalah menggunakan hubungan fungsional yang relatif tetap antara tegangan rangkaian terbuka dan SOC dalam kondisi penempatan baterai statis jangka panjang, dan dengan demikian memperkirakan SOC berdasarkan tegangan rangkaian terbuka.Sepeda listrik baterai timbal-asam yang sebelumnya umum digunakan menggunakan metode ini untuk memperkirakan SOC.Metode tegangan rangkaian terbuka sederhana dan nyaman, tetapi ada juga banyak kelemahan:

1. Baterai harus dibiarkan dalam waktu lama, jika tidak, tegangan rangkaian terbuka akan sulit distabilkan dalam waktu singkat;

2. Terdapat dataran tinggi tegangan pada baterai, terutama baterai litium besi fosfat, di mana tegangan terminal dan kurva SOC kira-kira linier selama kisaran SOC30%-80%;

3. Baterai berada pada suhu yang berbeda atau tahap masa pakai yang berbeda, dan meskipun tegangan rangkaian terbukanya sama, perbedaan SOC sebenarnya mungkin besar;

Seperti terlihat pada gambar di bawah, saat kita menggunakan sepeda listrik ini, jika SOC arus ditampilkan 100%, tegangan akan turun saat berakselerasi, dan daya dapat ditampilkan 80%.Saat kita berhenti berakselerasi, voltase naik, dan tenaga melonjak kembali ke 100%.Jadi tampilan tenaga skuter listrik kami tidak akurat.Ketika kita berhenti, ia mempunyai tenaga, tetapi ketika kita mulai, ia kehabisan tenaga.Ini mungkin bukan masalah baterai, tetapi mungkin karena algoritma SoC BMS yang terlalu sederhana.

Metode integral An-Shi

Metode integrasi Anshicontinuous secara langsung menghitung nilai SOC secara real time melalui definisi SOC.

Mengingat nilai SOC awal, selama arus baterai dapat diukur (di mana arus pengosongan positif), perubahan kapasitas baterai dapat dihitung secara akurat melalui integrasi arus, sehingga menghasilkan sisa SOC.

Metode ini memiliki hasil estimasi yang relatif andal dalam waktu singkat, namun karena kesalahan pengukuran sensor arus dan penurunan kapasitas baterai secara bertahap, integrasi arus jangka panjang akan menimbulkan penyimpangan tertentu.Oleh karena itu, umumnya digunakan bersama dengan metode tegangan rangkaian terbuka untuk memperkirakan nilai awal estimasi SOC dengan persyaratan akurasi rendah, dan juga dapat digunakan bersama dengan metode penyaringan Kalman untuk prediksi SOC jangka pendek.

SOC (State Of Charge) termasuk dalam algoritma kontrol inti BMS, yang mewakili status kapasitas tersisa saat ini.Hal ini terutama dicapai melalui metode integrasi ampere-jam dan algoritma EKF (Extended Kalman Filter), dikombinasikan dengan strategi koreksi (seperti koreksi tegangan rangkaian terbuka, koreksi muatan penuh, koreksi ujung pengisian, koreksi kapasitas pada suhu dan SOH yang berbeda, dll.).Metode integrasi ampere-jam relatif dapat diandalkan dalam kondisi menjamin akurasi akuisisi saat ini, namun tidak kuat.Karena adanya akumulasi kesalahan maka harus dipadukan dengan strategi koreksi.Metode EKF kuat namun algoritmanya relatif kompleks dan sulit diimplementasikan.Pabrikan arus utama dalam negeri dapat mencapai akurasi kurang dari 6% pada suhu kamar, tetapi memperkirakan pada suhu tinggi dan rendah serta pelemahan baterai sulit dilakukan.

Koreksi SOC

Karena fluktuasi saat ini, estimasi SOC mungkin tidak akurat, dan berbagai strategi koreksi perlu dimasukkan ke dalam proses estimasi.

 

perhitungan SOH

SOH mengacu pada Status Kesehatan, yang menunjukkan status kesehatan baterai saat ini (atau tingkat degradasi baterai).Biasanya direpresentasikan sebagai nilai antara 0 dan 100%, dengan nilai di bawah 80% umumnya dianggap menunjukkan bahwa baterai tidak dapat digunakan lagi.Hal ini dapat diwakili oleh perubahan kapasitas baterai atau hambatan internal.Saat menggunakan kapasitas, kapasitas sebenarnya dari baterai saat ini diperkirakan berdasarkan data dari proses pengoperasian baterai, dan rasionya terhadap kapasitas terukur adalah SOH.SOH yang akurat akan meningkatkan akurasi estimasi modul lain ketika baterai mengalami penurunan kualitas.

Ada dua definisi berbeda tentang SOH di industri:

Definisi SOH berdasarkan kapasitas fade

Selama penggunaan baterai lithium-ion, bahan aktif di dalam baterai secara bertahap berkurang, resistansi internal meningkat, dan kapasitas berkurang.Oleh karena itu, SOH dapat diperkirakan berdasarkan kapasitas baterai.Status kesehatan baterai dinyatakan sebagai rasio kapasitas saat ini terhadap kapasitas awal, dan SOH-nya didefinisikan sebagai:

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

Dimana: C_fade adalah kapasitas baterai yang hilang;C_standard adalah kapasitas nominal.

Standar IEEE 1188-1996 menetapkan bahwa bila kapasitas daya baterai turun hingga 80%, maka baterai harus diganti.Oleh karena itu, kami biasanya menganggap bahwa baterai SOH tidak tersedia ketika berada di bawah 80%.

Definisi SOH berdasarkan redaman daya (Power Fade)

Penuaan hampir semua jenis baterai akan menyebabkan peningkatan resistansi internal baterai.Semakin tinggi resistansi internal baterai, semakin rendah daya yang tersedia.Oleh karena itu, SOH dapat diperkirakan menggunakan redaman daya.

3.2 Manajemen – Teknologi Seimbang

Setiap baterai memiliki “kepribadian” tersendiri

Untuk membicarakan keseimbangan, kita harus mulai dengan baterai.Bahkan baterai yang diproduksi dalam batch yang sama oleh produsen yang sama memiliki siklus hidup dan “kepribadian” masing-masing – kapasitas setiap baterai tidak bisa sama persis.Ada dua alasan untuk ketidakkonsistenan ini:

Salah satunya adalah ketidakkonsistenan produksi sel

Salah satunya adalah ketidakkonsistenan reaksi elektrokimia.

inkonsistensi produksi

Inkonsistensi produksi mudah dimengerti.Misalnya, selama proses produksi, inkonsistensi diafragma serta inkonsistensi material katoda dan anoda dapat mengakibatkan inkonsistensi kapasitas baterai secara keseluruhan.Baterai standar 50AH bisa menjadi 49AH atau 51AH.

inkonsistensi elektrokimia

Ketidakkonsistenan elektrokimia adalah bahwa dalam proses pengisian dan pengosongan baterai, meskipun produksi dan pemrosesan kedua sel itu identik, lingkungan termal tidak akan pernah konsisten dalam proses reaksi elektrokimia.Misalnya, saat membuat modul baterai, suhu sekeliling ring harus lebih rendah daripada suhu di tengahnya.Hal ini mengakibatkan ketidakkonsistenan jangka panjang antara jumlah pengisian dan pengosongan, yang pada gilirannya menyebabkan kapasitas sel baterai tidak konsisten;Jika arus pengisian dan pengosongan film SEI pada sel baterai tidak konsisten dalam jangka waktu yang lama, maka penuaan film SEI juga akan tidak konsisten.

*Film SEI: “antarmuka elektrolit padat” (antarmuka elektrolit padat).Selama proses pelepasan muatan pertama baterai lithium ion cair, bahan elektroda bereaksi dengan elektrolit pada antarmuka fase padat-cair untuk membentuk lapisan pasivasi yang menutupi permukaan bahan elektroda.Film SEI adalah isolator elektronik tetapi merupakan konduktor ion litium yang sangat baik, yang tidak hanya melindungi elektroda tetapi juga tidak mempengaruhi fungsi baterai.Penuaan film SEI berdampak signifikan terhadap kesehatan baterai.

Oleh karena itu, ketidakseragaman (atau keleluasaan) kemasan baterai merupakan manifestasi pengoperasian baterai yang tidak dapat dihindari.

Mengapa keseimbangan diperlukan

Baterainya berbeda, jadi mengapa tidak mencoba membuatnya sama?Karena ketidakkonsistenan akan mempengaruhi kinerja baterai.

Paket baterai secara seri mengikuti efek laras pendek: dalam sistem paket baterai secara seri, kapasitas seluruh sistem paket baterai ditentukan oleh unit tunggal terkecil.

Misalkan kita mempunyai baterai yang terdiri dari tiga baterai:

Kita tahu bahwa pengisian daya yang berlebihan dan pengosongan daya yang berlebihan dapat merusak baterai secara serius.Oleh karena itu, ketika baterai B terisi penuh saat pengisian atau ketika SoC baterai B sangat rendah saat pengosongan, pengisian dan pengosongan perlu dihentikan untuk melindungi baterai B. Akibatnya, daya baterai A dan C tidak dapat terisi penuh. dimanfaatkan.

Hal ini mengarah pada:

Kapasitas baterai yang sebenarnya dapat digunakan telah berkurang: Baterai A dan C, yang seharusnya menggunakan kapasitas yang tersedia, kini tidak mampu menampung Baterai B. Ini seperti dua orang dengan tiga kaki diikat menjadi satu, dengan orang yang lebih tinggi tidak dapat mengambil langkah besar.

Mengurangi masa pakai baterai: Panjang langkah yang lebih kecil memerlukan lebih banyak langkah dan membuat kaki lebih lelah.Dengan berkurangnya kapasitas, jumlah siklus pengisian dan pengosongan daya meningkat, sehingga mengakibatkan degradasi baterai yang lebih besar.Misalnya, sebuah sel dapat mencapai 4000 siklus pada 100% DoD, namun dalam penggunaan sebenarnya tidak dapat mencapai 100% dan jumlah siklus tentunya tidak akan mencapai 4000.

*DoD, Kedalaman pengosongan, mewakili persentase kapasitas pengosongan baterai terhadap kapasitas terukur baterai.

Ketidakkonsistenan baterai menyebabkan penurunan kinerja paket baterai.Ketika ukuran modul baterai besar, beberapa rangkaian baterai dihubungkan secara seri, dan perbedaan tegangan tunggal yang besar akan menyebabkan kapasitas seluruh kotak berkurang.Semakin banyak baterai yang dihubungkan secara seri, semakin besar pula kapasitas yang hilang.Namun, dalam aplikasi kita, khususnya aplikasi sistem penyimpanan energi, terdapat dua persyaratan penting:

Yang pertama adalah baterai yang tahan lama, yang dapat sangat mengurangi biaya pengoperasian dan pemeliharaan.Sistem penyimpanan energi memiliki persyaratan tinggi untuk masa pakai baterai.Sebagian besar yang dalam negeri dirancang untuk 15 tahun.Jika kita asumsikan 300 siklus per tahun, 15 tahun adalah 4500 siklus, yang masih sangat tinggi.Kita perlu memaksimalkan masa pakai setiap baterai sehingga total masa pakai seluruh paket baterai dapat mencapai masa pakai desain sebanyak mungkin, dan mengurangi dampak penyebaran baterai terhadap masa pakai baterai.

Siklus mendalam kedua, terutama dalam skenario penerapan penghematan puncak, pelepasan satu kWh listrik lagi akan menghasilkan satu poin pendapatan tambahan.Artinya, kita akan melakukan 80%DoD atau 90%DoD.Ketika siklus dalam digunakan dalam sistem penyimpanan energi, dispersi baterai selama pelepasan ekor akan terwujud.Oleh karena itu, untuk memastikan pelepasan penuh kapasitas setiap sel dalam kondisi pengisian dalam dan pengosongan dalam, BMS penyimpan energi perlu memiliki kemampuan manajemen pemerataan yang kuat dan menekan terjadinya konsistensi antar sel baterai. .

Kedua persyaratan ini justru bertentangan dengan ketidakkonsistenan baterai.Untuk mencapai aplikasi paket baterai yang lebih efisien, kita harus memiliki teknologi penyeimbang yang lebih efektif untuk mengurangi dampak ketidakkonsistenan baterai.

teknologi keseimbangan

Teknologi pemerataan baterai adalah cara untuk membuat baterai dengan kapasitas berbeda menjadi sama.Ada dua metode pemerataan yang umum: pemerataan disipasi energi searah (pemerataan pasif) dan pemerataan dua arah transfer energi (pemerataan aktif).

(1) Keseimbangan pasif

Prinsip pemerataan pasif adalah memparalelkan resistor pelepasan yang dapat dialihkan pada setiap rangkaian baterai.BMS mengontrol resistor pelepasan untuk melepaskan sel bertegangan lebih tinggi, menghilangkan energi listrik sebagai panas.Misalnya, ketika baterai B hampir terisi penuh, sakelar dibuka sehingga resistor pada baterai B membuang kelebihan energi listrik sebagai panas.Kemudian pengisian dilanjutkan hingga baterai A dan C juga terisi penuh.

Metode ini hanya dapat mengalirkan sel bertegangan tinggi, dan tidak dapat mengisi ulang sel berkapasitas rendah.Karena keterbatasan daya pada resistansi pelepasan, arus pemerataan umumnya kecil (kurang dari 1A).

Keuntungan dari pemerataan pasif adalah biaya rendah dan desain sirkuit sederhana;kekurangannya adalah didasarkan pada sisa kapasitas baterai yang paling rendah untuk pemerataan, tidak dapat menambah kapasitas baterai dengan sisa kapasitas yang rendah, dan 100% daya yang disamakan terbuang dalam bentuk panas.

(2) Saldo aktif

Melalui algoritma, beberapa rangkaian baterai mentransfer energi dari sel bertegangan tinggi ke sel bertegangan rendah menggunakan komponen penyimpan energi, mengosongkan baterai bertegangan tinggi dan menggunakan energi yang dilepaskan untuk mengisi sel bertegangan rendah.Energinya sebagian besar ditransfer daripada dihamburkan.

Dengan cara ini, selama pengisian, baterai B, yang pertama-tama mencapai tegangan 100%, dilepaskan ke A dan C, dan ketiga baterai terisi penuh secara bersamaan.Selama pengosongan, ketika sisa daya baterai B terlalu rendah, A dan C “mengisi” B, sehingga sel B tidak mencapai ambang batas SOC untuk menghentikan pengosongan dengan begitu cepat.

Fitur utama dari teknologi penyeimbangan aktif

(1) Seimbangkan tegangan tinggi dan rendah untuk meningkatkan efisiensi baterai: Selama pengisian dan pengosongan serta saat istirahat, baterai bertegangan tinggi dapat dikosongkan dan baterai bertegangan rendah dapat diisi;

(2) Transfer energi dengan kerugian rendah: sebagian besar energi ditransfer daripada hilang begitu saja, sehingga meningkatkan efisiensi pemanfaatan daya;

(3) Arus kesetimbangan besar: Umumnya arus kesetimbangan antara 1 dan 10A, dan kesetimbangan lebih cepat;

Pemerataan aktif memerlukan konfigurasi sirkuit dan perangkat penyimpanan energi yang sesuai, yang menyebabkan volume besar dan peningkatan biaya.Kedua kondisi ini bersama-sama menentukan bahwa pemerataan aktif tidak mudah untuk dipromosikan dan diterapkan.

Selain itu, proses pengisian dan pengosongan pemerataan aktif secara implisit meningkatkan masa pakai baterai.Untuk sel yang memerlukan pengisian dan pengosongan daya untuk mencapai keseimbangan, beban kerja tambahan dapat menyebabkan sel tersebut melebihi penuaan sel biasa, sehingga menghasilkan kesenjangan kinerja yang lebih besar dengan sel lain.

Beberapa ahli berpendapat bahwa kedua ungkapan di atas harus sesuai dengan keseimbangan disipatif dan keseimbangan non-disipatif.Aktif atau pasifnya harus bergantung pada peristiwa yang memicu proses keseimbangan.Jika sistem mencapai keadaan di mana ia harus pasif, maka sistem tersebut pasif.Jika diatur oleh manusia, pengaturan program keseimbangan pada saat tidak perlu diseimbangkan disebut keseimbangan aktif.

Misalnya, ketika pengosongan berada di ujung, sel bertegangan terendah telah mencapai tegangan pemutus pengosongan, sedangkan sel lain masih memiliki daya.Pada saat ini, untuk melepaskan listrik sebanyak mungkin, sistem mentransfer listrik dari sel berenergi tinggi ke sel berenergi rendah, sehingga proses pelepasan berlanjut hingga seluruh daya habis.Ini adalah proses pemerataan pasif.Jika sistem memperkirakan akan terjadi ketidakseimbangan pada akhir pelepasan ketika masih tersisa 40% daya, maka sistem akan memulai proses pemerataan aktif.

Pemerataan aktif dibagi menjadi metode terpusat dan desentralisasi.Metode pemerataan terpusat memperoleh energi dari seluruh baterai, dan kemudian menggunakan perangkat konversi energi untuk menambah energi ke baterai dengan energi yang lebih sedikit.Pemerataan terdesentralisasi melibatkan hubungan penyimpanan energi antara baterai yang berdekatan, yang dapat berupa induktor atau kapasitor, yang memungkinkan energi mengalir di antara baterai yang berdekatan.

Dalam strategi pengendalian keseimbangan saat ini, ada yang menjadikan tegangan sel sebagai parameter target pengendalian, dan ada juga yang mengusulkan penggunaan SOC sebagai parameter target pengendalian keseimbangan.Mengambil tegangan sel sebagai contoh.

Pertama, tetapkan sepasang nilai ambang batas untuk memulai dan mengakhiri pemerataan: misalnya, dalam satu set baterai, ketika perbedaan antara tegangan ekstrim dari satu sel dan tegangan rata-rata dari rangkaian tersebut mencapai 50mV, pemerataan dimulai, dan ketika mencapai 5mV, pemerataan berakhir.

BMS mengumpulkan tegangan setiap sel sesuai dengan siklus perolehan tetap, menghitung nilai rata-rata, dan kemudian menghitung perbedaan antara tegangan setiap sel dan nilai rata-rata;

Jika perbedaan maksimum mencapai 50mV, BMS perlu memulai proses pemerataan;

Lanjutkan langkah 2 selama proses pemerataan hingga nilai selisih semuanya kurang dari 5mV, lalu akhiri pemerataan.

Perlu dicatat bahwa tidak semua BMS memerlukan langkah ini, dan strategi selanjutnya mungkin berbeda tergantung pada metode keseimbangan.

Teknologi keseimbangan juga terkait dengan jenis baterai.Secara umum diyakini bahwa LFP lebih cocok untuk keseimbangan aktif, sedangkan baterai ternary cocok untuk keseimbangan pasif.

Tahap persaingan yang ketat pada PASI sebagian besar didukung oleh biaya dan keandalan.Saat ini, verifikasi eksperimental penyeimbangan aktif belum tercapai.Tingkat keamanan fungsional diperkirakan akan mengarah ke ASIL-C dan ASIL-D, namun biayanya cukup tinggi.Oleh karena itu, perusahaan-perusahaan besar saat ini berhati-hati dalam melakukan penelitian penyeimbangan secara aktif.Beberapa pabrik besar bahkan ingin membatalkan modul penyeimbangan dan meminta semua penyeimbangan dilakukan secara eksternal, serupa dengan perawatan kendaraan berbahan bakar bahan bakar.Setiap kali kendaraan menempuh jarak tertentu, ia akan menuju ke toko 4S untuk penyeimbangan eksternal.Hal ini akan mengurangi biaya keseluruhan BMS kendaraan dan juga menguntungkan toko 4S terkait.Ini adalah situasi yang saling menguntungkan bagi semua pihak.Oleh karena itu, secara pribadi, saya memahami bahwa ini mungkin menjadi tren!

3.3 Perlindungan – diagnosis kesalahan dan alarm

Pemantauan BMS disesuaikan dengan perangkat keras sistem kelistrikan, dan dibagi ke dalam tingkat kegagalan yang berbeda (kegagalan kecil, kegagalan serius, kegagalan fatal) sesuai dengan kondisi kinerja baterai yang berbeda.Tindakan penanganan yang berbeda dilakukan pada tingkat kegagalan yang berbeda: peringatan, pembatasan daya, atau pemutusan tegangan tinggi langsung.Kegagalan mencakup kegagalan akuisisi data dan rasionalitas, kegagalan listrik (sensor dan aktuator), kegagalan komunikasi, dan kegagalan status baterai.

Contoh umum adalah ketika baterai terlalu panas, BMS menentukan bahwa baterai terlalu panas berdasarkan suhu baterai yang dikumpulkan, kemudian mengontrol sirkuit baterai ini untuk memutuskan sambungan, melakukan perlindungan panas berlebih, dan mengirimkan peringatan ke sistem manajemen seperti EMS.

3.4 Komunikasi

Pengoperasian normal BMS tidak lepas dari fungsi komunikasinya.Baik itu mengontrol baterai selama manajemen baterai, mengirimkan status baterai ke dunia luar, atau menerima instruksi kontrol, diperlukan komunikasi yang stabil.

Pada sistem tenaga baterai, salah satu ujung BMS dihubungkan ke baterai, dan ujung lainnya dihubungkan ke sistem kendali dan elektronik seluruh kendaraan.Lingkungan keseluruhan menggunakan protokol CAN, namun terdapat perbedaan antara penggunaan CAN internal antara komponen internal unit baterai dan penggunaan CAN kendaraan antara unit baterai dan seluruh kendaraan.

Sebaliknya, BMS penyimpanan energi dan komunikasi internal pada dasarnya menggunakan protokol CAN, tetapi komunikasi eksternalnya (eksternal terutama mengacu pada sistem pengiriman pembangkit listrik penyimpanan energi PCS) sering menggunakan format protokol Internet, protokol TCP/IP dan protokol modbus.

4) BMS penyimpan energi

Produsen BMS penyimpan energi umumnya berevolusi dari BMS baterai bertenaga, sehingga banyak desain dan istilah yang memiliki asal usul sejarah

Misalnya, daya baterai umumnya dibagi menjadi BMU (Battery Monitor Unit) dan BCU (Battery Control Unit), dengan BMU mengumpulkan data dan BCU mengendalikannya.

Karena sel baterai merupakan proses elektrokimia, beberapa sel baterai membentuk baterai.Karena karakteristik setiap sel baterai, betapapun presisinya proses pembuatannya, akan selalu ada kesalahan dan ketidakkonsistenan pada setiap sel baterai seiring berjalannya waktu dan bergantung pada lingkungan.Oleh karena itu, sistem manajemen baterai mengevaluasi keadaan baterai saat ini melalui parameter terbatas, seperti dokter pengobatan tradisional Tiongkok yang mendiagnosis pasien dengan mengamati gejala, bukan pengobatan Barat yang memerlukan analisis fisik dan kimia.Analisis fisik dan kimia tubuh manusia mirip dengan karakteristik elektrokimia baterai, yang dapat diukur dengan instrumen eksperimental skala besar.Namun, sulit bagi sistem tertanam untuk mengevaluasi beberapa indikator elektrokimia.Oleh karena itu, BMS seperti seorang dokter pengobatan Tiongkok kuno.

4.1 Arsitektur tiga lapis BMS penyimpanan energi

Karena banyaknya sel baterai dalam sistem penyimpanan energi, untuk menghemat biaya, BMS umumnya diterapkan berlapis-lapis, dengan dua atau tiga lapisan.Saat ini, arus utama ada tiga lapisan: kontrol master/kontrol master/kontrol budak.

4.2 Penjelasan rinci tentang BMS penyimpanan energi

5) Situasi saat ini dan tren masa depan

Ada beberapa jenis produsen yang memproduksi BMS:

Kategori pertama adalah pengguna akhir dengan kekuatan paling dominan pada daya baterai BMS – pabrik mobil.Padahal, kekuatan manufaktur BMS terkuat di luar negeri juga ada pada pabrik mobil, seperti General Motors, Tesla, dll. Di dalam negeri ada BYD, Huating Power, dll.

Kategori kedua adalah pabrik baterai, termasuk produsen sel dan produsen paket, seperti Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad, dll.;

Produsen BMS jenis ketiga adalah mereka yang memiliki pengalaman bertahun-tahun di bidang teknologi elektronika daya, dan memiliki tim Litbang dengan latar belakang universitas atau perusahaan terkait, seperti Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology, dan Kegong Electronics.

Berbeda dengan baterai bertenaga BMS, yang sebagian besar didominasi oleh produsen kendaraan terminal, tampaknya pengguna akhir baterai penyimpan energi tidak memiliki kebutuhan atau tindakan khusus untuk berpartisipasi dalam penelitian dan pengembangan serta pembuatan BMS.Kecil kemungkinannya juga mereka akan menghabiskan banyak uang dan energi untuk mengembangkan sistem manajemen baterai skala besar.Oleh karena itu, dapat dianggap bahwa industri BMS baterai penyimpan energi tidak memiliki pemain penting dengan keunggulan absolut, sehingga menyisakan ruang besar untuk pengembangan dan imajinasi bagi produsen dan vendor baterai yang berfokus pada BMS penyimpanan energi.Jika pasar penyimpanan energi terbentuk, hal ini akan memberikan banyak ruang bagi produsen baterai dan produsen BMS profesional untuk berkembang dan mengurangi daya saing.

Saat ini, relatif sedikit produsen BMS profesional yang berfokus pada pengembangan BMS penyimpanan energi, terutama karena pasar penyimpanan energi masih dalam tahap awal dan masih banyak keraguan tentang perkembangan pasar penyimpanan energi di masa depan.Oleh karena itu, sebagian besar produsen belum mengembangkan BMS terkait penyimpanan energi.Dalam lingkungan bisnis sebenarnya, ada juga produsen yang membeli BMS aki kendaraan listrik untuk digunakan sebagai BMS untuk aki penyimpan energi.Di masa depan, produsen BMS kendaraan listrik profesional diyakini juga akan menjadi bagian penting dari pemasok BMS yang digunakan dalam proyek penyimpanan energi skala besar.

Pada tahap ini, terdapat kekurangan standar seragam untuk PASI yang disediakan oleh berbagai pemasok sistem penyimpanan energi.Pabrikan yang berbeda memiliki desain dan definisi BMS yang berbeda, dan bergantung pada baterai berbeda yang kompatibel dengannya, algoritme SOX, teknologi pemerataan, dan konten data komunikasi yang diunggah juga dapat bervariasi.Dalam penerapan praktis PASI, perbedaan tersebut akan meningkatkan biaya penerapan dan merugikan perkembangan industri.Oleh karena itu, standardisasi dan modularisasi PASI juga akan menjadi arah pengembangan yang penting di masa depan.