Baterijų valdymo sistemos BMS žinios ir funkcijos, įvadas

Pilnas BMS pavadinimas yra Battery Management System.Tai prietaisas, kuris stebi energijos kaupimo baterijų būseną.Jis daugiausia naudojamas protingam atskirų akumuliatoriaus elementų valdymui ir priežiūrai, siekiant užkirsti kelią akumuliatorių perkrovimui ir iškrovimui, pailginti akumuliatoriaus veikimo laiką ir stebėti akumuliatoriaus būseną.Paprastai BMS vaizduojamas kaip grandinės plokštė arba aparatinės įrangos dėžutė.

 

BMS yra vienas iš pagrindinių akumuliatoriaus energijos kaupimo sistemos posistemių, atsakingas už kiekvieno akumuliatoriaus energijos kaupimo bloko akumuliatoriaus veikimo būsenos stebėjimą ir saugaus bei patikimo energijos kaupimo įrenginio veikimo užtikrinimą.BMS gali stebėti ir rinkti energijos kaupimo akumuliatoriaus būsenos parametrus realiuoju laiku (įskaitant, bet neapsiribojant, vieno elemento įtampą, akumuliatoriaus polių temperatūrą, akumuliatoriaus kilpos srovę, akumuliatoriaus bloko gnybtų įtampą, akumuliatoriaus sistemos izoliacijos varžą ir kt.) atlikti reikiamą analizę ir atitinkamų būsenos parametrų skaičiavimus, kad gautumėte daugiau sistemos būsenos įvertinimo parametrų.Taip pat galima efektyviai valdyti patį energijos kaupimo akumuliatorių pagal konkrečias apsaugos valdymo strategijas, kad būtų užtikrintas saugus ir patikimas viso akumuliatoriaus energijos kaupimo bloko veikimas.Tuo pačiu metu BMS gali sąveikauti su kitais išoriniais įrenginiais (PCS, EMS, priešgaisrinės apsaugos sistema ir kt.) per savo ryšio sąsają ir analoginio / skaitmeninio įvesties sąsają, kad sudarytų įvairių posistemių susiejimo valdymą visoje energijos kaupimo galioje. stoties, užtikrinančios saugų, patikimą ir efektyvų elektros tinklo prijungtą elektrinės darbą.

2) Architektūra

Topologijos architektūros požiūriu BMS skirstomas į dvi kategorijas: centralizuotas ir paskirstytas pagal skirtingus projekto reikalavimus.

 

Centralizuotas BMS

Paprasčiau tariant, centralizuotas BMS naudoja vieną BMS aparatinę įrangą, kad surinktų visus langelius, o tai tinka scenarijams, kuriuose yra nedaug langelių.

Centralizuotas BMS turi mažų sąnaudų, kompaktiškos struktūros ir didelio patikimumo privalumus ir dažniausiai naudojamas scenarijuose su maža talpa, mažu bendru slėgiu ir mažu akumuliatoriaus sistemos tūriu, pvz., elektriniai įrankiai, robotai (tvarkomi robotai, pagalbiniai robotai), IOT išmanieji namai (šlavimo robotai, elektriniai dulkių siurbliai), elektriniai šakiniai krautuvai, elektrinės mažo greičio transporto priemonės (elektriniai dviračiai, elektriniai motociklai, elektriniai ekskursijų automobiliai, elektriniai patruliniai automobiliai, elektriniai golfo vežimėliai ir kt.) ir lengvos hibridinės transporto priemonės.

Centralizuotą BMS techninę įrangą galima suskirstyti į aukštos ir žemos įtampos sritis.Aukštos įtampos sritis yra atsakinga už vieno elemento įtampos, visos sistemos įtampos rinkimą ir izoliacijos varžos stebėjimą.Žemos įtampos sritis apima maitinimo grandines, CPU grandines, CAN ryšio grandines, valdymo grandines ir pan.

Keleivinių transporto priemonių akumuliatorių sistemai toliau tobulėjant link didelės talpos, didelio bendro slėgio ir didelio tūrio, paskirstytos BMS architektūros dažniausiai naudojamos įkraunamų hibridinių ir grynai elektrinių transporto priemonių modeliuose.

Paskirstytas BMS

Šiuo metu pramonėje yra įvairių paskirstytų BMS terminų, o skirtingos įmonės turi skirtingus pavadinimus.Maitinimo akumuliatoriaus BMS dažniausiai turi dviejų pakopų pagrindinio ir pavaldinio architektūrą:

 

Energijos kaupimo BMS paprastai yra trijų pakopų architektūra dėl didelio akumuliatoriaus paketo dydžio, su pagrindiniu valdymo sluoksniu virš pavaldinio ir pagrindinio valdymo sluoksnių.

Kaip baterijos sudaro baterijų grupes, kurios savo ruožtu sudaro krūvas, trijų pakopų BMS taip pat vadovaujasi ta pačia didinimo taisykle:

Iš valdymo pulto: akumuliatoriaus valdymo blokas (BMU), kuris renka informaciją iš atskirų akumuliatorių.

Stebėkite akumuliatoriaus elemento įtampą ir temperatūrą

Baterijos išlyginimas pakuotėje

Informacijos įkėlimas

šilumos valdymas

Nenormalus signalas

Pagrindinis valdymas: Baterijų klasterio valdymo blokas: BCU (baterijų klasterio blokas, taip pat žinomas kaip aukštos įtampos valdymo blokas HVU, BCMU ir kt.), atsakingas už BMU informacijos rinkimą ir baterijų klasterio informacijos rinkimą.

Akumuliatoriaus klasterio srovės paėmimas, visos įtampos paėmimas, nuotėkio aptikimas

Apsauga nuo maitinimo, kai akumuliatoriaus būsena yra neįprasta

Valdant BMS, talpos kalibravimas ir SOC kalibravimas gali būti atliekami atskirai, kaip tolesnio įkrovimo ir iškrovimo valdymo pagrindas.

Baterijų masyvo valdymo blokas (BAU) yra atsakingas už centralizuotą baterijų valdymą visame energijos kaupimo akumuliatorių krūvoje.Jis jungiasi prie įvairių akumuliatorių grupių valdymo blokų ir keičiasi informacija su kitais įrenginiais, kad pateiktų grįžtamąjį ryšį apie akumuliatoriaus matricos veikimo būseną.

Akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo valdymas

BMS sistemos savitikros ir gedimų diagnostikos signalizacija

Akumuliatoriaus gedimo diagnostikos signalas

Apsauga nuo įvairių akumuliatoriaus masyvo nenormalių ir gedimų

Bendraukite su kitais įrenginiais, tokiais kaip PCS ir EMS

Duomenų saugojimas, perdavimas ir apdorojimas

Baterijų valdymo sluoksnis: atsakingas už įvairios informacijos (įtampa, temperatūra) rinkimą apie atskirus akumuliatorius, baterijų SOC ir SOH skaičiavimą ir analizę, aktyvų atskirų baterijų išlyginimą bei nenormalios atskirų baterijų informacijos įkėlimą į baterijų bloko sluoksnį BCMU.Per CAN išorinį ryšį jis yra sujungtas per rafinuotą grandinę.

Akumuliatoriaus valdymo sluoksnis: atsakingas už įvairios informacijos rinkimą iš atskirų BMU įkeltų baterijų, įvairios informacijos apie baterijų bloką (paketo įtampa, pakuotės temperatūra), akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo srovių rinkimą, akumuliatoriaus SOC ir SOH skaičiavimą ir analizę. ir įkeliant visą informaciją į baterijų klasterio bloko sluoksnį BAMS.Per CAN išorinį ryšį jis yra sujungtas per rafinuotą grandinę.

Baterijų klasterio valdymo sluoksnis: atsakingas už įvairios BCMU įkeltos baterijos informacijos rinkimą ir visos informacijos įkėlimą į energijos kaupimo stebėjimo EMS sistemą per RJ45 sąsają;bendravimas su PCS, kad būtų siunčiama atitinkama nenormali informacija apie akumuliatorių į PCS (CAN arba RS485 sąsaja), ir aprūpinti aparatūros sausaisiais mazgais, kad būtų galima susisiekti su PCS.Be to, atlieka akumuliatorių sistemos BSE (Battery State Estimate) įvertinimą, elektros sistemos būsenos aptikimą, kontaktorių valdymą, šilumos valdymą, eksploatacijos valdymą, įkrovimo valdymą, diagnostikos valdymą, atlieka vidinio ir išorinio ryšio tinklų valdymą.Su pavaldiniais bendrauja per CAN.

3) Ką veikia BMS?

BMS funkcijų yra daug, tačiau pagrindiniai ir mums labiausiai rūpi trys aspektai:

Vienas iš jų yra jutimas (būsenos valdymas), kuris yra pagrindinė BMS funkcija.Jis matuoja įtampą, varžą, temperatūrą ir galiausiai nustato akumuliatoriaus būseną.Norime sužinoti, kokia yra akumuliatoriaus būsena, kiek jis turi energijos ir talpos, koks jis sveikas, kiek energijos gamina ir koks jo saugumas.Tai yra jutimas.

Antrasis – valdymas (balanso valdymas).Kai kurie žmonės sako, kad BMS yra akumuliatoriaus auklė.Tada ši auklė turėtų tai valdyti.Ką valdyti?Tai yra, kad baterija būtų kuo geresnė.Paprasčiausias yra balanso valdymas ir šilumos valdymas.

Trečia – apsauga (saugos valdymas).Auklė taip pat turi darbo.Jei baterija turi tam tikrą būseną, ją reikia apsaugoti ir įjungti aliarmą.

Žinoma, yra ir komunikacijos valdymo komponentas, kuris per tam tikrus protokolus perduoda duomenis sistemoje arba už jos ribų.

BMS turi daug kitų funkcijų, tokių kaip veikimo kontrolė, izoliacijos stebėjimas, šilumos valdymas ir kt., kurios čia neaptariamos.

 

3.1 Suvokimas – matavimas ir įvertinimas

Pagrindinė BMS funkcija yra matuoti ir įvertinti akumuliatoriaus parametrus, įskaitant pagrindinius parametrus, tokius kaip įtampa, srovė, temperatūra ir būsena, taip pat baterijos būsenos duomenų, tokių kaip SOC ir SOH, skaičiavimus.Maitinimo baterijų srityje taip pat apskaičiuojami SOP (galios būsena) ir SOE (energijos būsena), kurie čia neaptariami.Mes sutelksime dėmesį į pirmuosius du plačiau naudojamus duomenis.

Ląstelių matavimas

1) Pagrindinės informacijos matavimas: pagrindinė akumuliatoriaus valdymo sistemos funkcija yra matuoti atskirų akumuliatoriaus elementų įtampą, srovę ir temperatūrą, kuri yra visų aukščiausio lygio skaičiavimų ir valdymo logikos akumuliatoriaus valdymo sistemoje pagrindas.

2) Izoliacijos atsparumo bandymas: Izoliacijos bandymas reikalingas visai akumuliatoriaus sistemai ir aukštos įtampos sistemai akumuliatoriaus valdymo sistemoje.

3) Aukštos įtampos blokavimo aptikimas (HVIL): naudojamas visos aukštos įtampos sistemos vientisumui patvirtinti ir saugos priemonėms inicijuoti, kai pažeidžiamas aukštos įtampos sistemos kilpos vientisumas.

SOC skaičiavimas

SOC reiškia įkrovimo būseną, ty likusią akumuliatoriaus talpą.Paprasčiau tariant, tai rodo, kiek energijos liko akumuliatoriuje.

SOC yra svarbiausias BMS parametras, nes visa kita remiasi juo.Todėl jo tikslumas ir tvirtumas (taip pat žinomas kaip klaidų taisymo galimybė) yra labai svarbūs.Be tikslaus SOC jokia apsaugos funkcija negali tinkamai veikti BMS, nes akumuliatorius dažnai bus apsaugotos būsenos, todėl baterijos veikimo trukmės pratęsimas bus neįmanomas.

Šiuo metu pagrindiniai SOC įvertinimo metodai apima atvirosios grandinės įtampos metodą, srovės integravimo metodą, Kalmano filtro metodą ir neuroninio tinklo metodą.Pirmieji du metodai dažniausiai naudojami.Pastarieji du metodai apima pažangias žinias, tokias kaip integracijos modeliai ir dirbtinis intelektas, kurios čia nėra išsamiai aprašytos.

Praktikoje dažnai naudojami keli algoritmai kartu su skirtingais algoritmais, atsižvelgiant į akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo būseną.

atviros grandinės įtampos metodas

Atviros grandinės įtampos metodo principas yra naudoti santykinai fiksuotą funkcinį ryšį tarp atviros grandinės įtampos ir SOC, esant ilgalaikei statinei baterijos padėties sąlygai, ir taip įvertinti SOC pagal atviros grandinės įtampą.Anksčiau dažniausiai naudojamas švino rūgšties akumuliatoriaus elektrinis dviratis naudoja šį metodą SOC įvertinimui.Atviros grandinės įtampos metodas yra paprastas ir patogus, tačiau yra ir daug trūkumų:

1. Baterija turi būti palikta stovėti ilgą laiką, kitaip per trumpą laiką bus sunku stabilizuoti atviros grandinės įtampą;

2. Akumuliatoriuose, ypač ličio geležies fosfato baterijose, yra įtampos plokščiakalnis, kur gnybtų įtampa ir SOC kreivė yra maždaug tiesinės SOC30%-80% diapazone;

3. Akumuliatorius yra skirtingos temperatūros arba skirtingos eksploatavimo stadijos, ir nors atviros grandinės įtampa yra tokia pati, tikrasis SOC skirtumas gali būti didelis;

Kaip parodyta paveikslėlyje žemiau, kai naudojame šį elektrinį dviratį, jei dabartinė SOC rodoma kaip 100%, greitėjant įtampa krenta, o galia gali būti rodoma kaip 80%.Kai nustojame greitėti, įtampa pakyla, o galia vėl pašoka iki 100%.Taigi mūsų elektrinio paspirtuko galios ekranas nėra tikslus.Kai mes sustojame, jis turi galią, bet kai paleidžiame, jis baigiasi.Tai gali būti ne akumuliatoriaus problema, bet gali būti dėl to, kad BMS SoC algoritmas yra per paprastas.

An-Shi integralinis metodas

„Anshicontinuous“ integravimo metodas tiesiogiai apskaičiuoja SOC vertę realiuoju laiku, naudodamas SOC apibrėžimą.

Atsižvelgiant į pradinę SOC vertę, tol, kol galima išmatuoti akumuliatoriaus srovę (kai iškrovimo srovė yra teigiama), akumuliatoriaus talpos pokytis gali būti tiksliai apskaičiuotas integruojant srovę, todėl likęs SOC.

Šis metodas turi gana patikimus įvertinimo rezultatus per trumpą laiką, tačiau dėl srovės jutiklio matavimo klaidų ir laipsniško baterijos talpos mažėjimo, ilgalaikė srovės integracija sukels tam tikrų nukrypimų.Todėl jis paprastai naudojamas kartu su atvirosios grandinės įtampos metodu, norint įvertinti pradinę SOC įvertinimo vertę su mažo tikslumo reikalavimais, taip pat gali būti naudojamas kartu su Kalmano filtravimo metodu trumpalaikiam SOC prognozavimui.

SOC (State Of Charge) priklauso pagrindiniam BMS valdymo algoritmui, vaizduojančiam esamą likusio pajėgumo būseną.Tai daugiausia pasiekiama ampervalandžių integravimo metodu ir EKF (išplėstinio Kalmano filtro) algoritmu, kartu su korekcijos strategijomis (tokiomis kaip atviros grandinės įtampos korekcija, viso įkrovimo korekcija, įkrovimo pabaigos korekcija, talpos korekcija esant skirtingoms temperatūroms ir SOH, ir tt).Ampervalandės integravimo metodas yra gana patikimas, jei užtikrinamas srovės gavimo tikslumas, tačiau jis nėra patikimas.Dėl klaidų kaupimosi ji turi būti derinama su taisymo strategijomis.EKF metodas yra patikimas, tačiau algoritmas yra gana sudėtingas ir sunkiai įgyvendinamas.Vidaus pagrindiniai gamintojai kambario temperatūroje gali pasiekti mažesnį nei 6 % tikslumą, tačiau sunku įvertinti aukštą ir žemą temperatūrą bei akumuliatoriaus silpnėjimą.

SOC korekcija

Dėl dabartinių svyravimų apskaičiuotas SOC gali būti netikslus, todėl į įvertinimo procesą reikia įtraukti įvairias korekcijos strategijas.

 

SOH skaičiavimas

SOH reiškia sveikatos būklę, kuri rodo esamą akumuliatoriaus sveikatos būklę (arba akumuliatoriaus nusidėvėjimo laipsnį).Paprastai jis pateikiamas kaip reikšmė nuo 0 iki 100 %, o mažesnės nei 80 % vertės paprastai rodo, kad baterija nebegalima naudoti.Tai gali reikšti akumuliatoriaus talpos arba vidinio pasipriešinimo pokyčiai.Naudojant talpą, tikroji esamos baterijos talpa apskaičiuojama remiantis baterijos veikimo proceso duomenimis, o jos ir vardinės talpos santykis yra SOH.Tikslus SOH pagerins kitų modulių įvertinimo tikslumą, kai akumuliatorius blogėja.

Pramonėje yra du skirtingi SOH apibrėžimai:

SOH apibrėžimas pagrįstas talpos išnykimu

Naudojant ličio jonų baterijas, akumuliatoriaus viduje pamažu mažėja aktyvioji medžiaga, didėja vidinė varža, mažėja talpa.Todėl SOH galima įvertinti pagal akumuliatoriaus talpą.Baterijos sveikatos būklė išreiškiama kaip srovės talpos ir pradinės talpos santykis, o jo SOH apibrėžiamas taip:

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

Kur: C_fade yra prarasta akumuliatoriaus talpa;C_standard yra vardinė talpa.

IEEE standartas 1188-1996 numato, kad akumuliatoriaus talpai nukritus iki 80%, akumuliatorių reikia pakeisti.Todėl paprastai manome, kad akumuliatoriaus SOH nėra, kai jis yra mažesnis nei 80%.

SOH apibrėžimas, pagrįstas galios slopinimu (Power Fade)

Beveik visų tipų baterijų senėjimas padidins akumuliatoriaus vidinę varžą.Kuo didesnė vidinė akumuliatoriaus varža, tuo mažesnė galia.Todėl SOH galima įvertinti naudojant galios slopinimą.

3.2 Valdymas – subalansuota technologija

Kiekviena baterija turi savo „asmenybę“

Norėdami kalbėti apie pusiausvyrą, turime pradėti nuo baterijų.Net ir to paties gamintojo toje pačioje partijoje pagaminti akumuliatoriai turi savo gyvavimo ciklus ir „asmenybes“ – kiekvienos baterijos talpa negali būti visiškai vienoda.Yra dvi šio nenuoseklumo priežastys:

Vienas iš jų yra ląstelių gamybos nenuoseklumas

Vienas iš jų yra elektrocheminių reakcijų nenuoseklumas.

gamybos nenuoseklumas

Gamybos neatitikimus lengva suprasti.Pavyzdžiui, gamybos proceso metu dėl diafragmos ir katodo bei anodo medžiagų neatitikimų gali atsirasti bendrų akumuliatoriaus talpos neatitikimų.Standartinė 50AH baterija gali tapti 49AH arba 51AH.

elektrocheminis neatitikimas

Elektrochemijos nenuoseklumas yra tas, kad akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo procese, net jei abiejų elementų gamyba ir apdorojimas yra identiški, šiluminė aplinka niekada negali būti vienoda elektrocheminės reakcijos procese.Pavyzdžiui, gaminant akumuliatoriaus modulius, aplinkinio žiedo temperatūra turi būti žemesnė nei vidurio.Dėl to susidaro ilgalaikis įkrovimo ir iškrovimo kiekių nenuoseklumas, o tai savo ruožtu lemia nenuoseklų akumuliatoriaus elementų talpą;Kai akumuliatoriaus elemento SEI plėvelės įkrovimo ir iškrovimo srovės ilgą laiką nevienodos, SEI plėvelės senėjimas taip pat bus nenuoseklus.

*SEI plėvelė: „kietojo elektrolito sąsaja“ (kietojo elektrolito sąsaja).Pirmojo skysto ličio jonų akumuliatoriaus įkrovimo iškrovimo proceso metu elektrodo medžiaga reaguoja su kietos ir skystos fazės sąsajoje esančiu elektrolitu ir sudaro pasyvinį sluoksnį, dengiantį elektrodo medžiagos paviršių.SEI plėvelė yra elektroninis izoliatorius, bet puikus ličio jonų laidininkas, kuris ne tik apsaugo elektrodą, bet ir neturi įtakos baterijos veikimui.SEI plėvelės senėjimas turi didelę įtaką akumuliatoriaus būklei.

Todėl baterijų blokų netolygumas (arba diskretiškumas) yra neišvengiama akumuliatoriaus veikimo apraiška.

Kodėl reikalinga pusiausvyra

Baterijos yra skirtingos, tad kodėl nepabandžius jų padaryti vienodų?Nes nenuoseklumas turės įtakos akumuliatoriaus veikimui.

Serijinis akumuliatorių blokas atitinka trumpojo vamzdžio efektą: serijinėje akumuliatorių blokų sistemoje visos baterijų bloko sistemos talpa nustatoma pagal mažiausią atskirą įrenginį.

Tarkime, kad turime akumuliatorių, kurį sudaro trys baterijos:

Žinokite, kad per didelis įkrovimas ir iškrovimas gali rimtai sugadinti baterijas.Todėl, kai įkrovimo metu akumuliatorius B yra visiškai įkrautas arba kai akumuliatoriaus B SoC išsikrovimo metu yra labai žemas, būtina sustabdyti įkrovimą ir iškrovimą, kad būtų apsaugotas akumuliatorius B. Dėl to akumuliatorių A ir C galia negali būti visiškai įkrauta. panaudota.

Tai veda prie:

Faktinė baterijos bloko talpa sumažėjo: A ir C akumuliatoriai, kurie galėjo išnaudoti turimą talpą, dabar negali to padaryti, kad tilptų akumuliatorių B. Tai tarsi du žmonės ant trijų surištų kojų. aukštas žmogus, negalintis žengti didelių žingsnių.

Sutrumpintas akumuliatoriaus veikimo laikas: mažesniam žingsniui reikia daugiau žingsnių ir kojos labiau pavargsta.Sumažėjus talpai, padidėja įkrovimo ir iškrovimo ciklų skaičius, todėl akumuliatorius blogėja.Pavyzdžiui, viena ląstelė gali pasiekti 4000 ciklų esant 100% DoD, tačiau realiai naudojant ji negali pasiekti 100%, o ciklų skaičius tikrai nepasieks 4000.

*DoD, iškrovimo gylis, reiškia akumuliatoriaus išsikrovimo pajėgumo procentą nuo vardinės akumuliatoriaus talpos.

Dėl baterijų nenuoseklumo sumažėja baterijų bloko veikimas.Kai akumuliatoriaus modulio dydis yra didelis, nuosekliai sujungiamos kelios baterijų eilutės, o dėl didelio vieno įtampos skirtumo sumažės visos dėžutės talpa.Kuo daugiau baterijų prijungta nuosekliai, tuo daugiau talpos jie praranda.Tačiau mūsų programose, ypač energijos kaupimo sistemose, yra du svarbūs reikalavimai:

Pirmasis yra ilgaamžis akumuliatorius, kuris gali labai sumažinti eksploatavimo ir priežiūros išlaidas.Energijos kaupimo sistemai keliami aukšti akumuliatoriaus naudojimo trukmės reikalavimai.Dauguma buitinių yra skirti 15 metų.Jei darysime prielaidą, kad 300 ciklų per metus, 15 metų yra 4500 ciklų, o tai vis dar yra labai daug.Turime maksimaliai padidinti kiekvienos baterijos tarnavimo laiką, kad bendras viso baterijos paketo eksploatavimo laikas kuo ilgiau pasiektų projektinį tarnavimo laiką ir sumažintų akumuliatoriaus sklaidos poveikį akumuliatoriaus naudojimo laikui.

Antrasis gilus ciklas, ypač naudojant didžiausio skutimosi scenarijų, išleidus dar vieną kWh elektros energijos atneš dar vieną tašką pajamų.Tai reiškia, kad mes atliksime 80% DoD arba 90% DoD.Kai energijos kaupimo sistemoje naudojamas gilus ciklas, pasireikš akumuliatoriaus sklaida uodegos iškrovimo metu.Todėl, norint užtikrinti visišką kiekvieno elemento talpos išlaisvinimą gilaus įkrovimo ir gilaus iškrovimo sąlygomis, būtina reikalauti, kad energijos kaupimo BMS turėtų stiprias išlyginimo valdymo galimybes ir slopintų baterijos elementų nuoseklumą. .

Šie du reikalavimai visiškai prieštarauja akumuliatoriaus nenuoseklumui.Norėdami efektyviau naudoti akumuliatorių paketą, turime turėti veiksmingesnę balansavimo technologiją, kad sumažintume akumuliatoriaus nenuoseklumo poveikį.

pusiausvyros technologija

Baterijų išlyginimo technologija – tai būdas skirtingos talpos baterijas paversti vienodomis.Yra du įprasti išlyginimo būdai: energijos išsklaidymo vienkryptis išlyginimas (pasyvus išlyginimas) ir energijos perdavimo dvikryptis išlyginimas (aktyvus išlyginimas).

(1) Pasyvi pusiausvyra

Pasyvus išlyginimo principas yra lygiagretus perjungiamas iškrovos rezistorius ant kiekvienos baterijų eilutės.BMS valdo išlydžio rezistorių, kad iškrautų aukštesnės įtampos elementus, išsklaidydama elektros energiją kaip šilumą.Pavyzdžiui, kai akumuliatorius B beveik visiškai įkrautas, jungiklis atidaromas, kad akumuliatoriaus B rezistorius galėtų išsklaidyti elektros energijos perteklių kaip šilumą.Tada kraunama tol, kol akumuliatoriai A ir C taip pat bus visiškai įkrauti.

Šis metodas gali iškrauti tik aukštos įtampos elementus ir negali įkrauti mažos talpos elementų.Dėl iškrovos varžos galios apribojimo išlyginimo srovė paprastai yra maža (mažiau nei 1A).

Pasyvaus išlyginimo pranašumai yra maža kaina ir paprastas grandinės dizainas;trūkumai yra tai, kad jis pagrįstas mažiausia likusia akumuliatoriaus talpa išlyginimui, kuri negali padidinti baterijų su maža likusia talpa talpos ir kad 100% išlygintos galios yra iššvaistoma šilumos pavidalu.

(2) Aktyvus balansas

Taikant algoritmus, kelios baterijų eilutės perkelia aukštos įtampos elementų energiją į žemos įtampos elementus, naudodamos energijos kaupimo komponentus, iškraundamos aukštesnės įtampos baterijas ir panaudodamos išleistą energiją žemesnės įtampos elementams įkrauti.Energija daugiausia perduodama, o ne išsklaidoma.

Tokiu būdu įkrovimo metu akumuliatorius B, kuris pirmiausia pasiekia 100% įtampą, išsikrauna į A ir C, o trys baterijos yra visiškai įkraunamos kartu.Išsikrovimo metu, kai likęs akumuliatoriaus B įkrovimas yra per mažas, A ir C „įkrauna“ B, kad elementas B taip greitai nepasiektų SOC ribos, leidžiančios sustabdyti išsikrovimą.

Pagrindinės aktyvaus balansavimo technologijos savybės

(1) Subalansuokite aukštą ir žemą įtampą, kad pagerintumėte akumuliatoriaus efektyvumą: įkraunant ir iškraunant bei ramybės būsenoje aukštos įtampos akumuliatoriai gali būti iškrauti, o žemos įtampos akumuliatoriai gali būti įkrauti;

(2) Mažų nuostolių energijos perdavimas: energija daugiausia perduodama, o ne tiesiog prarandama, pagerinant energijos panaudojimo efektyvumą;

(3) Didelė pusiausvyros srovė: paprastai pusiausvyros srovė yra nuo 1 iki 10 A, o pusiausvyra yra greitesnė;

Aktyviam išlyginimui reikia konfigūruoti atitinkamas grandines ir energijos kaupimo įrenginius, o tai lemia didelę apimtį ir padidina išlaidas.Šios dvi sąlygos kartu lemia, kad aktyvų išlyginimą nėra lengva skatinti ir taikyti.

Be to, aktyvus išlyginamasis įkrovimo ir iškrovimo procesas netiesiogiai padidina akumuliatoriaus veikimo laiką.Elementai, kuriuos reikia įkrauti ir iškrauti, kad būtų pasiektas balansas, dėl papildomo darbo krūvio gali viršyti įprastų elementų senėjimą, todėl gali atsirasti didesnis našumo skirtumas nuo kitų elementų.

Kai kurie ekspertai mano, kad dvi aukščiau pateiktos išraiškos turėtų atitikti dispersinę pusiausvyrą ir nedisipuojančią pusiausvyrą.Ar jis aktyvus, ar pasyvus, turėtų priklausyti nuo įvykio, kuris sukelia pusiausvyros procesą.Jei sistema pasiekia būseną, kai ji turi būti pasyvi, ji yra pasyvi.Jei ją nustato žmonės, pusiausvyros programos nustatymas, kai nebūtina subalansuoti, vadinamas aktyvia pusiausvyra.

Pavyzdžiui, kai iškrovimas baigiasi, žemiausios įtampos elementas pasiekė iškrovimo ribinę įtampą, o kiti elementai vis dar turi galios.Šiuo metu, norėdama iškrauti kuo daugiau elektros energijos, sistema perkelia didelės energijos elementų elektrą į mažos energijos elementus, todėl iškrovimo procesas gali tęstis tol, kol iškraunama visa galia.Tai pasyvus išlyginimo procesas.Jei sistema numato, kad iškrovos pabaigoje bus disbalansas, kai dar bus likę 40% galios, ji pradės aktyvų išlyginimo procesą.

Aktyvus išlyginimas skirstomas į centralizuotus ir decentralizuotus metodus.Taikant centralizuotą išlyginimo metodą, energija gaunama iš viso akumuliatoriaus paketo, o tada naudojamas energijos konvertavimo įtaisas, kad baterijos būtų papildytos mažiau energijos.Decentralizuotas išlyginimas apima energijos kaupimo ryšį tarp gretimų baterijų, kurios gali būti induktorius arba kondensatorius, leidžiantys energijai tekėti tarp gretimų baterijų.

Dabartinėje balanso valdymo strategijoje yra tokių, kurie elemento įtampą laiko valdymo tiksliniu parametru, taip pat yra tų, kurie siūlo naudoti SOC kaip balanso valdymo tikslinį parametrą.Kaip pavyzdį imkime elementų įtampą.

Pirmiausia nustatykite porą slenkstinių reikšmių išlyginimui pradėti ir baigti: pavyzdžiui, baterijų rinkinyje, kai skirtumas tarp vienos elemento ekstremalios įtampos ir vidutinės rinkinio įtampos siekia 50 mV, inicijuojamas išlyginimas, o kai jis pasiekia 5mV, išlyginimas baigiasi.

BMS renka kiekvieno elemento įtampą pagal fiksuotą gavimo ciklą, apskaičiuoja vidutinę vertę ir tada apskaičiuoja skirtumą tarp kiekvieno elemento įtampos ir vidutinės vertės;

Jei didžiausias skirtumas pasiekia 50mV, BMS reikia pradėti išlyginimo procesą;

Tęskite 2 veiksmą išlyginimo proceso metu, kol skirtumo reikšmės bus mažesnės nei 5 mV, tada užbaikite išlyginimą.

Reikėtų pažymėti, kad ne visoms BMS reikia šio žingsnio, o tolesnės strategijos gali skirtis priklausomai nuo balanso metodo.

Balansavimo technologija taip pat susijusi su akumuliatoriaus tipu.Paprastai manoma, kad LFP labiau tinka aktyviam balansui, o trinarės baterijos – pasyviam balansui.

Intensyvios konkurencijos stadiją BMS labiausiai palaiko kaina ir patikimumas.Šiuo metu eksperimentinis aktyvaus balansavimo patikrinimas dar nepasiektas.Tikimasi, kad funkcinės saugos lygis judės link ASIL-C ir ASIL-D, tačiau kaina yra gana didelė.Todėl dabartinės didelės įmonės į aktyvius balansavimo tyrimus žiūri atsargiai.Kai kurios didelės gamyklos netgi nori atšaukti balansavimo modulį ir visus balansavimus atlikti išoriškai, panašiai kaip kuro transporto priemonių priežiūra.Kiekvieną kartą, kai transporto priemonė nuvažiuos tam tikrą atstumą, ji pateks į 4S parduotuvę išoriniam balansavimui.Tai sumažins visos transporto priemonės BMS kainą ir naudos atitinkamai 4S parduotuvei.Situacija naudinga visoms šalims.Todėl aš asmeniškai suprantu, kad tai gali tapti tendencija!

3.3 Apsauga – gedimų diagnostika ir signalizacija

BMS stebėjimas yra suderintas su elektros sistemos technine įranga ir skirstomas į skirtingus gedimo lygius (nežymus gedimas, rimtas gedimas, mirtinas gedimas) pagal skirtingas akumuliatoriaus veikimo sąlygas.Esant skirtingiems gedimų lygiams taikomos skirtingos tvarkymo priemonės: įspėjimas, galios ribojimas arba tiesioginis aukštos įtampos išjungimas.Gedimai apima duomenų gavimo ir racionalumo gedimus, elektros (daviklių ir pavarų) gedimus, ryšio sutrikimus ir akumuliatoriaus būsenos sutrikimus.

Dažnas pavyzdys, kai akumuliatorius perkaista, BMS pagal surinktą akumuliatoriaus temperatūrą nustato, kad akumuliatorius perkaista, tada kontroliuoja šio akumuliatoriaus grandinę, kad ji atsijungtų, atlieka apsaugą nuo perkaitimo ir siunčia įspėjimą valdymo sistemoms, tokioms kaip EMS.

3.4 Bendravimas

Įprastas BMS veikimas negali būti atskirtas nuo jo komunikacijos funkcijos.Ar tai būtų akumuliatoriaus valdymas baterijos valdymo metu, akumuliatoriaus būsenos perdavimas išoriniam pasauliui ar valdymo nurodymų gavimas, reikalingas stabilus ryšys.

Maitinimo akumuliatoriaus sistemoje vienas BMS galas yra prijungtas prie akumuliatoriaus, o kitas – prie visos transporto priemonės valdymo ir elektroninių sistemų.Bendroje aplinkoje naudojamas CAN protokolas, tačiau yra skirtumas tarp vidinio CAN tarp vidinių akumuliatoriaus komponentų ir transporto priemonės CAN tarp akumuliatoriaus paketo ir visos transporto priemonės naudojimo.

Priešingai, energijos kaupimo BMS ir vidinis ryšys iš esmės naudoja CAN protokolą, tačiau jo išorinis ryšys (išorinis daugiausia susijęs su energijos kaupimo jėgainės dispečerine sistema PCS) dažnai naudoja interneto protokolo formatus TCP/IP protokolą ir modbus protokolą.

4) Energijos kaupimo BMS

Energijos kaupimo BMS gamintojai paprastai išsivystė iš maitinimo elementų BMS, todėl daugelis dizainų ir terminų turi istorinę kilmę

Pavyzdžiui, maitinimo baterija paprastai skirstoma į BMU (Battery Monitor Unit) ir BCU (Battery Control Unit), pirmasis renka duomenis, o antrasis juos kontroliuoja.

Kadangi akumuliatoriaus elementas yra elektrocheminis procesas, bateriją sudaro keli akumuliatoriaus elementai.Dėl kiekvieno akumuliatoriaus elemento ypatybių, kad ir koks tikslus būtų gamybos procesas, laikui bėgant ir priklausomai nuo aplinkos kiekviename akumuliatoriaus elemente bus klaidų ir neatitikimų.Todėl baterijos valdymo sistema yra įvertinti esamą akumuliatoriaus būklę pagal ribotus parametrus, o tai yra šiek tiek panašu į tradicinės kinų medicinos gydytoją, kuris diagnozuoja pacientą pagal simptomus, o ne Vakarų mediciną, reikalaujančią fizinės ir cheminės analizės.Fizinė ir cheminė žmogaus kūno analizė yra panaši į akumuliatoriaus elektrochemines charakteristikas, kurias galima išmatuoti didelio masto eksperimentiniais instrumentais.Tačiau įterptosiose sistemose sunku įvertinti kai kuriuos elektrochemijos rodiklius.Todėl BMS yra tarsi senas kinų medicinos gydytojas.

4.1 Trijų sluoksnių energijos kaupimo BMS architektūra

Dėl didelio baterijų elementų skaičiaus energijos kaupimo sistemose, siekiant sutaupyti išlaidų, BMS dažniausiai diegiamas sluoksniais, dviem arba trimis sluoksniais.Šiuo metu pagrindinis srautas yra trijų sluoksnių: pagrindinis valdymas / pagrindinis valdymas / pavaldinis valdymas.

4.2 Išsamus energijos kaupimo BMS aprašymas

5) Esama situacija ir ateities tendencija

Yra keletas gamintojų tipų, gaminančių BMS:

Pirmoji kategorija yra galutinis vartotojas, turintis didžiausią galią akumuliatoriaus BMS – automobilių gamyklose.Tiesą sakant, stipriausia BMS gamybos jėga užsienyje taip pat yra automobilių gamyklos, tokios kaip General Motors, Tesla ir kt. Namuose yra BYD, Huating Power ir kt.

Antroji kategorija – akumuliatorių gamyklos, įskaitant elementų gamintojus ir pakuočių gamintojus, tokius kaip Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Pekino Purradas ir kt.;

Trečiojo tipo BMS gamintojai yra tie, kurie turi ilgametę patirtį galios elektronikos technologijų srityje ir turi mokslinių tyrimų ir plėtros komandas, turinčias universitetų arba susijusių įmonių išsilavinimą, pvz., „Eternal Electronics“, „Hangzhou Gaote Electronics“, „Xie Neng Technology“ ir „Kegong Electronics“.

Skirtingai nuo galios baterijų BMS, kurioje daugiausia dominuoja terminalų transporto priemonių gamintojai, atrodo, kad energijos kaupimo baterijų galutiniams vartotojams nereikia ar konkrečių veiksmų dalyvauti BMS tyrimuose ir plėtroje bei gamyboje.Taip pat mažai tikėtina, kad jie išleis daug pinigų ir energijos kurdami didelio masto akumuliatorių valdymo sistemas.Todėl galima manyti, kad energijos kaupimo baterijų BMS pramonėje trūksta svarbaus žaidėjo, turinčio absoliučius pranašumus, paliekant didžiulę erdvę tobulėjimui ir fantazijai baterijų gamintojams ir pardavėjams, orientuojantiems į energijos kaupimo BMS.Jei bus sukurta energijos kaupimo rinka, baterijų gamintojams ir profesionaliems BMS gamintojams bus suteikta daug erdvės plėtrai ir mažesnis konkurencinis pasipriešinimas.

Šiuo metu profesionalių BMS gamintojų, orientuotų į energijos kaupimo BMS kūrimą, yra palyginti nedaug, daugiausia dėl to, kad energijos kaupimo rinka dar tik pradeda formuotis ir vis dar kyla daug abejonių dėl tolimesnės energijos kaupimo plėtros rinkoje.Todėl dauguma gamintojų nesukūrė su energijos kaupimu susijusių BMS.Faktinėje verslo aplinkoje taip pat yra gamintojų, kurie perka elektromobilių akumuliatorių BMS, kad galėtų naudoti kaip energijos kaupimo akumuliatorių BMS.Manoma, kad ateityje profesionalūs elektromobilių BMS gamintojai taip pat taps svarbia BMS tiekėjų, naudojamų didelės apimties energijos kaupimo projektuose, dalimi.

Šiame etape trūksta vienodų BMS standartų, kuriuos pateikia įvairūs energijos kaupimo sistemų tiekėjai.Skirtingi gamintojai turi skirtingą BMS dizainą ir apibrėžimus, o priklausomai nuo skirtingų baterijų, su kuriomis jie yra suderinami, SOX algoritmas, išlyginimo technologija ir įkeltas ryšio duomenų turinys taip pat gali skirtis.Praktiškai taikant BMS, tokie skirtumai padidins taikymo išlaidas ir pakenks pramonės plėtrai.Todėl BMS standartizavimas ir moduliavimas taip pat bus svarbi plėtros kryptis ateityje.