1) BMS деген эмне?
BMS толук аты Батарея башкаруу системасы болуп саналат.Бул энергияны сактоочу батарейкалардын абалын көзөмөлдөгөн аппарат.Ал, негизинен, акылдуу башкаруу жана жеке батарея клеткаларын тейлөө үчүн колдонулат, батареяларды ашыкча заряддоо жана ашыкча заряддоону алдын алуу, батареянын иштөө мөөнөтүн узартуу жана батареянын абалын көзөмөлдөө.Жалпысынан алганда, BMS схема же аппараттык кутуча катары көрсөтүлөт.
BMS аккумулятордук энергияны сактоо тутумунун негизги подсистемаларынын бири болуп саналат, ал батареянын энергия сактоо блогундагы ар бир аккумулятордун иштөө абалына мониторинг жүргүзүү жана энергияны сактоо блогунун коопсуз жана ишенимдүү иштешин камсыз кылуу үчүн жооптуу.BMS реалдуу убакыт режиминде энергияны сактоочу батареянын статусунун параметрлерин (анын ичинде бир клетканын чыңалуусу, батарейканын уюлунун температурасы, батарейка циклинин ток, батареянын терминалынын чыңалуусу, батарея тутумунун изоляциясынын каршылыгы ж.б.) көзөмөлдөп жана чогулта алат, жана системанын абалына баа берүүнүн көбүрөөк параметрлерин алуу үчүн тиешелүү статус параметрлери боюнча зарыл болгон талдоо жана эсептөөлөрдү жүргүзүү.Ал ошондой эле энергияны сактоочу батареянын өзүн эффективдүү башкарууга жетише алат, бул батареянын энергия сактоочу бирдигинин коопсуз жана ишенимдүү иштешин камсыз кылуу үчүн атайын коргоонун контролдоо стратегияларына ылайык.Ошол эле учурда, BMS башка тышкы түзүлүштөр менен (PCS, EMS, өрткө каршы система, ж. электр станциясынын коопсуз, ишенимдүү жана натыйжалуу электр тармагына туташкан ишин камсыз кылуу.
2) Архитектура
Топология архитектурасынын көз карашынан алганда, BMS эки категорияга бөлүнөт: борборлоштурулган жана ар кандай долбоордун талаптарына ылайык бөлүштүрүлгөн.
Борборлоштурулган BMS
Жөнөкөй сөз менен айтканда, борборлоштурулган BMS бардык клеткаларды чогултуу үчүн бир BMS жабдыгын колдонот, ал бир нече клеткалары бар сценарийлерге ылайыктуу.
Борборлоштурулган BMS арзан баанын, компакттуу түзүлүштүн жана жогорку ишенимдүүлүктүн артыкчылыктарына ээ жана көбүнчө кубаттуулугу төмөн, жалпы басымы төмөн жана батарея тутумунун көлөмү аз болгон сценарийлерде колдонулат, мисалы, электр шаймандары, роботтор (башкаруучу роботтор, жардамчы роботтор), IOT акылдуу үйлөр (шыпыргыч роботтор, электр чаң соргучтар), электр жүк көтөргүчтөр, электр төмөн ылдамдыктагы унаалар (электр велосипеддер, электр мотоциклдер, электр экскурсиялык машиналар, электр патрулдук унаалар, электр гольф арабалары ж.б.) жана жеңил гибриддик унаалар.
Борборлоштурулган BMS аппараттык жогорку чыңалуудагы жана төмөнкү вольттуу аймактарга бөлүүгө болот.Жогорку вольттуу аймак бир клетканын чыңалуусун, системанын жалпы чыңалуусун чогултуу жана изоляциянын каршылыгын көзөмөлдөө үчүн жооптуу.Төмөн вольттуу аймакка электр менен жабдуу схемалары, CPU схемалары, CAN байланыш схемалары, башкаруу схемалары жана башкалар кирет.
Жүргүнчүлөрдү ташуучу унаалардын аккумулятордук системасы жогорку кубаттуулукка, жогорку жалпы басымга жана чоң көлөмгө карай өнүгүүнү улантып жаткандыктан, бөлүштүрүлгөн BMS архитектуралары негизинен плагин гибриддик жана таза электр унаа моделдеринде колдонулат.
Бөлүштүрүлгөн BMS
Азыркы учурда, тармакта бөлүштүрүлгөн BMS үчүн ар кандай терминдер бар, жана ар кандай компаниялар ар кандай аталыштарга ээ.Кубаттуу батареянын BMS негизинен эки баскычтуу мастер-кул архитектурасына ээ:
Энергияны сактоочу BMS адатта батарея пакетинин чоңдугуна байланыштуу үч баскычтуу архитектура болуп саналат, кул жана негизги башкаруу катмарларынын үстүндө башкы башкаруу катмары бар.
Батареялар өз кезегинде стектерди түзүүчү батарея кластерлерин түзгөндөй эле, үч баскычтуу BMS да ошол эле жогору карай эрежени сактайт:
Башкаруудан: батареяларды башкаруу блогу (BMU), ал жеке батареялардан маалымат чогултат.
Батарея клеткасынын чыңалуусуна жана температурасына көз салыңыз
Пакеттеги батареяны теңдөө
Маалымат жүктөө
жылуулук башкаруу
Анормалдуу сигнал
Мастер башкаруу: Батарея кластерин башкаруу бирдиги: BCU (батарея кластердик бирдиги, ошондой эле жогорку чыңалуу башкаруу бирдиги HVU, BCMU, ж.
Батарея кластердик ток алуу, жалпы чыңалуу алуу, агып чыгууну аныктоо
Батареянын абалы анормалдуу болгондо өчүрүү коргоо
BMS башкаруусу астында кубаттуулукту калибрлөө жана SOC калибрлөө кийинки заряддоо жана разряддоону башкаруу үчүн негиз катары өзүнчө бүткөрүлүшү мүмкүн.
Батарея массивдерин башкаруу бирдиги (BAU) бүтүндөй энергия сактоочу батарейканын стекиндеги батарейкаларды борборлоштурулган башкаруу үчүн жооптуу.Ал батареянын ар кандай кластерин башкаруу блокторуна туташып, башка түзмөктөр менен маалымат алмашып, батарейка массивинин иштөө абалы тууралуу пикирлерди берет.
Батарея массивинин заряддоо жана зарядсыздануусун башкаруу
BMS системасы өзүн-өзү текшерүү жана каталарды аныктоо сигнализациясы
Батарея топтомунун катасын аныктоо сигналы
Батарея массивиндеги ар кандай аномалиялар жана каталар үчүн коопсуздукту коргоо
PCS жана EMS сыяктуу башка түзмөктөр менен байланышыңыз
Маалыматтарды сактоо, берүү жана иштетүү
Батареяны башкаруу катмары: айрым батарейкалардын ар кандай маалыматын (чыңалуу, температура) чогултуу, батареялардын SOC жана SOH көрсөткүчтөрүн эсептөө жана талдоо, жеке батарейкаларды активдүү теңдөөсүнө жетишүү жана жеке батареялардын анормалдуу маалыматын BCMU батарея пакетинин катмарына жүктөө үчүн жооптуу.CAN тышкы байланыш аркылуу, ал ромашка чынжыр аркылуу бири-бири менен байланышкан.
Батареяны башкаруу катмары: BMU тарабынан жүктөлгөн айрым батарейкалардан ар кандай маалыматтарды чогултуу, батарея пакети (пачка чыңалуусу, пакеттин температурасы) жөнүндө ар кандай маалыматтарды чогултуу, батареянын пакетин заряддоо жана кубаттоо агымдары, батарея топтомунун SOC жана SOH көрсөткүчтөрүн эсептөө жана талдоо үчүн жооптуу , жана батарейка кластер бирдиги катмарынын BAMS бардык маалыматты жүктөө.CAN тышкы байланыш аркылуу, ал ромашка чынжыр аркылуу бири-бири менен байланышкан.
Батарея кластерин башкаруу катмары: BCMU тарабынан жүктөлгөн ар кандай батарея маалыматын чогултуу жана бардык маалыматты RJ45 интерфейси аркылуу энергияны сактоо мониторингинин EMS тутумуна жүктөө үчүн жооптуу;Батареянын тиешелүү анормалдуу маалыматын PCSге (CAN же RS485 интерфейси) жөнөтүү үчүн PCS менен байланышуу жана PCS менен байланышуу үчүн аппараттык кургак түйүндөр менен жабдылган.Мындан тышкары, ал батарея системасын BSE (Батареянын абалын баалоо) баалоону, электр тутумунун абалын аныктоону, контакторду башкарууну, жылуулукту башкарууну, операцияны башкарууну, заряддоону башкарууну, диагностикалык башкарууну жүзөгө ашырат жана ички жана тышкы байланыш тармагын башкарууну жүзөгө ашырат.Кол алдындагылар менен CAN аркылуу байланышат.
3) BMS эмне кылат?
BMSтин функциялары көп, бирок негизгиси жана бизди эң көп тынчсыздандырган үч аспекти:
Алардын бири - BMSтин негизги функциясы болгон сезүү (мамлекеттик башкаруу).Ал чыңалууну, каршылыкты, температураны өлчөйт жана акырында батареянын абалын сезет.Биз батарейканын абалы кандай, анын канчалык энергиясы жана кубаттуулугу бар, ал канчалык ден-соолукка пайдалуу, ал канча энергия өндүрөт жана канчалык коопсуз экенин билгибиз келет.Бул сезүү.
Экинчиси - менеджмент (баланс башкаруу).Кээ бир адамдар BMS батареянын нянясы деп айтышат.Анда бул няня башкаруусу керек.Эмнени башкаруу керек?Бул батареяны мүмкүн болушунча жакшы кылуу болуп саналат.Эң негизгиси балансты башкаруу жана жылуулукту башкаруу.
Үчүнчүсү - коргоо (коопсуздукту башкаруу).Нянянын да жумушу бар.Батарея кандайдыр бир статуска ээ болсо, аны коргоо жана ойготкучту көтөрүү керек.
Албетте, белгилүү бир протоколдор аркылуу системанын ичинде же сыртында маалыматтарды өткөрүүчү байланышты башкаруу компоненти да бар.
BMS башка көптөгөн функцияларды камтыйт, мисалы, операцияны көзөмөлдөө, изоляцияны көзөмөлдөө, жылуулукту башкаруу ж.б., алар бул жерде талкууланбайт.
3.1 Кабыл алуу – Өлчөө жана баалоо
BMSтин негизги функциясы - чыңалуу, ток, температура жана абал сыяктуу негизги параметрлерди, ошондой эле SOC жана SOH сыяктуу батареянын абалынын маалыматтарын эсептөөнү камтыган батареянын параметрлерин өлчөө жана баалоо.Батареялар тармагында SOP (кубаттын абалы) жана SOE (энергия абалы) эсептөөлөрү да камтылган, алар бул жерде талкууланбайт.Биз дагы кеңири колдонулган алгачкы эки маалыматка токтолобуз.
Клетка өлчөө
1) Негизги маалыматты өлчөө: Батареяны башкаруу тутумунун эң негизги функциясы - бул батареяны башкаруу тутумундагы бардык жогорку деңгээлдеги эсептөөлөр жана башкаруу логикасы үчүн негиз болгон айрым батарея клеткаларынын чыңалуусун, токтун жана температурасын өлчөө.
2) Изоляциянын туруктуулугун текшерүү: Батареяны башкаруу тутумунун ичиндеги бүт батарейка системасы жана жогорку чыңалуудагы система үчүн изоляцияны текшерүү керек.
3) Жогорку чыңалуудагы блокировканы аныктоо (HVIL): жогорку чыңалуудагы тутумдун бүтүндүгүн тастыктоо жана жогорку вольттогу системанын циклинин бүтүндүгү бузулганда коопсуздук чараларын баштоо үчүн колдонулат.
SOC эсептөө
SOC батареянын калган кубаттуулугу болгон Заряддын абалын билдирет.Жөнөкөй сөз менен айтканда, бул батареяда канча күч калганы.
SOC - бул BMSдеги эң маанилүү параметр, анткени бардыгы ага негизделген.Ошондуктан, анын тактыгы жана бекемдиги (ошондой эле каталарды оңдоо жөндөмдүүлүгү катары белгилүү) өтө маанилүү.Так SOC болбосо, эч кандай коргоо функциясы BMSти туура иштете албайт, анткени батарея көп учурда корголгон абалда болуп, батареянын иштөө мөөнөтүн узартуу мүмкүн эмес.
Азыркы учурда, негизги SOC баалоо ыкмалары ачык чынжырлуу чыңалуу ыкмасын, учурдагы интеграция ыкмасын, Калман чыпкасы ыкмасын жана нейрондук тармак ыкмасын камтыйт.Биринчи эки ыкма көбүнчө колдонулат.Акыркы эки ыкма бул жерде кеңири айтылбаган интеграциялык моделдер жана жасалма интеллект сыяктуу алдыңкы билимдерди камтыйт.
Практикалык колдонмолордо бир нече алгоритмдер көбүнчө айкалыштырып колдонулат, мында батареянын заряддоо жана зарядсыздануу абалына жараша ар кандай алгоритмдер кабыл алынат.
ачык чынжыр чыңалуу ыкмасы
Ачык чыңалуу ыкмасынын принциби аккумулятордун узак мөөнөттүү статикалык жайгаштырылышы шартында ачык чынжырдагы чыңалуу менен SOC ортосундагы салыштырмалуу туруктуу функционалдык байланышты колдонуу жана ошентип ачык чынжырдын чыңалуусунун негизинде SOCти баалоо.Мурда көп колдонулган коргошун-кислота аккумулятору электр велосипеди SOCти баалоо үчүн бул ыкманы колдонот.Ачык чынжырлуу чыңалуу ыкмасы жөнөкөй жана ыңгайлуу, бирок көптөгөн кемчиликтери бар:
1. Батареяны узак убакыт бою туруп калтыруу керек, антпесе ачык чынжырдын чыңалуусун кыска убакыттын ичинде турукташтыруу кыйын болот;
2. Батареяларда чыңалуу платосу бар, айрыкча литий-темир фосфат батареяларында, терминалдык чыңалуу жана SOC ийри SOC30%-80% диапазонунда болжол менен сызыктуу болот;
3. Батарея ар кандай температурада же ар кандай жашоо этаптарында жана ачык чынжыр чыңалуу бирдей болсо да, иш жүзүндө SOC айырмасы чоң болушу мүмкүн;
Төмөнкү сүрөттө көрсөтүлгөндөй, биз бул электр велосипедин колдонгондо, учурдагы SOC 100% деп көрсөтүлсө, ылдамдаганда чыңалуу төмөндөйт, ал эми кубаттуулук 80% катары көрсөтүлүшү мүмкүн.Биз ылдамданууну токтоткондо, чыңалуу көтөрүлүп, кубат кайра 100% секирет.Ошентип, биздин электр скутерибиздин кубаттуулугу так эмес.Биз токтогондо анын кубаты бар, ал эми биз ишке киргизгенибизде кубаты түгөнүп калат.Бул батареянын көйгөйү болушу мүмкүн эмес, бирок BMSтин SoC алгоритминин өтө жөнөкөй болушуна байланыштуу болушу мүмкүн.
Ан-Ши интегралдык ыкмасы
Anshicontinuous интеграция ыкмасы SOC аныктоо аркылуу реалдуу убакытта SOC маанисин түздөн-түз эсептейт.
Баштапкы SOC маанисин эске алуу менен, батареянын тогун өлчөө мүмкүн болсо (разряд агымы оң болгон жерде), батареянын сыйымдуулугунун өзгөрүшүн учурдагы интеграция аркылуу так эсептөөгө болот, натыйжада SOC калган.
Бул ыкма кыска убакыттын ичинде салыштырмалуу ишенимдүү баалоо натыйжаларына ээ, бирок учурдагы сенсордун өлчөө каталарынан жана батареянын кубаттуулугунун акырындык менен начарлашынан улам, узак мөөнөттүү учурдагы интеграция белгилүү бир четтөөлөрдү киргизет.Ошондуктан, ал жалпысынан төмөн тактык талаптары менен SOC баалоо үчүн баштапкы маанини баалоо үчүн ачык чынжыр чыңалуу ыкмасы менен бирге колдонулат, ошондой эле кыска мөөнөттүү SOC болжолдоо үчүн Калман чыпкалоо ыкмасы менен бирге колдонулушу мүмкүн.
SOC (State Of Charge) учурдагы калган кубаттуулуктун абалын билдирген BMSтин негизги башкаруу алгоритмине кирет.Бул негизинен ампер-саат интеграциялоо ыкмасы жана EKF (кеңейтилген Калман чыпкасы) алгоритми аркылуу, оңдоо стратегиялары менен (мисалы, ачык чынжырдын чыңалуусун оңдоо, толук зарядды оңдоо, кубаттоо аягы коррекциялоо, ар кандай температурада кубаттуулукту оңдоо жана SOH, жана башкалар.).Ампер-саат интеграциялоо ыкмасы учурдагы алуу тактыгын камсыз кылуу шартында салыштырмалуу ишенимдүү, бирок ал бекем эмес.Каталардын топтолушуна байланыштуу, аны оңдоо стратегиялары менен айкалыштыруу керек.EKF ыкмасы күчтүү, бирок алгоритм салыштырмалуу татаал жана ишке ашыруу кыйын.Ата мекендик негизги өндүрүүчүлөр бөлмө температурасында 6% дан азыраак тактыкка жетише алышат, бирок жогорку жана төмөнкү температурада жана батареянын начарлашында баа берүү кыйын.
SOC оңдоо
Учурдагы олку-солкулуктардан улам, бааланган SOC так эмес болушу мүмкүн жана ар кандай оңдоо стратегияларын баалоо процессине киргизүү керек.
SOH эсептөө
SOH ден соолуктун абалын билдирет, ал батареянын учурдагы абалын (же батареянын бузулуу даражасын) көрсөтөт.Ал, адатта, 0 жана 100% ортосундагы маани катары көрсөтүлөт, 80% дан төмөн болгон маанилер, адатта, батарейканы колдонууга жарамсыз экенин көрсөтүп турат.Бул батареянын сыйымдуулугу же ички каршылык өзгөрүүлөр менен көрсөтүлүшү мүмкүн.Кубаттуулукту колдонууда учурдагы батареянын иш жүзүндөгү сыйымдуулугу батареянын иштөө процессинин маалыматтарынын негизинде бааланат жана анын номиналдык кубаттуулукка болгон катышы SOH болуп саналат.Так SOH батарейка начарлап баратканда башка модулдарды баалоо тактыгын жакшыртат.
өнөр жайда SOH эки түрдүү аныктамалары бар:
SOH аныктамасы кубаттуулуктун жоголушуна негизделген
Литий-иондук батарейкаларды колдонууда аккумулятордун ичиндеги активдүү материал акырындык менен азайып, ички каршылык жогорулап, сыйымдуулугу бузулат.Ошондуктан, SOH батареянын кубаттуулугу менен баалоого болот.Батареянын ден соолук абалы учурдагы кубаттуулуктун баштапкы кубаттуулукка катышы катары көрсөтүлөт жана анын SOH төмөнкүчө аныкталат:
SOH=(C_standard-C_fade)/C_standard ×100%
Бул жерде: C_fade - батареянын жоголгон кубаттуулугу;C_standard номиналдык кубаттуулугу болуп саналат.
IEEE стандарты 1188-1996 электр батарейкасынын сыйымдуулугу 80% га түшкөндө, батарейканы алмаштыруу керек экенин белгилейт.Ошондуктан, биз, адатта, батареянын SOH 80% дан төмөн болгондо жеткиликтүү эмес деп эсептейбиз.
SOH аныктамасы кубаттуулуктун начарлашына негизделген (Power Fade)
Батареялардын дээрлик бардык түрлөрүнүн эскириши батареянын ички каршылыгынын жогорулашына алып келет.Батареянын ички каршылыгы канчалык жогору болсо, колдо болгон кубаттуулук ошончолук төмөн болот.Ошондуктан, SOH күчүн азайтуу аркылуу баалоого болот.
3.2 Башкаруу – Балансталган технология
Ар бир батарейканын өзүнүн "инсандыгы" бар
Баланс жөнүндө сөз кылуу үчүн, биз батарейкалардан башташыбыз керек.Ал тургай, бир эле өндүрүүчү тарабынан бир партияда өндүрүлгөн батарейкалардын өздөрүнүн жашоо циклдери жана "инсандыктары" бар - ар бир батареянын кубаттуулугу так бирдей болушу мүмкүн эмес.Бул карама-каршылыктын эки себеби бар:
Алардын бири клетка өндүрүшүнүн ыраатсыздыгы
Алардын бири электрохимиялык реакциялардын ыраатсыздыгы.
өндүрүштүн ыраатсыздыгы
Өндүрүштүк карама-каршылыктарды түшүнүү оңой.Мисалы, өндүрүш процессинде диафрагмалардын туура келбегендиги жана катоддук жана аноддук материалдын дал келбестиги жалпы батареянын сыйымдуулугунун дал келбестигине алып келиши мүмкүн.Стандарттык 50AH батареясы 49AH же 51AH болушу мүмкүн.
электрохимиялык карама-каршылык
Электрохимиянын карама-каршылыгы аккумуляторду заряддоо жана разряддоо процессинде, эки клетканын өндүрүшү жана иштетилиши бирдей болгон күндө да, жылуулук чөйрөсү электрохимиялык реакция процессинде эч качан ырааттуу боло албайт.Мисалы, батарейка модулдарын жасап жатканда, айланасындагы шакекченин температурасы ортосунан төмөн болушу керек.Бул өз кезегинде батарея клеткасынын сыйымдуулугунун ыраатсыз болушуна алып келүүчү кубаттоо жана кубаттоо суммаларынын ортосундагы узак мөөнөттүү дал келбестикке алып келет;Батарея клеткасындагы SEI пленкасынын заряддоо жана разряддоо агымдары узак убакыт бою шайкеш келбеген учурда, SEI пленкасынын карылыгы да шайкеш келбейт.
*SEI тасмасы: "катуу электролит интерфейси" (катуу электролит интерфейси).Суюк литий-иондук батарейканын биринчи зарядын разряддоо процессинде электрод материалы электрод материалынын бетин каптаган пассивация катмарын түзүү үчүн катуу-суюк фаза интерфейсиндеги электролит менен реакцияга кирет.SEI пленкасы электрондук изолятор, бирок литий иондорун мыкты өткөрүүчү, ал электродду гана коргобостон, батареянын иштешине да таасирин тийгизбейт.SEI пленкасынын эскириши батареянын ден соолугуна олуттуу таасирин тийгизет.
Ошондуктан, аккумулятордун топтомдорунун бирдей эместиги (же дискреттүүлүгү) батареянын иштешинин сөзсүз көрүнүшү болуп саналат.
Эмне үчүн баланс керек
Батареялар ар кандай, ошондуктан аларды бирдей кылып көрүүгө эмне үчүн болбосун?Анткени дал келбестик батареянын иштөөсүнө таасирин тийгизет.
Сериялуу батареялар топтому кыска баррель эффектин ээрчийт: катардагы батареялар топтомдорунун тутумунда бүтүндөй батарея топтомунун кубаттуулугу эң кичинекей бирдик менен аныкталат.
Бизде үч батарейкадан турган батарея топтому бар дейли:
ашыкча заряддоо жана ашыкча заряддоо батареяларга олуттуу зыян келтирерин билебиз.Ошондуктан, B батареясы кубаттоо учурунда толук заряддалганда же кубатталып жаткан учурда В батареясынын SoC өтө төмөн болгондо, В батареясын коргоо үчүн заряддоону жана зарядсызданууну токтотуу керек. Натыйжада, А жана С батарейкаларынын кубаттуулугу толук боло албайт. колдонулган.Бул төмөнкүлөргө алып келет:
Батарея топтомунун иш жүзүндө колдонууга жарамдуу кубаттуулугу азайды: Колдо болгон кубаттуулукту пайдаланышы мүмкүн болгон А жана С батарейкалары эми В батареясын жайгаштыруу үчүн муну кыла алышпайт. Бул үч бутуна байланган эки адам сыяктуу. узун адам чоң кадамдарды жасай албайт.
Батареянын иштөө мөөнөтү кыскарды: кадамдын азыраак узундугу көбүрөөк кадамдарды талап кылат жана буттарды чарчатат.Кубаттуулуктун азайышы менен заряддын жана разряддын циклдарынын саны көбөйөт, натыйжада батареянын деградациясы көбөйөт.Мисалы, бир клетка 100% DoD менен 4000 циклге жетиши мүмкүн, бирок иш жүзүндө колдонууда ал 100% жете албайт жана циклдердин саны, албетте, 4000ге жетпейт.
*DoD, Depth of decharge, батареянын разряд сыйымдуулугунун батарейканын номиналдык сыйымдуулугуна карата пайызын билдирет.
Батареялардын шайкеш келбеши батарея топтомунун иштешинин төмөндөшүнө алып келет.Батарея модулунун көлөмү чоң болгондо, батареялардын бир нече саптары катар менен туташтырылат жана чоң бир чыңалуу айырмасы бүт кутучанын кубаттуулугун төмөндөтөт.Канчалык көп батарейкалар катарга кошулса, ошончолук кубаттуулугу жоголот.Бирок, биздин колдонмолордо, айрыкча энергия сактоо тутумунун колдонмолорунда эки маанилүү талаптар бар:
Биринчиси - узак мөөнөттүү батарея, ал эксплуатацияга жана тейлөөгө кеткен чыгымдарды бир топ кыскарта алат.Энергияны сактоо системасы аккумулятордун иштөө мөөнөтү үчүн жогорку талаптарды коёт.Ата мекендиктердин көбү 15 жылга эсептелген.Жылына 300 цикл деп эсептесек, 15 жыл 4500 циклди түзөт, бул дагы эле өтө жогору.Биз ар бир батареянын иштөө мөөнөтүн максималдуу узартышыбыз керек, ошондо бүт батарейканын топтомунун жалпы иштөө мөөнөтү дизайндын иштөө мөөнөтүнө мүмкүн болушунча жетип, батарейканын дисперсиясынын батарея топтомунун иштөө мөөнөтүнө тийгизген таасирин азайтат.
Экинчи терең цикл, өзгөчө, эң жогорку кыруу сценарийинде дагы бир кВт/саат электр энергиясын чыгаруу дагы бир киреше алып келет.Башкача айтканда, биз 80% DoD же 90% DoD жасайбыз.Энергияны сактоо тутумунда терең цикл колдонулганда, куйруктун разрядында батареянын дисперсиясы байкалат.Ошондуктан, терең заряддоо жана терең разряддоо шартында ар бир клетканын сыйымдуулугун толук бошотуу үчүн, энергияны сактоочу БМСдан күчтүү теңдөө башкаруу мүмкүнчүлүктөрүнө ээ болушун талап кылуу жана батарея клеткаларынын ортосунда ырааттуулуктун пайда болушун басуу керек. .
Бул эки талап батареянын ыраатсыздыгына такыр карама-каршы келет.Батарея топтомунун эффективдүүрөөк тиркемелерине жетүү үчүн, батареянын шайкеш келбей калышынын таасирин азайтуу үчүн бизде эффективдүү теңдөө технологиясы болушу керек.
тең салмактуулук технологиясы
Батареяны теңдөө технологиясы ар кандай кубаттуулуктагы батарейкаларды бирдей кылуунун жолу.Эки таралган теңдөө ыкмасы бар: энергияны диссипациялоону бир багыттуу теңдөө (пассивдүү теңдөө) жана энергияны өткөрүүнү эки багыттуу теңдөө (активдүү теңдөө).
(1) Пассивдүү баланс
Пассивдүү теңдөө принциби батареянын ар бир сабында которулуучу разряддык резисторду параллель кылуу болуп саналат.BMS электр энергиясын жылуулук катары таркатып, жогорку чыңалуу клеткаларын разряддоо үчүн разряддык резисторду башкарат.Мисалы, В батареясы дээрлик толук заряддалганда, В батареясындагы резистор ашыкча электр энергиясын жылуулук катары таркатууга мүмкүндүк берүү үчүн өчүргүч ачылат.Андан кийин заряддоо A жана C батарейкалары толук заряддалганга чейин уланат.
Бул ыкма жогорку чыңалуудагы уячаларды гана кубаттай алат, ал эми аз кубаттуулуктагы клеткаларды кайра заряддай албайт.Разрядка каршылыктын кубаттуулугу чектелүү болгондуктан, теңдөө агымы көбүнчө кичинекей (1Адан аз).
Пассивдүү теңдөөнүн артыкчылыктары арзан баада жана жөнөкөй схеманын дизайны;кемчиликтери, ал теңдөө үчүн эң аз калган батареянын сыйымдуулугуна негизделген, ал аз калган кубаттуулугу бар батареялардын сыйымдуулугун жогорулата албайт жана теңдештирилген кубаттуулуктун 100% жылуулук түрүндө текке кетет.
(2) Активдүү баланс
Алгоритмдердин жардамы менен бир нече сап батареялары энергияны сактоочу компоненттерди колдонуп, жогорку чыңалуудагы клеткалардын энергиясын төмөнкү вольттуу клеткаларга өткөрүп, жогорку чыңалуудагы батареяларды зарядсыздандырат жана азыраак чыңалуудагы клеткаларды заряддоо үчүн бөлүнгөн энергияны колдонушат.Энергия чачырап эмес, негизинен өткөрүлүп берилет.
Ошентип, кубаттоо учурунда, алгач 100% чыңалууга жеткен В батарейкасы А жана Сга разряддалат жана үч батарейка чогуу толук заряддалат.Заряддоо учурунда, В батареясынын калган заряды өтө аз болгондо, А жана С В "заряддашат", B клеткасы разрядды тез токтотуу үчүн SOC босогосуна жетпейт.
Активдүү балансташтыруу технологиясынын негизги өзгөчөлүктөрү
(1) Батарея топтомунун эффективдүүлүгүн жогорулатуу үчүн жогорку жана төмөнкү чыңалуудагы тең салмактуулукту түзүңүз: кубаттоо жана зарядсыздандыруу учурунда жана эс алуу учурунда жогорку чыңалуудагы батарейкаларды кубаттоого жана төмөнкү вольттуу батарейкаларды заряддоого болот;
(2) Энергияны аз жоготуу менен өткөрүп берүү: энергияны колдонуунун эффективдүүлүгүн жогорулатуу, энергияны жоготкондон көрө, негизинен өткөрүлүп берилет;
(3) Чоң теңсалмактуу ток: Жалпысынан, тең салмактуулук агымы 1 жана 10А ортосунда жана тең салмактуулук тезирээк болот;
Активдүү теңдөө тиешелүү схемаларды жана энергияны сактоочу түзүлүштөрдү конфигурациялоону талап кылат, бул чоң көлөмгө жана баанын өсүшүнө алып келет.Бул эки шарт чогуу активдүү теңдештирүү оңой эмес экенин аныктайт.
Мындан тышкары, активдүү теңдөө кубаттоо жана кубаттоо процесси аккумулятордун иштөө мөөнөтүн кыйыр түрдө жогорулатат.Тең салмактуулукка жетишүү үчүн заряддоону жана кубаттандырууну талап кылган клеткалар үчүн кошумча жумуш жүгү алардын кадимки клеткалардын карылыгынан ашып кетишине алып келиши мүмкүн, натыйжада башка клеткалар менен иштөөнүн чоң айырмачылыгы пайда болот.
Кээ бир эксперттер жогорудагы эки туюнтма диссипативдик тең салмактуулукка жана диссипативдик эмес тең салмактуулукка туура келиши керек деп эсептешет.Анын активдүү же пассивдүү болушу тең салмактуулук процессин козгогон окуядан көз каранды.Эгерде система пассивдүү болушу керек болгон абалга жетсе, анда ал пассивдүү болот.Эгер ал адамдар тарабынан коюлса, тең салмактуулукту сактоонун зарылчылыгы жок учурда тең салмактуулук программасын орнотуу активдүү тең салмактуулук деп аталат.
Мисалы, разряд аяктаганда, эң төмөнкү чыңалуу клеткасы разрядды өчүрүү чыңалуусуна жеткен, ал эми башка клеткалар дагы эле күчкө ээ.Бул учурда, мүмкүн болушунча көбүрөөк электр энергиясын чыгаруу үчүн, система жогорку энергиялуу клеткалардын электр энергиясын аз энергиялуу клеткаларга өткөрүп, разряд процессинин бүт күч кубаты чыкканга чейин уланышына шарт түзөт.Бул пассивдүү теңдөө процесси.Эгерде система кубаттын 40% калганда разряддын аягында дисбаланс болот деп болжолдосо, ал активдүү теңдөө процессин баштайт.
Активдүү теңдөө борборлоштурулган жана борборлоштурулбаган ыкмаларга бөлүнөт.Борборлоштурулган теңдөө ыкмасы батарейканын бүтүндөй топтомунан энергияны алат, андан кийин энергияны азыраак энергия менен батарейкаларга толуктоо үчүн энергияны конверсиялоочу түзүлүштү колдонот.Борбордон ажыратылган теңдөө кошуна батареялардын ортосундагы энергияны сактоо байланышын камтыйт, ал индуктор же конденсатор болушу мүмкүн, бул энергия чектеш батареялардын ортосунда агып кетүүгө мүмкүндүк берет.
Учурдагы балансты көзөмөлдөө стратегиясында клетканын чыңалуусун башкаруунун максаттуу параметри катары кабыл алгандар бар, ошондой эле балансты башкаруунун максаттуу параметри катары SOCти колдонууну сунуш кылгандар да бар.Мисал катары клетканын чыңалуусун алуу.
Биринчиден, теңдештирүүнү баштоо жана аяктоо үчүн жуп босого маанилерин коюңуз: мисалы, батарейкалардын топтомунда, бир клетканын экстремалдык чыңалуусу менен топтомдун орточо чыңалуусунун ортосундагы айырма 50мВга жеткенде, теңдөө башталат жана качан ал 5мВ жетет, теңдөө аяктады.
BMS белгиленген алуу циклине ылайык ар бир клетканын чыңалуусун чогултат, орточо маанини эсептейт, андан кийин ар бир клетканын чыңалуу менен орточо маанисинин ортосундагы айырманы эсептейт;
Эгерде максималдуу айырма 50мВ жетсе, BMS теңдөө процессин баштоосу керек;
2-кадамды теңдөө процессинде айырманын бардык маанилери 5мВдан аз болмоюнча улантыңыз, андан кийин теңдештирүү аяктайт.
Белгилей кетчү нерсе, бардык BMSs бул кадамды талап кылбайт жана андан кийинки стратегиялар баланс ыкмасына жараша өзгөрүшү мүмкүн.
Баланс технологиясы да батареянын түрүнө байланыштуу.Жалпысынан LFP активдүү баланска ылайыктуу, ал эми үчтүк батареялар пассивдүү баланска ылайыктуу деп эсептелет.
BMS катуу атаандаштык этабы негизинен наркы жана ишенимдүүлүгү менен колдоого алынат.Учурда активдүү тең салмактуулукту эксперименталдык текшерүүгө жетише элек.Функционалдык коопсуздуктун деңгээли ASIL-C жана ASIL-Dге карай жылышы күтүлүүдө, бирок баасы кыйла жогору.Ошондуктан, азыркы ири компаниялар жигердүү балансташтыруу изилдөөгө этияттык менен мамиле кылышат.Кээ бир ири заводдор тең салмактуулук модулун жокко чыгарууну каалашат жана күйүүчү май ташуучу унааларды тейлөөгө окшош бардык тең салмактуулукту сырттан аткарышат.Унаа белгилүү бир аралыкты басып өткөн сайын, тышкы баланстоо үчүн 4S дүкөнүнө барат.Бул бүт унаа BMS баасын төмөндөтөт, ошондой эле тиешелүү 4S дүкөнгө пайда алып келет.Бул бардык тараптар үчүн утушка ээ.Ошондуктан, жеке мен түшүнөм, бул тренд болуп калышы мүмкүн!
3.3 Коргоо – каталарды аныктоо жана сигнализация
BMS мониторинги электр тутумунун аппараттык жабдыктары менен шайкеш келет жана ал батареянын иштөө шарттарына ылайык, ар кандай бузулуу деңгээлине (майда бузулуу, олуттуу бузулуу, өлүмгө алып келүүчү) бөлүнөт.Ар кандай иш-чаралар ар кандай бузулуу деңгээлинде кабыл алынат: эскертүү, электр энергиясын чектөө же жогорку чыңалуудагы түздөн-түз өчүрүү.Мүчүлүштүктөр арасында маалыматтарды алуу жана рационалдуулуктун бузулушу, электрдик бузулуулар (сенсорлор жана кыймылдаткычтар), байланыш бузулуулары жана батареянын абалынын бузулушу кирет.
Кадимки мисал, батарейка ысып кеткенде, BMS чогултулган батареянын температурасынын негизинде батареянын ысып жатканын аныктайт, андан кийин бул батареянын чынжырын өчүрүү үчүн көзөмөлдөйт, ысып кетүүдөн коргоону ишке ашырат жана EMS сыяктуу башкаруу тутумдарына эскертүү жөнөтөт.
3.4 Байланыш
БМСтин нормалдуу иштешин анын байланыш функциясынан бөлүп кароого болбойт.Батареяны башкаруу учурунда батарейканы башкарып жатабы, батареянын абалын тышкы дүйнөгө өткөрүп жатабы же башкаруу көрсөтмөлөрүн алып жатабы, туруктуу байланыш керек.
Күчтүү аккумулятордук системада БМСтин бир учу аккумуляторго, экинчи учу бүт унаанын башкаруу жана электрондук системаларына туташтырылган.Жалпы чөйрө CAN протоколун колдонот, бирок батарея топтомунун ички компоненттеринин ортосунда ички CAN колдонуу менен батарея топтомунун жана бүт унаанын ортосунда унаа CAN колдонуунун ортосунда айырма бар.
Ал эми энергияны сактоочу BMS жана ички байланыш негизинен CAN протоколун колдонушат, бирок анын тышкы байланышы (сырткы негизинен энергияны сактоочу электр станциясынын диспетчердик системасынын PCS билдирет) көбүнчө Интернет протоколунун форматтарын TCP/IP протоколун жана modbus протоколун колдонот.
4) Энергияны сактоо BMS
Энергияны сактоочу BMS өндүрүүчүлөрү жалпысынан BMS кубаттуулук батареясынан пайда болгон, андыктан көптөгөн дизайн жана терминдер тарыхый келип чыгышына ээ
Мисалы, электр батареясы жалпысынан BMU (Батареяны көзөмөлдөө бирдиги) жана BCU (Батареяны башкаруу бирдиги) болуп бөлүнөт, биринчиси маалыматтарды чогултуп, экинчиси аны башкарат.
Батарея клеткасы электрохимиялык процесс болгондуктан, бир нече батарея клеткалары батареяны түзөт.Ар бир батарея клеткасынын өзгөчөлүктөрүнөн улам, өндүрүш процесси канчалык так болбосун, убакыттын өтүшү менен жана айлана-чөйрөгө жараша ар бир батареянын клеткасында каталар жана карама-каршылыктар болот.Ошондуктан, батареяны башкаруу системасы чектелген параметрлери аркылуу батареянын учурдагы абалын баалоо болуп саналат, бул физикалык жана химиялык анализди талап кылган Батыш медицинасы эмес, симптомдорду байкоо менен оорулууга диагноз койгон салттуу кытай медицинасы доктуруна окшош.Адам организминин физикалык-химиялык анализи чоң масштабдагы эксперименталдык приборлор менен өлчөөгө боло турган батареянын электрохимиялык мүнөздөмөлөрүнө окшош.Бирок, орнотулган системалар үчүн электрохимиянын кээ бир көрсөткүчтөрүн баалоо кыйын.Ошондуктан, BMS эски кытай дарыгери сыяктуу.
4.1 Энергияны сактоочу БМБнын үч катмарлуу архитектурасы
Энергияны сактоо системаларында батарея клеткаларынын көптүгүнө байланыштуу, чыгымдарды үнөмдөө максатында, BMS көбүнчө эки же үч катмардан турган катмарларда ишке ашырылат.Учурда негизги агым үч катмардан турат: мастер башкаруу/мастер башкаруу/кул башкаруу.
4.2 Энергияны сактоочу БМБнын толук сүрөттөлүшү
5) Учурдагы кырдаал жана келечектеги тенденция
BMS өндүрүү өндүрүүчүлөрдүн бир нече түрлөрү бар:
Биринчи категория - бул BMSтин электр батарейкасында эң басымдуу күчкө ээ акыркы колдонуучу - унаа заводдору.Чынында, чет өлкөдө күчтүү BMS өндүрүш күчү, ошондой эле, мисалы, General Motors, Тесла, ж.б., үйүндө, BYD, Huating Power ж.б.
Экинчи категория батарея заводдору, анын ичинде уюлдук өндүрүүчүлөр жана пакет өндүрүүчүлөр, мисалы, Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad, ж.б.;
BMS өндүрүүчүлөрдүн үчүнчү түрү электр электроника технологиясында көп жылдык тажрыйбасы бар адамдар жана Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology жана Kegong Electronics сыяктуу университеттин же тиешелүү ишкананын билими бар R&D топторуна ээ.
Негизинен терминалдык унаа өндүрүүчүлөрү үстөмдүк кылган электр батарейкаларынын BMSтеринен айырмаланып, энергияны сактоочу батареялардын акыркы колдонуучулары BMSти изилдөөгө, иштеп чыгууга жана өндүрүүгө катышууга эч кандай муктаждык же конкреттүү аракеттерге ээ эмес окшойт.Батареяны башкаруунун масштабдуу системаларын иштеп чыгуу үчүн алар көп акча жана энергия сарпташы да күмөн.Ошондуктан, бул энергия сактоочу батарея BMS өнөр энергия сактоо BMS басым батарея өндүрүүчүлөр жана сатуучулар үчүн өнүктүрүү жана кыялдануу үчүн зор мейкиндикти калтырып, абсолюттук артыкчылыктары менен маанилүү оюнчу жок деп эсептесе болот.Эгерде энергияны сактоо рыногу түзүлсө, анда ал аккумулятор өндүрүүчүлөрүнө жана профессионалдык BMS өндүрүүчүлөрүнө өнүгүү үчүн көп орун жана азыраак атаандаштыкка туруштук берет.
Азыркы учурда, негизинен, энергияны сактоо рыногунун башталгыч баскычында экендигине жана рынокто энергияны сактоонун келечектеги өнүгүүсүнө дагы эле көптөгөн шектенүүлөр бар экендигине байланыштуу, энергияны сактоо BMSти өнүктүрүүгө багытталган профессионалдуу BMS өндүрүүчүлөр салыштырмалуу аз.Ошондуктан, көпчүлүк өндүрүүчүлөр энергияны сактоо менен байланышкан BMS иштеп чыга элек.Иш жүзүндө бизнес-чөйрөдө, ошондой эле энергия сактоочу батареялар үчүн BMS катары пайдалануу үчүн электр унаа батарея BMS сатып өндүрүүчүлөр бар.Келечекте, кесипкөй электр унаа BMS өндүрүүчүлөр да ири масштабдуу энергия сактоо долбоорлорунда колдонулган BMS берүүчүлөрдүн маанилүү бөлүгү болуп калышы мүмкүн деп эсептелет.
Бул этапта ар кандай энергияны сактоо тутумунун берүүчүлөрү тарабынан берилген БМС үчүн бирдиктүү стандарттардын жетишсиздиги бар.Ар түрдүү өндүрүүчүлөрдүн BMS үчүн ар кандай конструкциялары жана аныктамалары бар жана алар шайкеш келген ар кандай батарейкаларга жараша SOX алгоритми, теңдөө технологиясы жана жүктөлгөн байланыш маалыматтарынын мазмуну да ар кандай болушу мүмкүн.BMSти практикалык колдонууда мындай айырмачылыктар колдонууга кеткен чыгымдарды көбөйтөт жана өнөр жайдын өнүгүшүнө зыян келтирет.Ошондуктан, BMSти стандартташтыруу жана модулдаштыруу келечекте өнүгүүнүн маанилүү багыты болуп калат.
Посттун убактысы: 2024-жылдын 15-январына чейин