Rafhlöðustjórnunarkerfi BMS Þekking og virkni, kynning

Fullt nafn BMS er Battery Management System.Um er að ræða tæki sem fylgist með stöðu rafgeyma rafgeyma.Það er aðallega notað fyrir skynsamlega stjórnun og viðhald einstakra rafhlöðufrumna, koma í veg fyrir ofhleðslu og ofhleðslu rafhlöðu, lengja endingu rafhlöðunnar og fylgjast með rafhlöðustöðu.Almennt er BMS táknað sem hringrásarborð eða vélbúnaðarbox.

 

BMS er eitt af kjarna undirkerfum rafhlöðuorkugeymslukerfisins, sem ber ábyrgð á að fylgjast með rekstrarstöðu hverrar rafhlöðu í rafhlöðuorkugeymslueiningunni og tryggja örugga og áreiðanlega notkun orkugeymslueiningarinnar.BMS getur fylgst með og safnað stöðubreytum orkugeymslurafhlöðunnar í rauntíma (þar á meðal en ekki takmarkað við einfrumuspennu, hitastig rafhlöðunnar, rafhlöðulykkjustraum, rafhlöðupakkaspennu, einangrunarviðnám rafhlöðukerfis osfrv.), og framkvæma nauðsynlega greiningu og útreikninga á viðeigandi stöðubreytum til að fá fleiri kerfisstöðumatsfæribreytur.Það getur einnig náð skilvirkri stjórn á rafhlöðunni sjálfri í samræmi við sérstakar verndarstýringaraðferðir til að tryggja örugga og áreiðanlega notkun á allri orkugeymslueiningunni.Á sama tíma getur BMS haft samskipti við önnur utanaðkomandi tæki (PCS, EMS, brunavarnarkerfi osfrv.) í gegnum eigin samskiptaviðmót og hliðrænt/stafrænt inntaksviðmót til að mynda tengistýringu ýmissa undirkerfa í öllu orkugeymsluafli. stöð, sem tryggir öruggan, áreiðanlegan og skilvirkan nettengdan rekstur rafstöðvarinnar.

2) Arkitektúr

Frá sjónarhóli staðfræðiarkitektúrs er BMS skipt í tvo flokka: miðlægt og dreift í samræmi við mismunandi verkefniskröfur.

 

Miðstýrt BMS

Einfaldlega sagt, miðstýrt BMS notar einn BMS vélbúnað til að safna öllum frumum, sem hentar fyrir aðstæður með fáar frumur.

Miðstýrt BMS hefur kosti þess að vera með litlum tilkostnaði, þéttri uppbyggingu og mikilli áreiðanleika og er almennt notað í atburðarásum með litla afkastagetu, lágan heildarþrýsting og lítið rafhlöðukerfisrúmmál, svo sem rafmagnsverkfæri, vélmenni (meðhöndlun vélmenni, hjálparvélmenni), IOT snjallheimili (sópvélmenni, rafmagnsryksugur), rafmagnslyftarar, rafknúnir lághraðabílar (rafhjól, rafmótorhjól, rafknúnir skoðunarbílar, rafknúnir eftirlitsbílar, rafknúnir golfbílar o.s.frv.) og létt tvinnbílar.

Hægt er að skipta miðstýrðum BMS vélbúnaði í háspennu- og lágspennusvæði.Háspennusvæðið er ábyrgt fyrir því að safna einfrumuspennu, heildarspennu kerfisins og fylgjast með einangrunarviðnámi.Lágspennusvæðið inniheldur aflgjafarásir, CPU hringrásir, CAN samskiptarásir, stjórnrásir og svo framvegis.

Þar sem rafhlöðukerfi farþegabifreiða heldur áfram að þróast í átt að mikilli afkastagetu, háum heildarþrýstingi og miklu rúmmáli, er dreifður BMS arkitektúr aðallega notaður í tengiltvinnbílum og hreinum rafknúnum ökutækjum.

Dreift BMS

Sem stendur eru ýmis hugtök fyrir dreifða BMS í greininni og mismunandi fyrirtæki heita mismunandi.Rafhlaðan BMS er að mestu leyti með master-slave tveggja flokka arkitektúr:

 

Orkugeymslan BMS er venjulega þriggja flokka arkitektúr vegna stórrar stærðar rafhlöðupakkans, með aðalstýringarlagi fyrir ofan þræl- og aðalstýringarlagið.

Rétt eins og rafhlöður mynda rafhlöðuklasa, sem aftur mynda stafla, fylgir þriggja hæða BMS sömu reglunni upp á við:

Frá stjórn: rafhlöðustjórnunareining (BMU), sem safnar upplýsingum frá einstökum rafhlöðum.

Fylgstu með spennu og hitastigi rafhlöðunnar

Rafhlöðujöfnun í pakkanum

Upphleðsla upplýsinga

varmastjórnun

Óeðlileg viðvörun

Aðalstýring: Rafhlöðuþyrpingareining: BCU (rafhlöðuþyrpingareining, einnig þekkt sem háspennustjórnunareining HVU, BCMU osfrv.), ábyrg fyrir söfnun BMU-upplýsinga og söfnun rafhlöðuklasaupplýsinga.

Rafhlöðuþyrping straumöflun, heildarspennuöflun, lekaleit

Slökkvunarvörn þegar rafhlaðan er óeðlileg

Undir stjórn BMS er hægt að klára afkastakvörðun og SOC kvörðun sérstaklega sem grunn fyrir síðari hleðslu- og losunarstjórnun

Rafhlöðustjórnunareiningin (BAU) er ábyrg fyrir miðlægri stjórnun á rafhlöðum í öllum orkugeymslurafhlöðum.Það tengist ýmsum rafhlöðuklasastjórnunareiningum og skiptist á upplýsingum við önnur tæki til að veita endurgjöf um rekstrarstöðu rafhlöðufylkingarinnar.

Hleðslu- og afhleðslustjórnun á rafhlöðuflokki

BMS kerfi sjálfskoðun og bilanagreiningarviðvörun

Viðvörun fyrir bilanagreiningu rafhlöðupakka

Öryggisvörn fyrir ýmis frávik og bilanir í rafhlöðu

Samskipti við önnur tæki eins og PCS og EMS

Geymsla, flutningur og vinnsla gagna

Rafhlöðustjórnunarlag: ábyrgur fyrir því að safna ýmsum upplýsingum (spennu, hitastigi) einstakra rafhlaðna, reikna út og greina SOC og SOH rafhlöður, ná virkri jöfnun einstakra rafhlaðna og hlaða upp óeðlilegum upplýsingum um einstakar rafhlöður á rafhlöðupakkaeiningalagið BCMU.Í gegnum CAN ytri samskipti er það samtengt í gegnum daisy chain.

Rafhlöðustjórnunarlag: ábyrgur fyrir því að safna ýmsum upplýsingum frá einstökum rafhlöðum sem BMU hefur hlaðið upp, safna ýmsum upplýsingum um rafhlöðupakkann (spennu pakkans, hitastig pakkans), hleðslu- og afhleðslustrauma rafhlöðunnar, reikna út og greina SOC og SOH rafhlöðupakkann , og hlaða upp öllum upplýsingum á rafhlöðuklasaeiningalagið BAMS.Í gegnum CAN ytri samskipti er það samtengt í gegnum daisy chain.

Rafhlöðuklasastjórnunarlag: ábyrgur fyrir því að safna ýmsum rafhlöðuupplýsingum sem hlaðið er upp af BCMU og hlaða upp öllum upplýsingum í orkugeymslueftirlitskerfi EMS í gegnum RJ45 tengi;samskipti við PCS til að senda viðeigandi óeðlilegar upplýsingar um rafhlöðuna til PCS (CAN eða RS485 tengi), og búin þurrknútum fyrir vélbúnað til að hafa samskipti við PCS.Að auki framkvæmir það rafhlöðukerfi BSE (Battery State Estimate) mat, rafkerfisstöðugreiningu, snertistjórnun, hitastjórnun, rekstrarstjórnun, hleðslustjórnun, greiningarstjórnun og framkvæmir innri og ytri samskiptanetstjórnun.Samskipti við undirmenn í gegnum CAN.

3) Hvað gerir BMS?

Aðgerðir BMS eru fjölmargar, en kjarninn og það sem við höfum mestar áhyggjur af eru þrír þættir:

Eitt er skynjun (ríkisstjórnun), sem er grunnvirkni BMS.Það mælir spennu, viðnám, hitastig og skynjar að lokum ástand rafhlöðunnar.Við viljum vita hvernig ástand rafhlöðunnar er, hversu mikla orku og getu hún hefur, hversu heilbrigð hún er, hversu mikið afl hún framleiðir og hversu örugg hún er.Þetta er skynjun.

Annað er stjórnun (jafnvægisstjórnun).Sumir segja að BMS sé barnfóstra rafhlöðunnar.Þá ætti þessi barnfóstru að stjórna því.Hvað á að stjórna?Það er til að gera rafhlöðuna eins góða og hægt er.Það grundvallaratriði er jafnvægisstjórnun og varmastjórnun.

Þriðja er vernd (öryggisstjórnun).Barnfóstrun hefur líka verk að vinna.Ef rafhlaðan hefur einhverja stöðu þarf að verja hana og vekja viðvörun.

Auðvitað er líka samskiptastjórnunarhluti sem flytur gögn innan eða utan kerfisins í gegnum ákveðnar samskiptareglur.

BMS hefur margar aðrar aðgerðir, svo sem rekstrarstýringu, einangrunarvöktun, hitastjórnun o.fl., sem ekki er fjallað um hér.

 

3.1 Skynjun – Mæling og mat

Grunnhlutverk BMS er að mæla og meta rafhlöðubreytur, þar á meðal grunnbreytur eins og spennu, straum, hitastig og ástand, svo og útreikninga á rafhlöðustöðugögnum eins og SOC og SOH.Svið rafgeyma felur einnig í sér útreikninga á SOP (state of power) og SOE (state of energy), sem ekki er fjallað um hér.Við munum einbeita okkur að fyrstu tveimur meira notuðum gögnum.

Frumumæling

1) Grunnupplýsingamæling: Helsta hlutverk rafhlöðustjórnunarkerfisins er að mæla spennu, straum og hitastig einstakra rafhlöðufrumna, sem er grunnurinn fyrir alla útreikninga á efstu stigi og stjórnunarrökfræði í rafhlöðustjórnunarkerfinu.

2) Einangrunarviðnámspróf: Einangrunarpróf er krafist fyrir allt rafhlöðukerfið og háspennukerfið innan rafhlöðustjórnunarkerfisins.

3) Háspennutengingarskynjun (HVIL): notað til að staðfesta heilleika alls háspennukerfisins og hefja öryggisráðstafanir þegar heilleika háspennukerfislykkjunnar er í hættu.

SOC útreikningur

SOC vísar til hleðslustöðu, sem er eftirstandandi getu rafhlöðunnar.Einfaldlega sagt, það er hversu mikið afl er eftir í rafhlöðunni.

SOC er mikilvægasta færibreytan í BMS, þar sem allt annað er byggt á því.Þess vegna er nákvæmni þess og styrkleiki (einnig þekktur sem villuleiðréttingargeta) afar mikilvæg.Án nákvæms SOC getur engin verndaraðgerð gert það að verkum að BMS virkar rétt, þar sem rafhlaðan verður oft í vernduðu ástandi, sem gerir það ómögulegt að lengja endingu rafhlöðunnar.

Sem stendur innihalda almennar SOC matsaðferðir opna spennuaðferð, straumsamþættingaraðferð, Kalman síuaðferð og taugakerfisaðferð.Fyrstu tvær aðferðirnar eru almennt notaðar.Síðarnefndu tvær aðferðirnar fela í sér háþróaða þekkingu eins og samþættingarlíkön og gervigreind, sem ekki er lýst nánar hér.

Í hagnýtum forritum eru mörg reiknirit oft notuð saman, þar sem mismunandi reiknirit eru notuð eftir hleðslu- og afhleðslustöðu rafhlöðunnar.

spennuaðferð með opinni hringrás

Meginreglan um opinn hringspennuaðferð er að nota tiltölulega fasta virknisambandið milli opinnar spennu og SOC undir því skilyrði að rafgeymirinn sé staðsettur í kyrrstöðu til langs tíma og meta þannig SOC byggt á opnu spennu.Hið áður algenga blýsýru rafhlaða rafmagnshjól notar þessa aðferð til að meta SOC.Opinn hringspennuaðferð er einföld og þægileg, en það eru líka margir ókostir:

1. Rafhlaðan verður að standa í langan tíma, annars verður erfitt að koma á stöðugleika á opnu hringrásarspennunni á stuttum tíma;

2. Það er spennuhæð í rafhlöðum, sérstaklega litíum járnfosfat rafhlöðum, þar sem tengispennan og SOC ferillinn eru um það bil línuleg á SOC30%-80% sviðinu;

3. Rafhlaðan er við mismunandi hitastig eða mismunandi lífsstig, og þó að spennan á opnu hringrásinni sé sú sama, getur raunverulegur SOC munurinn verið mikill;

Eins og sést á myndinni hér að neðan, þegar við notum þetta rafmagnshjól, ef núverandi SOC birtist sem 100%, lækkar spennan við hröðun og krafturinn gæti verið sýndur sem 80%.Þegar við hættum að hraða hækkar spennan og krafturinn hoppar aftur í 100%.Svo aflskjár rafmagns vespu okkar er ekki nákvæmur.Þegar við stoppum hefur það afl, en þegar við ræsum okkur verður það rafmagnslaust.Þetta gæti ekki verið vandamál með rafhlöðuna, en gæti verið vegna þess að SoC reiknirit BMS er of einfalt.

An-Shi óaðskiljanlegur aðferð

Anshicontinuous samþættingaraðferðin reiknar SOC gildið beint í rauntíma með skilgreiningu á SOC.

Miðað við upphaflegt SOC gildi, svo framarlega sem hægt er að mæla rafhlöðustrauminn (þar sem afhleðslustraumurinn er jákvæður), er hægt að reikna nákvæmlega út breytinguna á rafgetu rafhlöðunnar með straumsamþættingu, sem leiðir til þess að SOC er eftir.

Þessi aðferð hefur tiltölulega áreiðanlegar matsárangur á stuttum tíma, en vegna mæliskekkna á straumskynjara og hægfara rýrnun rafhlöðunnar mun langtímastraumsamþætting leiða til ákveðin frávik.Þess vegna er það almennt notað í tengslum við opinn hringspennuaðferð til að áætla upphafsgildi fyrir SOC mat með lágum nákvæmni kröfum, og er einnig hægt að nota í tengslum við Kalman síunaraðferð fyrir skammtíma SOC spá.

SOC (State Of Charge) tilheyrir kjarnastýringaralgrími BMS, sem táknar núverandi stöðu afkastagetu.Það er aðallega náð með amperstunda samþættingaraðferðinni og EKF (Extended Kalman Filter) reiknirit, ásamt leiðréttingaraðferðum (svo sem leiðréttingu á opnu spennu, leiðréttingu á fullri hleðslu, leiðréttingu á hleðslulokum, leiðréttingu á afkastagetu við mismunandi hitastig og SOH, o.s.frv.).Amperstunda samþættingaraðferðin er tiltölulega áreiðanleg undir því skilyrði að tryggja nákvæmni núverandi öflunar, en hún er ekki sterk.Vegna uppsöfnunar villna verður að sameina það með leiðréttingaraðferðum.EKF aðferðin er öflug en reikniritið er tiltölulega flókið og erfitt í framkvæmd.Innlendir almennir framleiðendur geta náð minni en 6% nákvæmni við stofuhita, en erfitt er að meta við háan og lágan hita og rafhlöðudeyfingu.

SOC leiðrétting

Vegna núverandi sveiflna getur áætlað SOC verið ónákvæmt og þarf að fella ýmsar leiðréttingaraðferðir inn í matsferlið.

 

SOH útreikningur

SOH vísar til heilbrigðisástands, sem gefur til kynna núverandi heilsufar rafhlöðunnar (eða hversu mikið rafhlaðan er niðurbrot).Það er venjulega táknað sem gildi á milli 0 og 100%, þar sem gildi undir 80% eru almennt talin gefa til kynna að rafhlaðan sé ekki lengur nothæf.Það getur verið táknað með breytingum á rafhlöðugetu eða innri viðnámi.Þegar afkastageta er notuð er raunveruleg afkastageta núverandi rafhlöðu metin út frá gögnum frá rekstrarferli rafhlöðunnar og hlutfallið af þessu og nafngetu er SOH.Nákvæmt SOH mun bæta matsnákvæmni annarra eininga þegar rafhlaðan er að versna.

Það eru tvær mismunandi skilgreiningar á SOH í greininni:

SOH skilgreining byggð á afkastagetu

Við notkun á litíumjónarafhlöðum minnkar virka efnið inni í rafhlöðunni smám saman, innri viðnám eykst og afkastagetan minnkar.Þess vegna er hægt að áætla SOH út frá rafgeymi rafhlöðunnar.Heilsuástand rafhlöðunnar er gefið upp sem hlutfall núverandi afkastagetu og upphafsgetu og SOH hennar er skilgreint sem:

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

Hvar: C_fade er tapað getu rafhlöðunnar;C_standard er nafngeta.

IEEE staðall 1188-1996 kveður á um að þegar afkastageta rafhlöðunnar fer niður í 80% ætti að skipta um rafhlöðu.Þess vegna teljum við venjulega að rafhlaðan SOH sé ekki tiltæk þegar hún er undir 80%.

SOH skilgreining byggð á afldempun (Power Fade)

Öldrun næstum allra tegunda rafhlöðu mun leiða til aukinnar innri viðnáms rafhlöðunnar.Því hærra sem innra viðnám rafhlöðunnar er, því lægra er tiltækt afl.Þess vegna er hægt að áætla SOH með afldempun.

3.2 Stjórnun – Tækni í jafnvægi

Hver rafhlaða hefur sinn „persónuleika“

Til að tala um jafnvægi verðum við að byrja á rafhlöðum.Jafnvel rafhlöður sem framleiddar eru í sömu framleiðslulotu af sama framleiðanda hafa sína eigin lífsferil og „persónuleika“ - afkastageta hverrar rafhlöðu getur ekki verið nákvæmlega sú sama.Það eru tvær ástæður fyrir þessu ósamræmi:

Eitt er ósamræmi frumuframleiðslu

Eitt er ósamræmi rafefnafræðilegra viðbragða.

ósamræmi í framleiðslu

Auðvelt er að skilja ósamræmi í framleiðslu.Til dæmis, meðan á framleiðsluferlinu stendur, getur ósamræmi í þind og ósamræmi bakskauts og rafskautaefnis leitt til ósamræmis í heildargetu rafhlöðunnar.Hefðbundin 50AH rafhlaða getur orðið 49AH eða 51AH.

rafefnafræðilegt ósamræmi

Ósamræmi rafefnafræði er að í því ferli að rafhlaða hleðst og afhleðsla, jafnvel þótt framleiðsla og vinnsla frumanna tveggja sé eins, getur varmaumhverfið aldrei verið í samræmi við rafefnafræðileg viðbrögð.Til dæmis, þegar þú gerir rafhlöðueiningar, verður hitastig hringsins í kring að vera lægra en í miðjunni.Þetta hefur í för með sér langtíma ósamræmi á milli hleðslu og afhleðslu, sem aftur leiðir til ósamræmis rafhlöðugetu;Þegar hleðslu- og afhleðslustraumar SEI-filmunnar á rafhlöðuklefanum eru ósamkvæmir í langan tíma, mun öldrun SEI-filmunnar einnig vera ósamræmi.

*SEI filma: "fast raflausn tengi" (fast raflausn tengi).Í fyrsta hleðsluferli fljótandi litíumjónarafhlöðu hvarfast rafskautsefnið við raflausnina á fasta-vökvafasa tenginu til að mynda passiveringslag sem hylur yfirborð rafskautsefnisins.SEI filman er rafræn einangrunarefni en frábær leiðari litíumjóna, sem ekki aðeins verndar rafskautið heldur hefur ekki áhrif á rafhlöðuna.Öldrun SEI filmu hefur veruleg áhrif á heilsu rafhlöðunnar.

Þess vegna er ójafnvægi (eða hyggindi) rafhlöðupakka óumflýjanleg birtingarmynd rafhlöðunotkunar.

Hvers vegna þarf jafnvægi

Rafhlöðurnar eru mismunandi, svo hvers vegna ekki að reyna að gera þær eins?Vegna þess að ósamræmi mun hafa áhrif á frammistöðu rafhlöðupakkans.

Rafhlöðupakkinn í röð fylgir stuttu tunnuáhrifunum: í rafhlöðupakkakerfinu í röð er afkastageta alls rafhlöðupakkakerfisins ákvörðuð af minnstu einstöku einingunni.

Segjum að við höfum rafhlöðupakka sem samanstendur af þremur rafhlöðum:

Ég veit að ofhleðsla og ofhleðsla getur skaðað rafhlöður alvarlega.Þess vegna, þegar rafhlaða B er fullhlaðin meðan á hleðslu stendur eða þegar SoC rafhlöðunnar B er mjög lágt meðan á afhleðslu stendur, er nauðsynlegt að hætta hleðslu og afhleðslu til að vernda rafhlöðu B. Þar af leiðandi getur afl rafhlöðunnar A og C ekki verið að fullu nýtt.

Þetta leiðir til:

Raunveruleg nothæf getu rafhlöðupakkans hefur minnkað: Rafhlaða A og C, sem hefðu getað notað tiltæka afkastagetu, geta nú ekki gert það til að rúma rafhlöðu B. Hún er eins og tveir einstaklingar á þremur fótum bundnir saman, með hærri manneskja sem getur ekki tekið stór skref.

Minni rafhlöðuending: Minni skreflengd krefst fleiri skrefa og gerir fæturna þreyttari.Með minni afkastagetu eykst fjöldi hleðslu- og afhleðslulota, sem leiðir til meiri niðurbrots rafhlöðunnar.Til dæmis getur ein fruma náð 4000 lotum við 100% DoD, en í raunverulegri notkun getur það ekki náð 100% og fjöldi lota mun örugglega ekki ná 4000.

*DoD, dýpt afhleðslu, táknar hlutfall afhleðslugetu rafhlöðunnar miðað við nafngetu rafhlöðunnar.

Ósamræmi rafhlöðunnar leiðir til lækkunar á afköstum rafhlöðupakkans.Þegar stærð rafhlöðueiningarinnar er stór eru margir strengir af rafhlöðum tengdir í röð og stór stakur spennumunur mun valda því að afkastageta alls kassans minnkar.Því fleiri rafhlöður sem eru tengdar í röð, því meiri getu tapa þær.Hins vegar, í forritum okkar, sérstaklega í orkugeymslukerfi, eru tvær mikilvægar kröfur:

Í fyrsta lagi er langlíf rafhlaða, sem getur dregið verulega úr rekstrar- og viðhaldskostnaði.Orkugeymslukerfið gerir miklar kröfur um endingu rafhlöðupakkans.Flest þau innlendu eru hönnuð til 15 ára.Ef við gerum ráð fyrir 300 lotum á ári eru 15 ár 4500 lotur, sem er samt mjög hátt.Við þurfum að hámarka endingu hverrar rafhlöðu þannig að heildarlíftími rafhlöðupakkans geti náð hönnunarlífi eins mikið og mögulegt er og dregið úr áhrifum rafhlöðudreifingar á endingu rafhlöðupakkans.

Önnur djúpa hringrásin, sérstaklega í notkunaratburðarás hámarksraksturs, mun það að gefa út eina kWst til viðbótar af rafmagni til viðbótar tekna.Það er að segja, við munum gera 80% DoD eða 90% DoD.Þegar djúp hringrásin er notuð í orkugeymslukerfinu mun dreifing rafhlöðunnar koma fram við losun hala.Þess vegna, til að tryggja fulla losun á afkastagetu hverrar einstakrar frumu við skilyrði djúphleðslu og djúphleðslu, er nauðsynlegt að krefjast þess að orkugeymslu BMS hafi sterka jöfnunarstjórnunargetu og bælir að samkvæmni sé í rafhlöðufrumum. .

Þessar tvær kröfur eru nákvæmlega andstæðar rafhlöðuósamræmi.Til að ná fram skilvirkari rafhlöðupakkaforritum verðum við að hafa skilvirkari jafnvægistækni til að draga úr áhrifum rafhlöðuósamræmis.

jafnvægistækni

Rafhlöðujöfnunartækni er leið til að gera rafhlöður með mismunandi afkastagetu eins.Það eru tvær algengar jöfnunaraðferðir: orkudreifing einátta jöfnun (óvirk jöfnun) og orkuflutnings tvíátta jöfnun (virk jöfnun).

(1) Óvirkt jafnvægi

Óvirka jöfnunarreglan er að samhliða skiptanlegum úthleðsluviðnámi á hverri rafhlöðustreng.BMS stýrir úthleðsluviðnáminu til að tæma hærri spennu frumurnar og dreifa raforkunni sem hita.Til dæmis, þegar rafhlaðan B er næstum fullhlaðin, er rofinn opnaður til að leyfa viðnáminu á rafhlöðunni B að dreifa umfram raforku sem hita.Síðan heldur hleðsla áfram þar til rafhlöður A og C eru einnig fullhlaðinar.

Þessi aðferð getur aðeins tæmt háspennufrumur og getur ekki endurhlaða frumur með litla afkastagetu.Vegna afltakmörkunar losunarviðnámsins er jöfnunarstraumurinn yfirleitt lítill (minna en 1A).

Kostir óvirkrar jöfnunar eru lítill kostnaður og einföld hringrásarhönnun;ókostirnir eru þeir að miðað er við minnstu eftirstöðvar rafgeymis til jöfnunar, sem getur ekki aukið afkastagetu rafgeyma með litla eftirgetu, og að 100% af jöfnuðu afli fer til spillis í formi hita.

(2) Virkt jafnvægi

Með reikniritum flytja margir strengir rafhlöður orku háspennufrumna yfir í lágspennufrumur með því að nota orkugeymsluíhluti, tæma háspennu rafhlöðurnar og nota orkuna sem losnar til að hlaða lægri spennufrumurnar.Orkan er aðallega flutt í stað þess að eyðast.

Þannig tæmist rafhlaðan B, sem nær 100% spennu fyrst, í A og C meðan á hleðslu stendur, og rafhlöðurnar þrjár eru fullhlaðnar saman.Á meðan á afhleðslu stendur, þegar hleðslan sem eftir er af rafhlöðu B er of lítil, „hlaða“ A og C B, þannig að klefi B nær ekki SOC þröskuldinum til að stöðva afhleðslu svo fljótt.

Helstu eiginleikar virkra jafnvægistækni

(1) Jafnvægi háspennu og lágspennu til að bæta skilvirkni rafhlöðupakkans: Við hleðslu og afhleðslu og í hvíld er hægt að tæma háspennu rafhlöðurnar og hlaða lágspennu rafhlöðurnar;

(2) Orkuflutningur með litlum tapi: orka er aðallega flutt frekar en einfaldlega glatað, sem bætir skilvirkni orkunýtingar;

(3) Stór jafnvægisstraumur: Almennt er jafnvægisstraumurinn á milli 1 og 10A og jafnvægið er hraðari;

Virk jöfnun krefst uppsetningar samsvarandi hringrása og orkugeymslutækja, sem leiðir til mikils magns og aukins kostnaðar.Þessi tvö skilyrði saman ráða því að ekki er auðvelt að stuðla að og beita virkri jöfnun.

Að auki eykur virka jöfnunarhleðslan og afhleðslan óbeint endingartíma rafhlöðunnar.Fyrir frumur sem þurfa hleðslu og afhleðslu til að ná jafnvægi, getur aukið vinnuálag valdið því að þær fari yfir öldrun venjulegra frumna, sem leiðir til meiri árangursbils við aðrar frumur.

Sumir sérfræðingar telja að orðatiltækin tvö hér að ofan ættu að samsvara losandi jafnvægi og ódreifandi jafnvægi.Hvort það er virkt eða óvirkt ætti að ráðast af atburðinum sem hrindir af stað jafnvægisferlinu.Ef kerfið nær því ástandi að það þarf að vera óvirkt, þá er það óvirkt.Ef það er stillt af mönnum er það að stilla jafnvægisáætlunina þegar það er ekki nauðsynlegt að vera í jafnvægi kallað virkt jafnvægi.

Til dæmis, þegar afhleðslan er í lokin, hefur lægsta spennuhólfið náð afhleðsluspennu, á meðan aðrar frumur hafa enn afl.Á þessum tíma, til þess að losa eins mikið rafmagn og mögulegt er, flytur kerfið raforku háorku frumna yfir í lágorku frumur, sem gerir losunarferlinu kleift að halda áfram þar til allt afl er tæmt.Þetta er óvirkt jöfnunarferli.Ef kerfið spáir því að það verði ójafnvægi við lok losunar þegar enn eru 40% eftir af afli mun það hefja virkt jöfnunarferli.

Virk jöfnun skiptist í miðstýrða og dreifða aðferðir.Miðstýrða jöfnunaraðferðin fær orku úr öllum rafhlöðupakkanum og notar síðan orkubreytibúnað til að bæta orku í rafhlöðurnar með minni orku.Dreifð jöfnun felur í sér orkugeymslutengingu milli aðliggjandi rafgeyma, sem getur verið inductor eða þétti, sem gerir orku kleift að flæða á milli aðliggjandi rafhlaðna.

Í núverandi jafnvægisstýringarstefnu eru þeir sem taka frumuspennuna sem færibreytu fyrir stjórnmarkmið, og það eru líka þeir sem leggja til að nota SOC sem jafnvægisstýringarmarkbreytu.Tökum frumuspennuna sem dæmi.

Í fyrsta lagi skaltu stilla par af þröskuldsgildum til að hefja og enda jöfnun: til dæmis, í setti af rafhlöðum, þegar munurinn á öfgaspennu stakrar frumu og meðalspennu settsins nær 50mV, er jöfnun hafin, og þegar það nær 5mV, jöfnuninni er lokið.

BMS safnar spennu hverrar frumu í samræmi við fasta öflunarlotu, reiknar meðalgildið og reiknar síðan út mismuninn á hverri frumuspennu og meðalgildi;

Ef hámarksmunurinn nær 50mV þarf BMS að hefja jöfnunarferlið;

Haltu áfram skrefi 2 meðan á jöfnunarferlinu stendur þar til mismunagildin eru öll minni en 5mV, og ljúktu síðan jöfnuninni.

Það skal tekið fram að ekki allir BMS þurfa þetta skref, og síðari aðferðir geta verið mismunandi eftir jafnvægisaðferðinni.

Jafnvægistæknin tengist einnig gerð rafhlöðunnar.Almennt er talið að LFP henti betur fyrir virkt jafnvægi, á meðan þrír rafhlöður henta fyrir óvirkt jafnvægi.

Stig mikillar samkeppni í BMS er að mestu studdur af kostnaði og áreiðanleika.Eins og er, hefur tilrauna sannprófun á virku jafnvægi ekki enn náðst.Gert er ráð fyrir að öryggisstigið fari í átt að ASIL-C og ASIL-D, en kostnaðurinn er nokkuð hár.Þess vegna eru núverandi stórfyrirtæki varkár í virkum jafnvægisrannsóknum.Sumar stórar verksmiðjur vilja jafnvel hætta við jöfnunareininguna og láta framkvæma alla jöfnun ytra, svipað og viðhald eldsneytisbifreiða.Í hvert sinn sem ökutækið fer ákveðna vegalengd mun það fara í 4S verslunina fyrir ytri jafnvægi.Þetta mun draga úr kostnaði við allt BMS ökutækisins og einnig gagnast samsvarandi 4S verslun.Það er vinna-vinna staða fyrir alla aðila.Því persónulega skil ég að þetta gæti orðið trend!

3.3 Vörn – bilanagreining og viðvörun

BMS eftirlitið passar við vélbúnað rafkerfisins og er skipt í mismunandi bilunarstig (minniháttar bilun, alvarleg bilun, banvæn bilun) í samræmi við mismunandi afköst rafhlöðunnar.Mismunandi meðhöndlunarráðstafanir eru gerðar í mismunandi bilunarstigum: viðvörun, afltakmörkun eða bein háspennustöðvun.Bilanir fela í sér gagnaöflun og skynsemisbilanir, rafmagnsbilanir (skynjarar og stýringar), samskiptabilanir og bilanir í rafhlöðustöðu.

Algengt dæmi er þegar rafhlaða ofhitnar, BMS ákvarðar að rafhlaðan sé að ofhitna miðað við hitastig rafhlöðunnar sem safnað er, stjórnar síðan hringrás þessarar rafhlöðu til að aftengjast, framkvæmir ofhitnunarvörn og sendir viðvörun til stjórnunarkerfa eins og EMS.

3.4 Samskipti

Ekki er hægt að aðskilja eðlilega starfsemi BMS frá samskiptavirkni þess.Hvort sem það er að stjórna rafhlöðunni meðan á rafhlöðustjórnun stendur, að senda rafhlöðustöðu til umheimsins eða fá stjórnunarleiðbeiningar, þá eru stöðug samskipti nauðsynleg.

Í rafhlöðukerfinu er annar endi BMS tengdur rafhlöðunni og hinn endinn er tengdur við stjórn- og rafeindakerfi alls ökutækisins.Heildarumhverfið notar CAN samskiptareglur, en það er greinarmunur á því að nota innri CAN á milli innri íhluta rafhlöðupakkans og að nota CAN ökutækis milli rafhlöðupakkans og alls ökutækisins.

Aftur á móti nota orkugeymsla BMS og innri samskipti í grundvallaratriðum CAN samskiptareglur, en ytri samskipti þess (ytri vísar aðallega til orkugeymslu rafstöðvar sendingarkerfisins PCS) notar oft netsamskiptareglur TCP/IP samskiptareglur og modbus siðareglur.

4) Orkugeymslu BMS

Orkugeymslu BMS framleiðendur þróast almennt frá rafhlöðu BMS, svo margar hönnun og hugtök eiga sögulegan uppruna

Til dæmis er rafhlöðunni almennt skipt í BMU (rafhlöðueftirlitseining) og BCU (rafhlöðustjórnunareining), þar sem sá fyrrnefndi safnar gögnum og sá síðarnefndi stjórnar þeim.

Vegna þess að rafhlöðufruman er rafefnafræðilegt ferli mynda margar rafhlöðufrumur rafhlöðu.Vegna eiginleika hvers rafhlöðufruma, sama hversu nákvæmt framleiðsluferlið er, verða villur og ósamræmi í hverri rafhlöðufrumu með tímanum og fer eftir umhverfinu.Þess vegna er rafhlöðustjórnunarkerfið að meta núverandi ástand rafhlöðunnar með takmörkuðum breytum, sem er svolítið eins og hefðbundinn kínverskur læknir sem greinir sjúkling með því að fylgjast með einkennum frekar en vestræn læknisfræði sem krefst líkamlegrar og efnafræðilegrar greiningar.Eðlisfræðileg og efnafræðileg greining mannslíkamans er svipuð rafefnafræðilegum eiginleikum rafhlöðunnar, sem hægt er að mæla með stórum tilraunatækjum.Hins vegar er erfitt fyrir innbyggð kerfi að meta suma vísbendingar um rafefnafræði.Þess vegna er BMS eins og gamall kínverskur læknir.

4.1 Þriggja laga arkitektúr orkugeymslu BMS

Vegna mikils fjölda rafhlöðufrumna í orkugeymslukerfum, til að spara kostnað, er BMS almennt útfært í lögum, með tveimur eða þremur lögum.Eins og er, er almenningur þrjú lög: master control/master control/slave control.

4.2 Ítarleg lýsing á orkugeymslu BMS

5) Núverandi staða og framtíðarþróun

Það eru nokkrar gerðir af framleiðendum sem framleiða BMS:

Fyrsti flokkurinn er sá notandi sem hefur mesta kraftinn í rafhlöðunni BMS – bílaverksmiðjum.Reyndar er sterkasti BMS framleiðslustyrkurinn erlendis líka bílaverksmiðjurnar eins og General Motors, Tesla o.s.frv. Heima eru BYD, Huating Power osfrv.

Annar flokkurinn er rafhlöðuverksmiðjur, þar á meðal frumuframleiðendur og pakkaframleiðendur, eins og Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad, o.fl.;

Þriðja tegund BMS framleiðenda eru þeir sem hafa margra ára reynslu í rafeindatækni og hafa R&D teymi með háskóla eða tengdan bakgrunn, eins og Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology og Kegong Electronics.

Ólíkt BMS rafgeyma, sem er aðallega einkennist af framleiðendum flugstöðvatækja, virðist sem endanotendur orkugeymslurafhlöðna hafi enga þörf eða sérstakar aðgerðir til að taka þátt í rannsóknum og þróun og framleiðslu á BMS.Það er líka ólíklegt að þeir muni eyða miklum peningum og orku í að þróa stórfelld rafhlöðustjórnunarkerfi.Þess vegna má líta svo á að BMS-iðnaðurinn fyrir orkugeymslu rafhlöðu skorti mikilvægan leikmann með algera kosti, sem skilur eftir mikið pláss fyrir þróun og ímyndunarafl fyrir rafhlöðuframleiðendur og framleiðendur sem einbeita sér að orkugeymslu BMS.Ef orkugeymslumarkaðurinn er kominn á fót mun það gefa rafhlöðuframleiðendum og faglegum BMS framleiðendum mikið svigrúm til þróunar og minna samkeppnisþol.

Eins og er, eru tiltölulega fáir fagmenn BMS framleiðendur sem einbeita sér að þróun orkugeymslu BMS, aðallega vegna þess að orkugeymslumarkaðurinn er enn á byrjunarstigi og enn eru miklar efasemdir um framtíðarþróun orkugeymslu á markaðnum.Þess vegna hafa flestir framleiðendur ekki þróað BMS sem tengist orkugeymslu.Í raunverulegu viðskiptaumhverfi eru einnig framleiðendur sem kaupa rafgeyma rafhlöðu BMS til notkunar sem BMS fyrir rafhlöður fyrir orkugeymslur.Talið er að í framtíðinni muni faglegir rafbílaframleiðendur BMS einnig verða mikilvægur hluti af BMS birgjum sem notaðir eru í stórum orkugeymsluverkefnum.

Á þessu stigi er skortur á samræmdum stöðlum fyrir BMS sem ýmsar orkubirgðakerfisbirgjar veita.Mismunandi framleiðendur hafa mismunandi hönnun og skilgreiningar fyrir BMS, og eftir mismunandi rafhlöðum sem þær eru samhæfar við, getur SOX reikniritið, jöfnunartæknin og samskiptagagnainnihaldið sem hlaðið er upp einnig verið mismunandi.Í hagnýtri beitingu BMS mun slíkur munur auka notkunarkostnað og vera skaðleg iðnaðarþróun.Þess vegna mun stöðlun og einingavæðing BMS einnig vera mikilvæg þróunarstefna í framtíðinni.