Батареяны басқару жүйесі BMS білімі мен қызметі, Кіріспе

BMS толық атауы - батареяны басқару жүйесі.Бұл энергия сақтау батареяларының күйін бақылайтын құрылғы.Ол негізінен батареялардың шамадан тыс зарядталуы мен зарядсыздануын болдырмау, батареяның қызмет ету мерзімін ұзарту және батарея күйін бақылау үшін жеке батарея ұяшықтарын интеллектуалды басқару және техникалық қызмет көрсету үшін қолданылады.Әдетте, BMS схемалық тақта немесе аппараттық қорап ретінде ұсынылған.

 

BMS аккумулятор энергиясын сақтау жүйесінің негізгі ішкі жүйелерінің бірі болып табылады, батареяның энергиясын сақтау блогындағы әрбір батареяның жұмыс күйін бақылауға және энергия сақтау блогының қауіпсіз және сенімді жұмысын қамтамасыз етуге жауапты.BMS нақты уақыт режимінде энергия сақтау батареясының күй параметрлерін бақылай және жинай алады (соның ішінде бір ұяшықтағы кернеу, батарея полюсінің температурасы, батарея контурының тогы, батарея терминалының кернеуі, батарея жүйесінің оқшаулау кедергісі және т.б.) және жүйе күйін бағалаудың қосымша параметрлерін алу үшін тиісті күй параметрлері бойынша қажетті талдауды және есептеуді орындаңыз.Сондай-ақ ол бүкіл батарея қуатын сақтау блогының қауіпсіз және сенімді жұмысын қамтамасыз ету үшін арнайы қорғауды басқару стратегияларына сәйкес энергия сақтау батареясының өзін тиімді басқаруға қол жеткізе алады.Сонымен бірге, BMS өзінің байланыс интерфейсі және аналогтық/цифрлық кіріс интерфейсі арқылы басқа сыртқы құрылғылармен (PCS, EMS, өртке қарсы жүйе және т. электр станциясының қауіпсіз, сенімді және тиімді желіге қосылған жұмысын қамтамасыз ету.

2) Сәулет

Топология архитектурасы тұрғысынан BMS екі санатқа бөлінеді: орталықтандырылған және әртүрлі жоба талаптарына сәйкес бөлінген.

 

Орталықтандырылған BMS

Қарапайым тілмен айтқанда, орталықтандырылған BMS барлық ұяшықтарды жинау үшін бір BMS аппараттық құралын пайдаланады, ол бірнеше ұяшықтары бар сценарийлер үшін қолайлы.

Орталықтандырылған BMS арзан, ықшам құрылым және жоғары сенімділік артықшылықтарына ие және әдетте қуаттылығы төмен, жалпы қысымы төмен және батарея жүйесінің шағын көлемі бар сценарийлерде қолданылады, мысалы, электр құралдары, роботтар (көмекші роботтар, көмекші роботтар), IOT смарт үйлері (сыпырғыш роботтар, электр шаңсорғыштары), электр жүк көтергіштері, төмен жылдамдықты электрлік көліктер (электрлік велосипедтер, электр мотоциклдері, электр экскурсиялық машиналары, электропатрульдік машиналар, электр гольф арбалары және т.б.) және жеңіл гибридті көліктер.

Орталықтандырылған БМЖ аппараттық құралдарын жоғары вольтты және төмен вольтты аймақтарға бөлуге болады.Жоғары вольтты аймақ бір ұяшықтағы кернеуді, жүйенің жалпы кернеуін жинауға және оқшаулау кедергісін бақылауға жауап береді.Төмен вольтты аймаққа қоректену схемалары, орталық процессор схемалары, CAN байланыс схемалары, басқару схемалары және т.б.

Жолаушылар көліктерінің қуат батареялары жүйесі жоғары сыйымдылыққа, жоғары жалпы қысымға және үлкен көлемге қарай дамуын жалғастырғандықтан, бөлінген BMS архитектуралары негізінен қосылатын гибридті және таза электрлі көлік модельдерінде қолданылады.

Бөлінген BMS

Қазіргі уақытта салада таратылған BMS үшін әртүрлі терминдер бар және әртүрлі компаниялардың әртүрлі атаулары бар.Қуат аккумуляторы BMS негізінен екі деңгейлі магистральдық архитектураға ие:

 

Энергияны сақтау BMS әдетте аккумулятор жинағының үлкен өлшеміне байланысты үш деңгейлі архитектура болып табылады, негізгі басқару қабаты бағынышты және негізгі басқару қабаттарының үстінде.

Батареялар өз кезегінде стектерді құрайтын батарея кластерлерін құрайтыны сияқты, үш деңгейлі BMS де бірдей жоғары ережені ұстанады:

Басқарудан: батареяларды басқару блогы (BMU), ол жеке батареялардан ақпаратты жинайды.

Батарея ұяшығының кернеуі мен температурасын бақылаңыз

Пакеттегі батареяны теңестіру

Ақпаратты жүктеп салу

термиялық басқару

Қалыпты дабыл

Негізгі басқару: Батарея кластерін басқару блогы: BCU (батарея кластері блогы, сондай-ақ жоғары кернеуді басқару блогы HVU, BCMU және т.б. ретінде белгілі), BMU ақпаратын жинауға және батарея кластері туралы ақпаратты жинауға жауапты.

Батарея кластерінің тогын алу, жалпы кернеуді алу, ағып кетуді анықтау

Батарея күйі қалыпты емес болғанда қуатты өшіруден қорғау

BMS басқаруымен сыйымдылықты калибрлеу және SOC калибрлеуді кейінгі зарядтау мен разрядты басқару үшін негіз ретінде бөлек аяқтауға болады.

Батарея массивін басқару блогы (BAU) барлық энергия сақтау батареяларының дестеіндегі батареяларды орталықтандырылған басқаруға жауап береді.Ол батарея массивінің жұмыс күйі туралы кері байланысты қамтамасыз ету үшін әртүрлі батарея кластерін басқару блоктарына қосылады және басқа құрылғылармен ақпарат алмасады.

Батарея массивін зарядтау және зарядсыздандыруды басқару

BMS жүйесі өзін-өзі тексеру және ақауларды анықтау дабылы

Батарея жинағындағы ақауларды анықтау дабылы

Батарея массивіндегі әртүрлі ауытқулар мен ақаулардан қауіпсіздікті қорғау

PCS және EMS сияқты басқа құрылғылармен байланысыңыз

Мәліметтерді сақтау, беру және өңдеу

Батареяны басқару қабаты: жеке батареялар туралы әртүрлі ақпаратты (кернеу, температура) жинауға, батареялардың SOC және SOH көрсеткіштерін есептеуге және талдауға, жеке батареяларды белсенді теңестіруге қол жеткізуге және жеке аккумуляторлар туралы қалыпты емес ақпаратты аккумуляторлық блок блок қабатына BCMU жүктеуге жауап береді.CAN сыртқы байланысы арқылы ол тізбек арқылы өзара байланысады.

Батареяны басқару қабаты: BMU жүктеген жеке аккумуляторлардан әртүрлі ақпаратты жинауға, аккумулятор жинағы туралы әртүрлі ақпаратты жинауға (пакет кернеуі, бума температурасы), батарея жинағын зарядтау және зарядсыздандыру токтары, аккумуляторлық топтаманың SOC және SOH есептеу және талдау үшін жауап береді. , және барлық ақпаратты BAMS батарея кластерінің қабатына жүктеп салу.CAN сыртқы байланысы арқылы ол тізбек арқылы өзара байланысады.

Батарея кластерін басқару қабаты: BCMU жүктеген батарея туралы әртүрлі ақпаратты жинауға және барлық ақпаратты RJ45 интерфейсі арқылы энергияны сақтауды бақылау EMS жүйесіне жүктеуге жауапты;аккумулятор туралы қалыпты емес ақпаратты PCS-ге жіберу үшін PCS-пен байланысу (CAN немесе RS485 интерфейсі) және PCS-пен байланысу үшін аппараттық құрғақ түйіндермен жабдықталған.Оған қоса, ол батарея жүйесінің BSE (Батарея күйін бағалау) бағалауын, электр жүйесінің күйін анықтауды, контакторларды басқаруды, жылуды басқаруды, жұмысты басқаруды, зарядтауды басқаруды, диагностиканы басқаруды жүзеге асырады және ішкі және сыртқы байланыс желісін басқаруды жүзеге асырады.CAN арқылы бағыныштылармен байланысады.

3) BMS не істейді?

BMS функциялары өте көп, бірақ негізгі және бізді ең алаңдататын нәрсе - үш аспект:

Біреуі - сенсорлық (мемлекеттік басқару), ол БМЖ негізгі қызметі.Ол кернеуді, кедергіні, температураны өлшейді және ақыр соңында батареяның күйін сезінеді.Біз аккумулятордың күйі қандай, оның қанша энергиясы мен сыйымдылығы бар, оның қаншалықты пайдалы, қаншалықты қуат өндіретінін және қаншалықты қауіпсіз екенін білгіміз келеді.Бұл сезіну.

Екіншісі – менеджмент (баланстарды басқару).Кейбіреулер BMS батареяның күтушісі деп айтады.Сонда мына күтуші оны басқаруы керек.Нені басқару керек?Бұл батареяны мүмкіндігінше жақсы ету.Ең негізгісі - тепе-теңдікті басқару және жылуды басқару.

Үшіншісі – қорғаныс (қауіпсіздікті басқару).Күтушінің де жұмысы бар.Батареяның қандай да бір күйі болса, оны қорғау және дабыл беру керек.

Әрине, белгілі бір хаттамалар арқылы жүйенің ішінде немесе одан тыс деректерді тасымалдайтын коммуникацияны басқару компоненті де бар.

BMS-тің басқа да көптеген функциялары бар, мысалы, жұмысты басқару, оқшаулауды бақылау, жылуды басқару және т.б., олар мұнда талқыланбайды.

 

3.1 Қабылдау – өлшеу және бағалау

BMS негізгі функциясы кернеу, ток, температура және күй сияқты негізгі параметрлерді қоса алғанда, батарея параметрлерін өлшеу және бағалау, сондай-ақ SOC және SOH сияқты батарея күйінің деректерін есептеу болып табылады.Қуат батареяларының өрісі сонымен қатар SOP (қуат күйі) және SOE (энергия күйі) есептеулерін қамтиды, олар мұнда талқыланбайды.Біз кеңірек қолданылатын алғашқы екі деректерге тоқталамыз.

Жасушаны өлшеу

1) Негізгі ақпаратты өлшеу: Батареяны басқару жүйесінің ең негізгі функциясы - батареяны басқару жүйесіндегі барлық жоғарғы деңгейдегі есептеулер мен басқару логикасы үшін негіз болып табылатын жеке батарея ұяшықтарының кернеуін, тогын және температурасын өлшеу.

2) Оқшаулау кедергісін сынау: Оқшаулау сынағы батареяны басқару жүйесіндегі бүкіл батарея жүйесі мен жоғары вольтты жүйе үшін қажет.

3) Жоғары вольтты блоктауды анықтау (HVIL): жоғары вольтты жүйенің тұтастығы бұзылған кезде бүкіл жоғары вольтты жүйенің тұтастығын растау және қауіпсіздік шараларын бастау үшін қолданылады.

SOC есептеу

SOC батареяның қалған сыйымдылығы болып табылатын зарядтау күйін білдіреді.Қарапайым сөзбен айтқанда, бұл батареяда қанша қуат қалғаны.

SOC - BMS-тегі ең маңызды параметр, өйткені қалғанының бәрі соған негізделген.Сондықтан оның дәлдігі мен беріктігі (қателерді түзету мүмкіндігі деп те аталады) өте маңызды.Дәл SOC болмаса, ешқандай қорғаныс функциясы BMS дұрыс жұмыс істей алмайды, өйткені батарея жиі қорғалған күйде болады, бұл батареяның қызмет ету мерзімін ұзарту мүмкін емес.

Қазіргі уақытта SOC бағалаудың негізгі әдістеріне ашық тізбектегі кернеу әдісі, токты біріктіру әдісі, Кальман сүзгі әдісі және нейрондық желі әдісі жатады.Алғашқы екі әдіс жиі қолданылады.Соңғы екі әдіс интеграциялық модельдер мен жасанды интеллект сияқты алдыңғы қатарлы білімді қамтиды, олар мұнда егжей-тегжейлі айтылмаған.

Практикалық қолданбаларда батареяның зарядтау және зарядсыздану күйіне байланысты әртүрлі алгоритмдер қабылданатын бірнеше алгоритмдер жиі үйлесімде пайдаланылады.

ашық тізбектегі кернеу әдісі

Ашық тізбектегі кернеу әдісінің принципі батареяның ұзақ мерзімді статикалық орналасуы жағдайында ашық тізбектегі кернеу мен SOC арасындағы салыстырмалы түрде бекітілген функционалдық қатынасты пайдалану және осылайша ашық тізбектегі кернеу негізінде SOC бағалау.Бұрын жиі қолданылатын қорғасын-қышқылды аккумуляторлы электрлік велосипед осы әдісті SOC бағалау үшін пайдаланады.Ашық тізбектегі кернеу әдісі қарапайым және ыңғайлы, бірақ сонымен бірге көптеген кемшіліктер бар:

1. Батареяны ұзақ уақыт бойы тұрып қалдыру керек, әйтпесе ашық тізбектегі кернеуді қысқа уақыт ішінде тұрақтандыру қиын болады;

2. Батареяларда, әсіресе литий-темір фосфатты батареяларда кернеу үстірті бар, мұнда терминалдық кернеу мен SOC қисығы SOC30%-80% диапазонында шамамен сызықты болады;

3. Батарея әртүрлі температурада немесе әртүрлі қызмет ету кезеңдерінде және ашық тізбектегі кернеу бірдей болса да, нақты SOC айырмашылығы үлкен болуы мүмкін;

Төмендегі суретте көрсетілгендей, біз осы электрлік велосипедті пайдаланған кезде, егер ағымдағы SOC 100% көрсетілсе, жеделдету кезінде кернеу төмендейді, ал қуат 80% ретінде көрсетілуі мүмкін.Біз жеделдетуді тоқтатқанда, кернеу көтеріледі, ал қуат 100% -ға секіреді.Сондықтан біздің электрлік скутердің қуат дисплейі дәл емес.Біз тоқтаған кезде оның қуаты бар, бірақ біз іске қосқан кезде оның қуаты таусылады.Бұл аккумуляторға қатысты мәселе болмауы мүмкін, бірақ BMS SoC алгоритмінің тым қарапайым болуына байланысты болуы мүмкін.

Ан-Ши интегралдық әдісі

Anshicontinuous интеграция әдісі SOC анықтамасы арқылы нақты уақытта SOC мәнін тікелей есептейді.

Бастапқы SOC мәнін ескере отырып, батареяның тогын өлшеуге болатын болса (разряд тогы оң болса), батарея сыйымдылығының өзгеруін ағымдағы интеграция арқылы дәл есептеуге болады, нәтижесінде қалған SOC болады.

Бұл әдіс қысқа мерзімде салыстырмалы түрде сенімді бағалау нәтижелеріне ие, бірақ ағымдағы датчиктің өлшеу қателеріне және батарея сыйымдылығының біртіндеп төмендеуіне байланысты ұзақ мерзімді ток интеграциясы белгілі бір ауытқуларды тудырады.Сондықтан ол әдетте төмен дәлдік талаптары бар SOC бағалауының бастапқы мәнін бағалау үшін ашық тізбектегі кернеу әдісімен бірге қолданылады және сонымен қатар қысқа мерзімді SOC болжау үшін Кальман сүзу әдісімен бірге қолданылуы мүмкін.

SOC (State Of Charge) ағымдағы қалған қуат күйін білдіретін BMS негізгі басқару алгоритміне жатады.Оған негізінен ампер-сағаттық интеграция әдісі және EKF (кеңейтілген Калман сүзгісі) алгоритмі арқылы қол жеткізіледі, ол түзету стратегияларымен біріктіріледі (мысалы, ашық тізбектегі кернеуді түзету, толық зарядты түзету, зарядтау соңын түзету, әртүрлі температура мен SOH кезінде сыйымдылықты түзету, т.б.).Ампер-сағат интегралдау әдісі ағымдағы алудың дәлдігін қамтамасыз ету жағдайында салыстырмалы түрде сенімді, бірақ ол берік емес.Қателердің жинақталуына байланысты оны түзету стратегияларымен біріктіру керек.EKF әдісі сенімді, бірақ алгоритм салыстырмалы түрде күрделі және іске асыру қиын.Отандық негізгі өндірушілер бөлме температурасында 6%-дан аз дәлдікке қол жеткізе алады, бірақ жоғары және төмен температураларда және батареяның әлсіреуін бағалау қиын.

SOC түзету

Ағымдағы ауытқуларға байланысты есептелген SOC дәл болмауы мүмкін және бағалау процесіне әртүрлі түзету стратегияларын енгізу қажет.

 

SOH есептеу

SOH батареяның ағымдағы денсаулық күйін (немесе батареяның тозу дәрежесін) көрсететін Денсаулық жағдайын білдіреді.Ол әдетте 0 және 100% аралығындағы мән ретінде көрсетіледі, ал 80% төмен мәндер әдетте батареяның енді пайдалануға жарамсыз екенін көрсетеді деп саналады.Ол батарея сыйымдылығының немесе ішкі кедергісінің өзгеруімен ұсынылуы мүмкін.Сыйымдылықты пайдаланған кезде ағымдағы батареяның нақты сыйымдылығы батареяның жұмыс процесінің деректері негізінде бағаланады және оның номиналды сыйымдылыққа қатынасы SOH болып табылады.Дәл SOH батарея заряды нашарлаған кезде басқа модульдерді бағалау дәлдігін жақсартады.

Өнеркәсіпте SOH екі түрлі анықтамасы бар:

Сыйымдылықтың төмендеуіне негізделген SOH анықтамасы

Литий-ионды аккумуляторларды пайдалану кезінде батареяның ішіндегі белсенді материал бірте-бірте азаяды, ішкі кедергісі артады және сыйымдылығы азаяды.Сондықтан SOH батарея сыйымдылығымен бағалануы мүмкін.Батареяның денсаулық жағдайы ағымдағы сыйымдылықтың бастапқы сыйымдылыққа қатынасы ретінде көрсетіледі және оның SOH мәні келесідей анықталады:

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

Мұндағы: C_fade – аккумулятордың жоғалған сыйымдылығы;C_standard - номиналды сыйымдылық.

IEEE 1188-1996 стандарты қуат батареясының сыйымдылығы 80%-ға дейін төмендеген кезде батареяны ауыстыру қажеттігін қарастырады.Сондықтан, әдетте, SOH батареясы 80% төмен болғанда қол жетімді емес деп есептейміз.

Қуатты әлсіретуге негізделген SOH анықтамасы (қуаттың өшуі)

Батареялардың барлық дерлік түрлерінің ескіруі батареяның ішкі кедергісінің жоғарылауына әкеледі.Батареяның ішкі кедергісі неғұрлым жоғары болса, қол жетімді қуат соғұрлым аз болады.Сондықтан SOH қуатын әлсірету арқылы бағалауға болады.

3.2 Басқару – Теңгерімді технология

Әр аккумулятордың өзіндік «тұлғасы» бар.

Баланс туралы айту үшін батареялардан бастау керек.Тіпті бір өндірушінің бір топтамасында шығарылатын аккумуляторлардың өз өмірлік циклдері мен «тұлғалары» бар – әр батареяның сыйымдылығы бірдей болуы мүмкін емес.Бұл сәйкессіздіктің екі себебі бар:

Біреуі - жасуша өндірісінің сәйкессіздігі

Біреуі – электрохимиялық реакциялардың сәйкессіздігі.

өндірістің сәйкессіздігі

Өндірістегі сәйкессіздіктерді түсіну оңай.Мысалы, өндіріс процесінде диафрагманың сәйкессіздігі және катод пен анодтық материалдың сәйкессіздігі жалпы аккумулятор сыйымдылығының сәйкессіздігіне әкелуі мүмкін.Стандартты 50AH батарея 49AH немесе 51AH болуы мүмкін.

электрохимиялық сәйкессіздік

Электрохимияның сәйкессіздігі аккумуляторды зарядтау және разрядтау процесінде, тіпті екі ұяшықты өндіру және өңдеу бірдей болса да, жылу ортасы электрохимиялық реакция процесінде ешқашан үйлесімді бола алмайды.Мысалы, батарея модульдерін жасау кезінде қоршаған сақинаның температурасы ортасынан төмен болуы керек.Бұл зарядтау және разрядтау мөлшерлері арасындағы ұзақ мерзімді сәйкессіздікке әкеледі, бұл өз кезегінде батарея ұяшығының сыйымдылығының сәйкес келмеуіне әкеледі;Батарея ұяшығындағы SEI пленкасының зарядтау және разрядтау токтары ұзақ уақыт бойы сәйкес келмегенде, SEI пленкасының қартаюы да сәйкес келмейді.

*SEI пленкасы: «қатты электролит интерфейсі» (қатты электролит интерфейсі).Сұйық литий-ионды аккумуляторды зарядтауды бірінші разрядтау процесінде электрод материалы электрод материалының бетін жабатын пассивация қабатын қалыптастыру үшін қатты-сұйық фаза интерфейсіндегі электролитпен әрекеттеседі.SEI пленкасы электронды оқшаулағыш, бірақ литий иондарының тамаша өткізгіші болып табылады, ол электродты қорғап қана қоймайды, сонымен қатар батареяның жұмысына әсер етпейді.SEI пленкасының қартаюы батареяның денсаулығына айтарлықтай әсер етеді.

Сондықтан аккумуляторлық жинақтардың біркелкі еместігі (немесе дискреттілігі) батарея жұмысының сөзсіз көрінісі болып табылады.

Неліктен теңгерім қажет

Батареялар әртүрлі, сондықтан неге оларды бірдей етіп жасауға тырыспасқа?Өйткені сәйкессіздік батарея жинағының жұмысына әсер етеді.

Сериялы батареялар жинағы қысқа баррель әсеріне сәйкес келеді: сериялы батареялар жинағы жүйесінде бүкіл аккумуляторлық жинақ жүйесінің сыйымдылығы ең кішкентай жалғыз блокпен анықталады.

Бізде үш батареядан тұратын батарея жинағы бар делік:

Шамадан тыс зарядтау және зарядсыздандыру батареяларды қатты зақымдауы мүмкін екенін біліңіз.Сондықтан, зарядтау кезінде B батареясы толығымен зарядталғанда немесе зарядсыздану кезінде B батареясының SoC деңгейі өте төмен болғанда, В батареясын қорғау үшін зарядтауды және зарядсыздандыруды тоқтату керек. Нәтижесінде A және C батареяларының қуаты толық болмайды. пайдаланылған.

Бұл мыналарға әкеледі:

Батарея жинағының нақты пайдалануға болатын сыйымдылығы төмендеді: қолда бар сыйымдылықты пайдалана алатын A және C батареялары енді В батареясын сыйдыру үшін мұны істей алмайды. Бұл екі адам үш аяқты бір-біріне байланған сияқты. ұзын адам үлкен қадамдар жасай алмайды.

Батареяның қызмет ету мерзімі қысқарады: қадамның кішірек ұзындығы көбірек қадамдарды талап етеді және аяқтарды шаршатады.Сыйымдылық азайған кезде зарядтау және разряд циклдерінің саны артады, бұл батареяның тозуына әкеледі.Мысалы, бір ұяшық 100% DoD кезінде 4000 циклге қол жеткізе алады, бірақ нақты пайдалануда ол 100% жете алмайды және циклдар саны 4000-ға жетпейді.

*DoD, Depth of decharge, батареяның зарядсыздану сыйымдылығының батареяның номиналды сыйымдылығына пайызын білдіреді.

Батареялардың сәйкес келмеуі батарея жинағының өнімділігінің төмендеуіне әкеледі.Батарея модулінің өлшемі үлкен болған кезде, батареялардың бірнеше жолы тізбектей жалғанады және үлкен бір кернеу айырмашылығы бүкіл қораптың сыйымдылығының төмендеуіне әкеледі.Неғұрлым көп батареялар тізбектей жалғанса, соғұрлым олар сыйымдылықты жоғалтады.Дегенмен, біздің қолданбаларымызда, әсіресе энергияны сақтау жүйесіндегі қолданбаларда екі маңызды талап бар:

Біріншісі - ұзақ қызмет ететін батарея, ол пайдалану және техникалық қызмет көрсету шығындарын айтарлықтай азайтады.Энергияны сақтау жүйесі аккумулятор жинағының қызмет ету мерзіміне жоғары талаптар қояды.Отандықтардың көпшілігі 15 жылға есептелген.Жылына 300 цикл деп алсақ, 15 жыл 4500 цикл, бұл әлі де өте жоғары.Біз әр батареяның қызмет ету мерзімін барынша ұлғайтуымыз керек, осылайша бүкіл батарея жинағының жалпы қызмет ету мерзімі жобалық қызмет мерзіміне барынша жетуі және батареяның дисперсиясының батарея жинағының қызмет ету мерзіміне әсерін азайтуы керек.

Екінші терең цикл, әсіресе ең жоғары қырыну сценарийінде тағы бір кВт/сағ электр қуатын шығару тағы бір табыс нүктесін әкеледі.Яғни, біз 80% DoD немесе 90% DoD жасаймыз.Энергияны сақтау жүйесінде терең циклді пайдаланған кезде, құйрықты разряд кезінде батареяның дисперсиясы көрінеді.Сондықтан, терең зарядтау және терең разрядтау жағдайында әрбір жеке ұяшықтардың сыйымдылығын толық босатуды қамтамасыз ету үшін энергияны сақтау BMS-тен күшті теңестіруді басқару мүмкіндіктерін талап ету және батарея ұяшықтары арасында консистенциясының пайда болуын болдырмау қажет. .

Бұл екі талап батареяның сәйкессіздігіне мүлдем қайшы келеді.Батарея жинағын тиімдірек қолдану үшін бізде батареяның сәйкессіздігінің әсерін азайту үшін тиімдірек теңестіру технологиясы болуы керек.

тепе-теңдік технологиясы

Батареяны теңестіру технологиясы әртүрлі қуаттағы аккумуляторларды бірдей етіп жасау тәсілі.Екі жалпы теңестіру әдісі бар: энергияны диссипациялауды бір бағытты теңестіру (пассивті теңестіру) және энергия тасымалдауды екі жақты теңестіру (активті теңдеу).

(1) Пассивті баланс

Пассивті теңестіру принципі батареялардың әрбір тізбегіндегі ауыспалы разряд резисторын параллельдеу болып табылады.BMS электр энергиясын жылу ретінде таратып, жоғары кернеулі ұяшықтарды разрядтау үшін разряд резисторын басқарады.Мысалы, В батареясы толығымен дерлік зарядталғанда, В батареясындағы резистор артық электр энергиясын жылу ретінде таратуға мүмкіндік беру үшін қосқыш ашылады.Содан кейін зарядтау A және C батареялары да толық зарядталғанша жалғасады.

Бұл әдіс тек жоғары вольтты ұяшықтарды разрядтай алады, ал сыйымдылығы төмен ұяшықтарды қайта зарядтай алмайды.Разряд кедергісінің қуатты шектеуіне байланысты теңестіру тогы әдетте аз (1А-ден аз).

Пассивті теңестірудің артықшылықтары төмен құны және қарапайым схеманың дизайны;кемшіліктері оның теңестіру үшін ең аз қалған батарея сыйымдылығына негізделген, ол қалған сыйымдылығы төмен батареялардың сыйымдылығын арттыра алмайды және теңестірілген қуаттың 100% жылу түрінде босқа кетеді.

(2) Белсенді теңгерім

Алгоритмдер арқылы батареялардың бірнеше тізбегі жоғары вольтты ұяшықтардың энергиясын энергия сақтау компоненттерін пайдаланып, жоғары вольтты батареяларды зарядсыздандырып, төменгі вольтты ұяшықтарды зарядтау үшін бөлінген энергияны пайдалана отырып, төмен вольтты ұяшықтарға тасымалдайды.Энергия негізінен ысырап емес, тасымалданады.

Осылайша, зарядтау кезінде алдымен 100% кернеуге жеткен В батареясы А және С деңгейіне разрядталады және үш батарея бірге толық зарядталады.Зарядтау кезінде, B батареясының қалған заряды тым төмен болғанда, A және C B «зарядтайды», B ұяшығы разрядты тез тоқтату үшін SOC шегіне жетпейді.

Активті баланстау технологиясының негізгі ерекшеліктері

(1) Батарея жинағының тиімділігін арттыру үшін жоғары және төмен кернеуді теңестіріңіз: Зарядтау және зарядсыздандыру кезінде және демалу кезінде жоғары вольтты батареяларды зарядсыздандыруға және төмен вольтты батареяларды зарядтауға болады;

(2) Энергияның аз шығынмен тасымалдануы: энергияны пайдаланудың тиімділігін арттыра отырып, энергияны жоғалтудың орнына негізінен тасымалданады;

(3) Үлкен тепе-теңдік ток: Жалпы, тепе-теңдік тогы 1 мен 10А арасында, ал тепе-теңдік жылдамырақ;

Белсенді теңестіру сәйкес тізбектер мен энергияны сақтау құрылғыларының конфигурациясын талап етеді, бұл үлкен көлемге және шығындардың өсуіне әкеледі.Бұл екі жағдай бірге белсенді теңестіруді алға жылжыту және қолдану оңай емес екенін анықтайды.

Сонымен қатар, белсенді теңестіру зарядтау және зарядсыздандыру процесі аккумулятордың қызмет ету мерзімін жасырын түрде арттырады.Тепе-теңдікке қол жеткізу үшін зарядтауды және разрядтауды қажет ететін ұяшықтар үшін қосымша жұмыс жүктемесі олардың кәдімгі жасушалардың қартаюынан асып кетуіне әкелуі мүмкін, нәтижесінде басқа жасушалармен өнімділік алшақтығы артады.

Кейбір сарапшылар жоғарыдағы екі өрнек диссипативті тепе-теңдік пен диссипативті емес тепе-теңдікке сәйкес келуі керек деп санайды.Оның белсенді немесе пассивті болуы тепе-теңдік процесін тудыратын оқиғаға байланысты болуы керек.Егер жүйе пассивті болуы керек күйге жетсе, ол пассивті болады.Егер оны адамдар орнатса, тепе-теңдікті сақтау қажет болмаған кезде тепе-теңдік бағдарламасын орнату белсенді тепе-теңдік деп аталады.

Мысалы, разряд аяқталған кезде, ең төменгі кернеу ұяшығы разрядты өшіру кернеуіне жетті, ал басқа ұяшықтар әлі де қуат алады.Осы уақытта электр қуатын мүмкіндігінше көп разрядтау үшін жүйе жоғары энергиялы элементтердің электр энергиясын төмен энергиялы ұяшықтарға береді, бұл разряд процесінің барлық қуат разрядталғанша жалғасуына мүмкіндік береді.Бұл пассивті теңестіру процесі.Егер жүйе 40% қуат қалған кезде разрядтың соңында теңгерімсіздік болады деп болжаса, ол белсенді теңестіру процесін бастайды.

Белсенді теңестіру орталықтандырылған және орталықтандырылмаған әдістерге бөлінеді.Орталықтандырылған теңестіру әдісі барлық батарея жинағынан қуат алады, содан кейін энергияны азырақ қуатпен батареяларға толықтыру үшін энергияны түрлендіру құрылғысын пайдаланады.Орталықтандырылмаған теңестіру көрші батареялар арасында энергияның ағуына мүмкіндік беретін индуктор немесе конденсатор болуы мүмкін көрші батареялар арасындағы энергияны сақтау байланысын қамтиды.

Ағымдағы тепе-теңдікті бақылау стратегиясында ұяшық кернеуін бақылаудың мақсатты параметрі ретінде қабылдайтындар бар, сонымен қатар балансты бақылаудың мақсатты параметрі ретінде SOC пайдалануды ұсынатындар да бар.Мысал ретінде ұяшық кернеуін алу.

Біріншіден, теңестіруді бастау және аяқтау үшін шекті мәндердің жұбын орнатыңыз: мысалы, батареялар жинағында, бір ұяшықтың төтенше кернеуі мен жинақтың орташа кернеуі арасындағы айырмашылық 50 мВ-қа жеткенде, теңестіру басталады және қашан ол 5мВ жетеді, теңестіру аяқталды.

BMS бекітілген алу цикліне сәйкес әрбір ұяшықтың кернеуін жинайды, орташа мәнді есептейді, содан кейін әрбір ұяшық кернеуі мен орташа мән арасындағы айырмашылықты есептейді;

Егер максималды айырмашылық 50мВ жетсе, BMS теңестіру процесін бастау керек;

Айырма мәндерінің барлығы 5 мВ-тан аз болғанша теңестіру процесі кезінде 2-қадамды жалғастырыңыз, содан кейін теңестіруді аяқтаңыз.

Айта кету керек, барлық BMS бұл қадамды талап етпейді, ал кейінгі стратегиялар баланс әдісіне байланысты өзгеруі мүмкін.

Баланс технологиясы аккумулятор түріне де қатысты.Әдетте LFP белсенді тепе-теңдік үшін қолайлы, ал үштік батареялар пассивті тепе-теңдік үшін қолайлы деп есептеледі.

BMS-тегі қарқынды бәсекелестік кезеңі негізінен құны мен сенімділігімен қамтамасыз етіледі.Қазіргі уақытта белсенді теңдестіруді эксперименттік тексеруге әлі қол жеткізілген жоқ.Функционалдық қауіпсіздік деңгейі ASIL-C және ASIL-D-ге қарай жылжиды деп күтілуде, бірақ құны айтарлықтай жоғары.Сондықтан қазіргі ірі компаниялар белсенді теңгерімдік зерттеулерге сақтықпен қарайды.Кейбір ірі зауыттар тіпті теңгерімдеу модулінен бас тартқысы келеді және жанармай көліктеріне техникалық қызмет көрсету сияқты барлық теңгерімдеуді сырттан орындағысы келеді.Көлік белгілі бір қашықтықты жүріп өткен сайын, ол сыртқы теңгерімдеу үшін 4S дүкеніне барады.Бұл бүкіл көлік құралының BMS құнын төмендетеді, сонымен қатар сәйкес 4S дүкеніне пайда әкеледі.Бұл барлық тараптар үшін тиімді жағдай.Сондықтан, өз басым бұл трендке айналуы мүмкін екенін түсінемін!

3.3 Қорғау – ақаулық диагностикасы және дабыл

BMS мониторингі электр жүйесінің аппараттық құралдарымен сәйкестендіріледі және ол аккумулятордың әртүрлі жұмыс жағдайларына сәйкес әртүрлі ақаулық деңгейлеріне (кішігірім ақаулар, күрделі ақаулар, өлімге әкелетін ақаулар) бөлінеді.Әр түрлі ақаулық деңгейлерінде әртүрлі өңдеу шаралары қабылданады: ескерту, қуатты шектеу немесе жоғары вольтты тікелей өшіру.Ақауларға деректерді жинау және ұтымдылық ақаулары, электр ақаулары (датчиктер мен жетектер), байланыс ақаулары және батарея күйінің ақаулары жатады.

Жалпы мысал, батарея қызып кеткен кезде, BMS жиналған батарея температурасы негізінде батареяның қызып кеткенін анықтайды, содан кейін осы батареяның тізбегін ажырату үшін басқарады, қызып кетуден қорғауды жүзеге асырады және EMS сияқты басқару жүйелеріне ескерту жібереді.

3.4 Байланыс

BMS-тің қалыпты жұмысын оның байланыс функциясынан бөлуге болмайды.Батареяны басқару кезінде батареяны басқару, батарея күйін сыртқы әлемге жіберу немесе басқару нұсқауларын алу үшін тұрақты байланыс қажет.

Күшті аккумулятор жүйесінде БМЖ бір ұшы аккумуляторға, ал екінші ұшы бүкіл көлік құралының басқару және электронды жүйелеріне қосылған.Жалпы орта CAN протоколын пайдаланады, бірақ батарея жинағының ішкі құрамдас бөліктері арасында ішкі CAN пайдалану мен батарея жинағы мен бүкіл көлік арасында көлік құралының CAN пайдалану арасында айырмашылық бар.

Керісінше, энергияны сақтау BMS және ішкі байланыс негізінен CAN хаттамасын пайдаланады, бірақ оның сыртқы байланысы (сыртқы негізінен энергияны сақтау электр станциясының PCS диспетчерлік жүйесіне жатады) жиі Интернет протоколының TCP/IP хаттамасы мен modbus протоколының пішімдерін пайдаланады.

4) Энергияны сақтау БМЖ

Энергияны сақтау BMS өндірушілері әдетте қуат батареясы BMS-тен дамыды, сондықтан көптеген конструкциялар мен терминдердің тарихи шығу тегі бар

Мысалы, қуат батареясы әдетте BMU (Батареяны бақылау блогы) және BCU (Батареяны басқару блогы) болып бөлінеді, біріншісі деректерді жинайды, ал екіншісі оны басқарады.

Батарея ұяшығы электрохимиялық процесс болғандықтан, бірнеше батарея ұяшықтары батареяны құрайды.Әрбір батарея ұяшығының сипаттамаларына байланысты, өндіріс процесі қаншалықты дәл болса да, әр батарея ұяшығында уақыт өте келе және қоршаған ортаға байланысты қателер мен сәйкессіздіктер болады.Сондықтан аккумуляторды басқару жүйесі шектеулі параметрлер арқылы батареяның ағымдағы күйін бағалау болып табылады, бұл физикалық және химиялық талдауды қажет ететін Батыс медицинасынан гөрі симптомдарды байқау арқылы науқасты диагностикалаудың дәстүрлі қытай медицинасы дәрігеріне ұқсайды.Адам ағзасының физикалық-химиялық талдауы аккумулятордың электрохимиялық сипаттамаларына ұқсас, оны ауқымды тәжірибелік аспаптармен өлшеуге болады.Дегенмен, енгізілген жүйелер үшін электрохимияның кейбір көрсеткіштерін бағалау қиын.Сондықтан BMS ескі қытай медицинасының дәрігері сияқты.

4.1 Энергияны сақтау БМЖ үш қабатты архитектурасы

Энергияны сақтау жүйелерінде батарея ұяшықтарының көп болуына байланысты шығындарды үнемдеу үшін BMS әдетте екі немесе үш қабатпен қабаттарда жүзеге асырылады.Қазіргі уақытта негізгі ағым үш қабаттан тұрады: басты басқару/басты басқару/жұмбақ басқару.

4.2 Энергияны сақтау БМЖ толық сипаттамасы

5) Қазіргі жағдай және болашақ тенденция

BMS шығаратын өндірушілердің бірнеше түрі бар:

Бірінші санат - BMS қуат батареясында ең басым қуатқа ие соңғы пайдаланушы - автомобиль зауыттары.Шындығында, шетелдегі ең күшті BMS өндірістік күші General Motors, Tesla және т.б. сияқты автомобиль зауыттары болып табылады. Үйде BYD, Huating Power және т.б.

Екінші санат - Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad және т.б. сияқты ұяшықтарды өндірушілер мен қаптамаларды өндірушілерді қоса алғанда, батарея зауыттары;

BMS өндірушілерінің үшінші түрі - қуат электроникасы технологиясында көп жылдық тәжірибесі бар және Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology және Kegong Electronics сияқты университет немесе тиісті кәсіпорын тәжірибесі бар ҒЗТКЖ топтары бар.

Негізінен терминалдық көлік өндірушілері басым болатын қуат батареяларының BMS-тен айырмашылығы, энергия сақтау батареяларының соңғы пайдаланушыларында BMS-ті зерттеуге, әзірлеуге және өндіруге қатысудың қажеттілігі немесе нақты әрекеттері жоқ сияқты.Сондай-ақ олардың үлкен көлемдегі аккумуляторларды басқару жүйелерін әзірлеуге көп ақша мен күш жұмсауы екіталай.Сондықтан, BMS энергия сақтау батареясының индустриясында абсолютті артықшылықтарға ие маңызды ойыншы жетіспейді деп санауға болады, бұл батарея өндірушілері мен жеткізушілері үшін энергияны сақтау BMS-ге назар аударатын даму мен қиял үшін үлкен кеңістік қалдырады.Энергияны сақтау нарығы құрылса, ол аккумулятор өндірушілері мен кәсіби BMS өндірушілеріне даму үшін көп орын береді және бәсекеге қабілеттілігі төмен қарсылық береді.

Қазіргі уақытта энергияны сақтау нарығының әлі қалыптасу кезеңінде және нарықта энергияны сақтаудың болашақ дамуына әлі де көптеген күмәндар бар болғандықтан, энергияны сақтау BMS әзірлеуге бағытталған кәсіби BMS өндірушілері салыстырмалы түрде аз.Сондықтан өндірушілердің көпшілігі энергияны сақтауға қатысты BMS әзірлемеген.Нақты іскерлік ортада энергия сақтау батареялары үшін BMS ретінде пайдалану үшін электр көліктерінің аккумуляторы BMS сатып алатын өндірушілер де бар.Болашақта кәсіби электр көлігі BMS өндірушілері ауқымды энергия сақтау жобаларында қолданылатын BMS жеткізушілерінің маңызды бөлігі болуы мүмкін деп саналады.

Осы кезеңде әртүрлі энергия сақтау жүйесін жеткізушілер ұсынатын БМЖ үшін бірыңғай стандарттар жетіспейді.Әртүрлі өндірушілердің BMS үшін әртүрлі конструкциялары мен анықтамалары бар және олар үйлесімді әртүрлі батареяларға байланысты SOX алгоритмі, теңестіру технологиясы және жүктеп салынған байланыс деректерінің мазмұны да әртүрлі болуы мүмкін.BMS практикалық қолдануда мұндай айырмашылықтар қолдану шығындарын арттырады және өнеркәсіптік дамуға зиянын тигізеді.Сондықтан БМЖ-ны стандарттау және модульдеу де болашақта маңызды даму бағыты болмақ.