1) Apakah BMS?
Nama penuh BMS ialah Sistem Pengurusan Bateri.Ia adalah peranti yang memantau status bateri simpanan tenaga.Ia digunakan terutamanya untuk pengurusan pintar dan penyelenggaraan sel bateri individu, mencegah pengecasan berlebihan dan pelepasan berlebihan bateri, memanjangkan hayat bateri, dan memantau status bateri.Secara amnya, BMS diwakili sebagai papan litar atau kotak perkakasan.
BMS ialah salah satu subsistem teras sistem storan tenaga bateri, bertanggungjawab untuk memantau status operasi setiap bateri dalam unit storan tenaga bateri dan memastikan operasi unit storan tenaga yang selamat dan boleh dipercayai.BMS boleh memantau dan mengumpul parameter status bateri simpanan tenaga dalam masa nyata (termasuk tetapi tidak terhad kepada voltan sel tunggal, suhu tiang bateri, arus gelung bateri, voltan terminal pek bateri, rintangan penebat sistem bateri, dll.), dan melakukan analisis dan pengiraan yang diperlukan pada parameter status yang berkaitan untuk mendapatkan lebih banyak parameter penilaian status sistem.Ia juga boleh mencapai kawalan berkesan bagi bateri simpanan tenaga itu sendiri mengikut strategi kawalan perlindungan khusus untuk memastikan operasi yang selamat dan boleh dipercayai bagi keseluruhan unit simpanan tenaga bateri.Pada masa yang sama, BMS boleh berinteraksi dengan peranti luaran lain (PCS, EMS, sistem perlindungan kebakaran, dll.) melalui antara muka komunikasinya sendiri dan antara muka input analog/digital untuk membentuk kawalan pautan pelbagai subsistem dalam keseluruhan kuasa storan tenaga. stesen janakuasa, memastikan operasi bersambung grid yang selamat, boleh dipercayai dan cekap bagi stesen janakuasa.
2) Seni bina
Dari perspektif seni bina topologi, BMS dibahagikan kepada dua kategori: berpusat dan diedarkan mengikut keperluan projek yang berbeza.
BMS berpusat
Ringkasnya, BMS terpusat menggunakan perkakasan BMS tunggal untuk mengumpul semua sel, yang sesuai untuk senario dengan beberapa sel.
BMS berpusat mempunyai kelebihan kos rendah, struktur padat, dan kebolehpercayaan yang tinggi, dan lazimnya digunakan dalam senario dengan kapasiti rendah, tekanan jumlah rendah, dan volum sistem bateri kecil, seperti alat kuasa, robot (robot pengendalian, robot bantuan), Rumah pintar IOT (robot penyapu, pembersih vakum elektrik), forklift elektrik, kenderaan berkelajuan rendah elektrik (basikal elektrik, motosikal elektrik, kereta persiaran elektrik, kereta peronda elektrik, kereta golf elektrik, dll.), dan kenderaan hibrid ringan.
Perkakasan BMS terpusat boleh dibahagikan kepada kawasan voltan tinggi dan voltan rendah.Kawasan voltan tinggi bertanggungjawab untuk mengumpul voltan sel tunggal, jumlah voltan sistem dan memantau rintangan penebat.Kawasan voltan rendah termasuk litar bekalan kuasa, litar CPU, litar komunikasi CAN, litar kawalan, dan sebagainya.
Memandangkan sistem bateri kuasa kenderaan penumpang terus berkembang ke arah kapasiti tinggi, tekanan jumlah tinggi dan volum besar, seni bina BMS teragih digunakan terutamanya dalam model kenderaan hibrid dan elektrik tulen plug-in.
BMS yang diedarkan
Pada masa ini, terdapat pelbagai istilah untuk BMS yang diedarkan dalam industri, dan syarikat yang berbeza mempunyai nama yang berbeza.Bateri kuasa BMS kebanyakannya mempunyai seni bina dua peringkat tuan-hamba:
BMS storan tenaga biasanya merupakan seni bina tiga peringkat kerana saiz pek bateri yang besar, dengan lapisan kawalan induk di atas lapisan hamba dan kawalan utama.
Sama seperti bateri membentuk kelompok bateri, yang seterusnya membentuk tindanan, BMS tiga peringkat juga mengikut peraturan menaik yang sama:
Daripada kawalan: unit pengurusan bateri (BMU), yang mengumpul maklumat daripada bateri individu.
Pantau voltan dan suhu sel bateri
Penyamaan bateri dalam pakej
Muat naik maklumat
pengurusan haba
Penggera yang tidak normal
Kawalan induk: Unit pengurusan kluster bateri: BCU (unit kluster bateri, juga dikenali sebagai unit pengurusan voltan tinggi HVU, BCMU, dsb.), bertanggungjawab untuk mengumpul maklumat BMU dan mengumpul maklumat kluster bateri.
Pemerolehan arus kluster bateri, perolehan jumlah voltan, pengesanan kebocoran
Perlindungan mematikan kuasa apabila status bateri tidak normal
Di bawah pengurusan BMS, penentukuran kapasiti dan penentukuran SOC boleh diselesaikan secara berasingan sebagai asas untuk pengurusan pengecasan dan pelepasan berikutnya
Unit pengurusan tatasusunan bateri (BAU) bertanggungjawab untuk pengurusan terpusat bateri dalam keseluruhan susunan bateri simpanan tenaga.Ia bersambung kepada pelbagai unit pengurusan kluster bateri dan bertukar-tukar maklumat dengan peranti lain untuk memberikan maklum balas tentang status pengendalian tatasusunan bateri.
Pengurusan pengecasan dan nyahcas tatasusunan bateri
Pemeriksaan kendiri sistem BMS dan penggera diagnosis kerosakan
Penggera diagnosis kerosakan pek bateri
Perlindungan keselamatan untuk pelbagai keabnormalan dan kerosakan dalam susunan bateri
Berkomunikasi dengan peranti lain seperti PCS dan EMS
Penyimpanan, penghantaran dan pemprosesan data
Lapisan pengurusan bateri: bertanggungjawab untuk mengumpul pelbagai maklumat (voltan, suhu) bateri individu, mengira dan menganalisis SOC dan SOH bateri, mencapai penyamaan aktif bagi bateri individu, dan memuat naik maklumat tidak normal bagi bateri individu ke lapisan unit pek bateri BCMU.Melalui komunikasi luaran CAN, ia saling berkaitan melalui rantai daisy.
Lapisan pengurusan bateri: bertanggungjawab untuk mengumpul pelbagai maklumat daripada bateri individu yang dimuat naik oleh BMU, mengumpul pelbagai maklumat tentang pek bateri (voltan pek, suhu pek), pengecasan dan arus nyahcas pek bateri, mengira dan menganalisis SOC dan SOH pek bateri , dan memuat naik semua maklumat ke lapisan unit kluster bateri BAMS.Melalui komunikasi luaran CAN, ia saling berkaitan melalui rantai daisy.
Lapisan pengurusan kluster bateri: bertanggungjawab untuk mengumpul pelbagai maklumat bateri yang dimuat naik oleh BCMU dan memuat naik semua maklumat ke sistem EMS pemantauan storan tenaga melalui antara muka RJ45;berkomunikasi dengan PCS untuk menghantar maklumat abnormal yang berkaitan bateri ke PCS (antara muka CAN atau RS485), dan dilengkapi dengan nod kering perkakasan untuk berkomunikasi dengan PCS.Selain itu, ia melaksanakan penilaian sistem bateri BSE (Anggaran Keadaan Bateri), pengesanan status sistem elektrik, pengurusan penyentuh, pengurusan haba, pengurusan operasi, pengurusan pengecasan, pengurusan diagnostik, dan melaksanakan pengurusan rangkaian komunikasi dalaman dan luaran.Berkomunikasi dengan orang bawahan melalui CAN.
3) Apakah yang dilakukan oleh BMS?
Fungsi BMS adalah banyak, tetapi teras dan perkara yang paling kami bimbangkan ialah tiga aspek:
Satu adalah penderiaan (pengurusan negeri), yang merupakan fungsi asas BMS.Ia mengukur voltan, rintangan, suhu, dan akhirnya merasakan keadaan bateri.Kami ingin mengetahui keadaan bateri, berapa banyak tenaga dan kapasiti yang ada, sejauh mana ia sihat, berapa banyak kuasa yang dihasilkannya, dan sejauh mana ia selamat.Ini adalah penderiaan.
Kedua ialah pengurusan (pengurusan keseimbangan).Sesetengah orang mengatakan bahawa BMS adalah pengasuh bateri.Kemudian pengasuh ini harus menguruskannya.Apa yang perlu diuruskan?Ia adalah untuk menjadikan bateri sebaik mungkin.Yang paling asas ialah pengurusan keseimbangan dan pengurusan haba.
Ketiga ialah perlindungan (pengurusan keselamatan).Pengasuh pun ada kerja.Jika bateri mempunyai beberapa status, ia perlu dilindungi dan penggera perlu dinaikkan.
Sudah tentu, terdapat juga komponen pengurusan komunikasi yang memindahkan data di dalam atau di luar sistem melalui protokol tertentu.
BMS mempunyai banyak fungsi lain, seperti kawalan operasi, pemantauan penebat, pengurusan haba, dll., yang tidak dibincangkan di sini.
3.1 Persepsi – Pengukuran dan Anggaran
Fungsi asas BMS adalah untuk mengukur dan menganggar parameter bateri, termasuk parameter asas seperti voltan, arus, suhu dan keadaan, serta pengiraan data keadaan bateri seperti SOC dan SOH.Bidang bateri kuasa juga melibatkan pengiraan SOP (keadaan kuasa) dan SOE (keadaan tenaga), yang tidak dibincangkan di sini.Kami akan memberi tumpuan kepada dua data pertama yang lebih banyak digunakan.
Pengukuran sel
1) Pengukuran maklumat asas: Fungsi paling asas sistem pengurusan bateri adalah untuk mengukur voltan, arus dan suhu sel bateri individu, yang merupakan asas untuk semua pengiraan peringkat atas dan logik kawalan dalam sistem pengurusan bateri.
2) Ujian rintangan penebat: Ujian penebat diperlukan untuk keseluruhan sistem bateri dan sistem voltan tinggi dalam sistem pengurusan bateri.
3) Pengesanan interlock voltan tinggi (HVIL): digunakan untuk mengesahkan integriti keseluruhan sistem voltan tinggi dan memulakan langkah keselamatan apabila integriti gelung sistem voltan tinggi terjejas.
pengiraan SOC
SOC merujuk kepada Keadaan Caj, iaitu kapasiti baki bateri.Ringkasnya, ia adalah berapa banyak kuasa yang tinggal dalam bateri.
SOC ialah parameter paling penting dalam BMS, kerana segala-galanya adalah berdasarkannya.Oleh itu, ketepatan dan keteguhannya (juga dikenali sebagai keupayaan pembetulan ralat) adalah amat penting.Tanpa SOC yang tepat, tiada jumlah fungsi perlindungan boleh menjadikan BMS berfungsi dengan baik, kerana bateri selalunya berada dalam keadaan terlindung, menjadikannya mustahil untuk memanjangkan hayat bateri.
Pada masa ini, kaedah anggaran SOC arus perdana termasuk kaedah voltan litar terbuka, kaedah penyepaduan semasa, kaedah penapis Kalman dan kaedah rangkaian saraf.Dua kaedah pertama biasanya digunakan.Dua kaedah terakhir melibatkan pengetahuan lanjutan seperti model integrasi dan kecerdasan buatan, yang tidak diperincikan di sini.
Dalam aplikasi praktikal, berbilang algoritma sering digunakan dalam kombinasi, dengan algoritma berbeza diguna pakai bergantung pada status pengecasan dan nyahcas bateri.
kaedah voltan litar terbuka
Prinsip kaedah voltan litar terbuka adalah menggunakan hubungan fungsi yang agak tetap antara voltan litar terbuka dan SOC di bawah keadaan penempatan statik jangka panjang bateri, dan dengan itu menganggarkan SOC berdasarkan voltan litar terbuka.Basikal elektrik bateri asid plumbum yang biasa digunakan sebelum ini menggunakan kaedah ini untuk menganggarkan SOC.Kaedah voltan litar terbuka adalah mudah dan mudah, tetapi terdapat juga banyak kelemahan:
1. Bateri mesti dibiarkan berdiri lama, jika tidak voltan litar terbuka akan sukar untuk menstabilkan dalam tempoh yang singkat;
2. Terdapat dataran tinggi voltan dalam bateri, terutamanya bateri fosfat besi litium, di mana voltan terminal dan lengkung SOC adalah lebih kurang linear semasa julat SOC30%-80%;
3. Bateri berada pada suhu yang berbeza atau peringkat hayat yang berbeza, dan walaupun voltan litar terbuka adalah sama, perbezaan SOC sebenar mungkin besar;
Seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah, apabila kita menggunakan basikal elektrik ini, jika SOC semasa dipaparkan sebagai 100%, voltan menurun apabila memecut, dan kuasa mungkin dipaparkan sebagai 80%.Apabila kita berhenti memecut, voltan meningkat, dan kuasa melonjak kembali kepada 100%.Jadi paparan kuasa skuter elektrik kami tidak tepat.Apabila kita berhenti, ia mempunyai kuasa, tetapi apabila kita memulakan, ia kehabisan kuasa.Ini mungkin bukan masalah dengan bateri, tetapi mungkin disebabkan oleh algoritma SoC BMS yang terlalu mudah.
Kaedah integral An-Shi
Kaedah penyepaduan Anshicontinuous mengira secara langsung nilai SOC dalam masa nyata melalui definisi SOC.
Memandangkan nilai SOC awal, selagi arus bateri boleh diukur (di mana arus nyahcas adalah positif), perubahan dalam kapasiti bateri boleh dikira dengan tepat melalui penyepaduan semasa, menghasilkan SOC yang tinggal.
Kaedah ini mempunyai keputusan anggaran yang agak boleh dipercayai dalam tempoh masa yang singkat, tetapi disebabkan oleh ralat pengukuran sensor semasa dan kemerosotan beransur-ansur kapasiti bateri, penyepaduan arus jangka panjang akan memperkenalkan sisihan tertentu.Oleh itu, ia biasanya digunakan bersama dengan kaedah voltan litar terbuka untuk menganggarkan nilai awal bagi anggaran SOC dengan keperluan ketepatan yang rendah, dan juga boleh digunakan bersama kaedah penapisan Kalman untuk ramalan SOC jangka pendek.
SOC (State Of Charge) tergolong dalam algoritma kawalan teras BMS, yang mewakili status kapasiti baki semasa.Ia dicapai terutamanya melalui kaedah penyepaduan jam ampere dan algoritma EKF (Penapis Kalman Lanjutan), digabungkan dengan strategi pembetulan (seperti pembetulan voltan litar terbuka, pembetulan cas penuh, pembetulan hujung pengecasan, pembetulan kapasiti di bawah suhu yang berbeza dan SOH, dan lain-lain.).Kaedah penyepaduan ampere-jam agak boleh dipercayai di bawah syarat memastikan ketepatan pemerolehan semasa, tetapi ia tidak teguh.Oleh kerana pengumpulan kesilapan, ia mesti digabungkan dengan strategi pembetulan.Kaedah EKF adalah mantap tetapi algoritmanya agak kompleks dan sukar untuk dilaksanakan.Pengeluar arus perdana domestik boleh mencapai ketepatan kurang daripada 6% pada suhu bilik, tetapi menganggarkan pada suhu tinggi dan rendah serta pengecilan bateri adalah sukar.
Pembetulan SOC
Disebabkan turun naik semasa, anggaran SOC mungkin tidak tepat, dan pelbagai strategi pembetulan perlu dimasukkan ke dalam proses anggaran.
pengiraan SOH
SOH merujuk kepada Keadaan Kesihatan, yang menunjukkan status kesihatan semasa bateri (atau tahap kemerosotan bateri).Ia biasanya diwakili sebagai nilai antara 0 dan 100%, dengan nilai di bawah 80% secara amnya dianggap menunjukkan bahawa bateri tidak lagi boleh digunakan.Ia boleh diwakili oleh perubahan dalam kapasiti bateri atau rintangan dalaman.Apabila menggunakan kapasiti, kapasiti sebenar bateri semasa dianggarkan berdasarkan data daripada proses pengendalian bateri, dan nisbah ini kepada kapasiti undian ialah SOH.SOH yang tepat akan meningkatkan ketepatan anggaran modul lain apabila bateri semakin merosot.
Terdapat dua definisi SOH yang berbeza dalam industri:
Definisi SOH berdasarkan kapasiti pudar
Semasa penggunaan bateri litium-ion, bahan aktif di dalam bateri secara beransur-ansur berkurangan, rintangan dalaman meningkat, dan kapasiti mereput.Oleh itu, SOH boleh dianggarkan dengan kapasiti bateri.Status kesihatan bateri dinyatakan sebagai nisbah kapasiti semasa kepada kapasiti awal, dan SOHnya ditakrifkan sebagai:
SOH=(C_standard-C_fade)/C_standard ×100%
Di mana: C_fade ialah kapasiti bateri yang hilang;C_standard ialah kapasiti nominal.
Piawaian IEEE 1188-1996 menetapkan bahawa apabila kapasiti bateri kuasa menurun kepada 80%, bateri harus diganti.Oleh itu, kami biasanya menganggap bahawa bateri SOH tidak tersedia apabila ia berada di bawah 80%.
Definisi SOH berdasarkan pengecilan kuasa (Power Fade)
Penuaan hampir semua jenis bateri akan membawa kepada peningkatan rintangan dalaman bateri.Semakin tinggi rintangan dalaman bateri, semakin rendah kuasa yang ada.Oleh itu, SOH boleh dianggarkan menggunakan pengecilan kuasa.
3.2 Pengurusan – Teknologi Seimbang
Setiap bateri mempunyai "personaliti" sendiri
Untuk bercakap tentang keseimbangan, kita perlu bermula dengan bateri.Malah bateri yang dihasilkan dalam kumpulan yang sama oleh pengeluar yang sama mempunyai kitaran hayat dan "personaliti" mereka sendiri - kapasiti setiap bateri tidak boleh sama.Terdapat dua sebab untuk ketidakkonsistenan ini:
Salah satunya ialah ketidakkonsistenan pengeluaran sel
Salah satunya ialah ketidakkonsistenan tindak balas elektrokimia.
ketidakkonsistenan pengeluaran
Ketidakkonsistenan pengeluaran mudah difahami.Contohnya, semasa proses pengeluaran, ketidakkonsistenan diafragma dan ketidakkonsistenan bahan katod dan anod boleh mengakibatkan ketidakkonsistenan kapasiti bateri secara keseluruhan.Bateri 50AH standard boleh menjadi 49AH atau 51AH.
ketidakkonsistenan elektrokimia
Ketidakkonsistenan elektrokimia ialah dalam proses mengecas dan menyahcas bateri, walaupun pengeluaran dan pemprosesan kedua-dua sel adalah sama, persekitaran terma tidak boleh konsisten dalam proses tindak balas elektrokimia.Sebagai contoh, semasa membuat modul bateri, suhu cincin sekeliling mestilah lebih rendah daripada suhu tengah.Ini mengakibatkan ketidakselarasan jangka panjang antara jumlah pengecasan dan pelepasan, yang seterusnya membawa kepada kapasiti sel bateri yang tidak konsisten;Apabila arus pengecasan dan nyahcas filem SEI pada sel bateri tidak konsisten untuk jangka masa yang lama, penuaan filem SEI juga akan menjadi tidak konsisten.
*Filem SEI: "antara muka elektrolit pepejal" (antara muka elektrolit pepejal).Semasa proses nyahcas cas pertama bateri ion litium cecair, bahan elektrod bertindak balas dengan elektrolit pada antara muka fasa pepejal-cecair untuk membentuk lapisan pempasifan yang meliputi permukaan bahan elektrod.Filem SEI ialah penebat elektronik tetapi konduktor ion litium yang sangat baik, yang bukan sahaja melindungi elektrod tetapi juga tidak menjejaskan fungsi bateri.Penuaan filem SEI mempunyai kesan yang besar terhadap kesihatan bateri.
Oleh itu, ketidakseragaman (atau diskret) pek bateri adalah manifestasi operasi bateri yang tidak dapat dielakkan.
Mengapa keseimbangan diperlukan
Bateri adalah berbeza, jadi mengapa tidak cuba menjadikannya sama?Kerana ketidakkonsistenan akan menjejaskan prestasi pek bateri.
Pek bateri secara bersiri mengikut kesan tong pendek: dalam sistem pek bateri secara bersiri, kapasiti keseluruhan sistem pek bateri ditentukan oleh unit tunggal terkecil.
Katakan kita mempunyai pek bateri yang terdiri daripada tiga bateri:
Saya tahu bahawa pengecasan berlebihan dan pelepasan berlebihan boleh merosakkan bateri dengan serius.Oleh itu, apabila bateri B dicas sepenuhnya semasa pengecasan atau apabila SoC bateri B sangat rendah semasa nyahcas, adalah perlu untuk menghentikan pengecasan dan nyahcas untuk melindungi bateri B. Akibatnya, kuasa bateri A dan C tidak dapat sepenuhnya dimanfaatkan.Ini membawa kepada:
Kapasiti sebenar pek bateri yang boleh digunakan telah berkurangan: Bateri A dan C, yang boleh menggunakan kapasiti yang ada, kini tidak dapat berbuat demikian untuk menampung Bateri B. Ia seperti dua orang dengan tiga kaki diikat bersama, dengan orang yang lebih tinggi tidak dapat mengambil langkah besar.
Hayat bateri dikurangkan: Panjang langkah yang lebih kecil memerlukan lebih banyak langkah dan menjadikan kaki lebih letih.Dengan kapasiti yang dikurangkan, bilangan kitaran pengecasan dan nyahcas meningkat, mengakibatkan kemerosotan bateri yang lebih besar.Sebagai contoh, satu sel boleh mencapai 4000 kitaran pada 100% DoD, tetapi dalam penggunaan sebenar ia tidak boleh mencapai 100% dan bilangan kitaran pastinya tidak akan mencapai 4000.
*DoD, Kedalaman nyahcas, mewakili peratusan kapasiti nyahcas bateri kepada kapasiti terkadar bateri.
Ketakkonsistenan bateri membawa kepada penurunan prestasi pek bateri.Apabila saiz modul bateri besar, beberapa rentetan bateri disambungkan secara bersiri, dan perbezaan voltan tunggal yang besar akan menyebabkan kapasiti keseluruhan kotak berkurangan.Lebih banyak bateri disambungkan secara bersiri, lebih banyak kapasiti yang hilang.Walau bagaimanapun, dalam aplikasi kami, terutamanya dalam aplikasi sistem storan tenaga, terdapat dua keperluan penting:
Yang pertama ialah bateri tahan lama, yang boleh mengurangkan kos operasi dan penyelenggaraan.Sistem storan tenaga mempunyai keperluan yang tinggi untuk hayat pek bateri.Kebanyakan yang domestik direka untuk 15 tahun.Jika kita mengandaikan 300 kitaran setahun, 15 tahun ialah 4500 kitaran, yang masih sangat tinggi.Kita perlu memaksimumkan hayat setiap bateri supaya jumlah hayat keseluruhan pek bateri boleh mencapai hayat reka bentuk sebanyak mungkin, dan mengurangkan kesan penyebaran bateri ke atas hayat pek bateri.
Kitaran dalam kedua, terutamanya dalam senario aplikasi pencukuran puncak, melepaskan satu lagi kWj elektrik akan membawa satu lagi mata hasil.Maksudnya, kami akan melakukan 80%DoD atau 90%DoD.Apabila kitaran dalam digunakan dalam sistem penyimpanan tenaga, penyebaran bateri semasa nyahcas ekor akan ditunjukkan.Oleh itu, untuk memastikan pelepasan penuh kapasiti setiap sel tunggal di bawah keadaan pengecasan dalam dan nyahcas dalam, adalah perlu untuk menghendaki BMS storan tenaga untuk mempunyai keupayaan pengurusan penyamaan yang kukuh dan menyekat berlakunya konsistensi antara sel bateri .
Kedua-dua keperluan ini betul-betul bertentangan dengan ketidakkonsistenan bateri.Untuk mencapai aplikasi pek bateri yang lebih cekap, kita mesti mempunyai teknologi pengimbangan yang lebih berkesan untuk mengurangkan kesan ketidakkonsistenan bateri.
teknologi keseimbangan
Teknologi penyamaan bateri ialah satu cara untuk menjadikan bateri dengan kapasiti berbeza sama.Terdapat dua kaedah penyamaan biasa: penyamaan satu arah pelesapan tenaga (penyamaan pasif) dan penyamaan dua arah pemindahan tenaga (penyamaan aktif).
(1) Imbangan pasif
Prinsip penyamaan pasif adalah untuk selari dengan perintang nyahcas boleh tukar pada setiap rentetan bateri.BMS mengawal perintang nyahcas untuk menyahcas sel voltan yang lebih tinggi, melesapkan tenaga elektrik sebagai haba.Contohnya, apabila bateri B hampir dicas sepenuhnya, suis dibuka untuk membenarkan perintang pada bateri B menghilangkan tenaga elektrik yang berlebihan sebagai haba.Kemudian pengecasan diteruskan sehingga bateri A dan C juga dicas sepenuhnya.
Kaedah ini hanya boleh menyahcas sel voltan tinggi dan tidak boleh mengecas semula sel berkapasiti rendah.Disebabkan oleh had kuasa rintangan nyahcas, arus penyamaan biasanya kecil (kurang daripada 1A).
Kelebihan penyamaan pasif ialah kos rendah dan reka bentuk litar mudah;kelemahannya ialah ia berdasarkan kapasiti bateri yang paling rendah untuk penyamaan, yang tidak dapat meningkatkan kapasiti bateri dengan kapasiti baki yang rendah, dan bahawa 100% kuasa yang disamakan dibazirkan dalam bentuk haba.
(2) Imbangan aktif
Melalui algoritma, berbilang rentetan bateri memindahkan tenaga sel voltan tinggi ke sel voltan rendah menggunakan komponen penyimpanan tenaga, menyahcas bateri voltan lebih tinggi dan menggunakan tenaga yang dikeluarkan untuk mengecas sel voltan rendah.Tenaga terutamanya dipindahkan dan bukannya hilang.
Dengan cara ini, semasa mengecas, bateri B, yang mencapai voltan 100% dahulu, menyahcas ke A dan C, dan ketiga-tiga bateri dicas sepenuhnya bersama-sama.Semasa nyahcas, apabila baki cas bateri B terlalu rendah, A dan C "caj" B, supaya sel B tidak mencapai ambang SOC untuk menghentikan nyahcas dengan begitu cepat.
Ciri utama teknologi pengimbangan aktif
(1) Imbangkan voltan tinggi dan rendah untuk meningkatkan kecekapan pek bateri: Semasa mengecas dan menyahcas dan dalam keadaan rehat, bateri voltan tinggi boleh dinyahcas dan bateri voltan rendah boleh dicas;
(2) Pemindahan tenaga kehilangan rendah: tenaga terutamanya dipindahkan dan bukannya hilang begitu sahaja, meningkatkan kecekapan penggunaan kuasa;
(3) Arus keseimbangan besar: Secara amnya, arus keseimbangan adalah antara 1 dan 10A, dan keseimbangan lebih cepat;
Penyamaan aktif memerlukan konfigurasi litar sepadan dan peranti storan tenaga, yang membawa kepada volum yang besar dan peningkatan kos.Kedua-dua syarat ini bersama-sama menentukan bahawa penyamaan aktif tidak mudah untuk dipromosikan dan digunakan.
Selain itu, proses pengecasan dan nyahcas penyamaan aktif secara tersirat meningkatkan hayat kitaran bateri.Untuk sel yang memerlukan pengecasan dan nyahcas untuk mencapai keseimbangan, beban kerja tambahan mungkin menyebabkannya melebihi penuaan sel biasa, mengakibatkan jurang prestasi yang lebih besar dengan sel lain.
Sesetengah pakar percaya bahawa kedua-dua ungkapan di atas harus sepadan dengan keseimbangan lesap dan keseimbangan tidak lesap.Sama ada ia aktif atau pasif harus bergantung pada peristiwa yang mencetuskan proses keseimbangan.Jika sistem mencapai keadaan di mana ia mesti pasif, ia adalah pasif.Jika ia ditetapkan oleh manusia, menetapkan atur cara keseimbangan apabila ia tidak perlu untuk diseimbangkan dipanggil keseimbangan aktif.
Sebagai contoh, apabila nyahcas berada di penghujung, sel voltan terendah telah mencapai voltan potong nyahcas, manakala sel lain masih mempunyai kuasa.Pada masa ini, untuk menyahcas tenaga elektrik sebanyak mungkin, sistem memindahkan tenaga elektrik sel tenaga tinggi ke sel tenaga rendah, membolehkan proses nyahcas diteruskan sehingga semua kuasa dinyahcas.Ini adalah proses penyamaan pasif.Jika sistem meramalkan bahawa akan berlaku ketidakseimbangan pada penghujung nyahcas apabila masih ada 40% kuasa yang tinggal, ia akan memulakan proses penyamaan yang aktif.
Penyamaan aktif dibahagikan kepada kaedah terpusat dan terdesentralisasi.Kaedah penyamaan berpusat memperoleh tenaga daripada keseluruhan pek bateri, dan kemudian menggunakan peranti penukaran tenaga untuk menambah tenaga kepada bateri yang kurang tenaga.Penyamaan terdesentralisasi melibatkan pautan penyimpanan tenaga antara bateri bersebelahan, yang boleh menjadi induktor atau kapasitor, membolehkan tenaga mengalir antara bateri bersebelahan.
Dalam strategi kawalan imbangan semasa, terdapat mereka yang mengambil voltan sel sebagai parameter sasaran kawalan, dan ada juga yang mencadangkan menggunakan SOC sebagai parameter sasaran kawalan imbangan.Mengambil voltan sel sebagai contoh.
Mula-mula, tetapkan sepasang nilai ambang untuk memulakan dan menamatkan penyamaan: contohnya, dalam set bateri, apabila perbezaan antara voltan melampau sel tunggal dan voltan purata set mencapai 50mV, penyamaan dimulakan, dan apabila ia mencapai 5mV, penyamaan ditamatkan.
BMS mengumpul voltan setiap sel mengikut kitaran pemerolehan tetap, mengira nilai purata, dan kemudian mengira perbezaan antara setiap voltan sel dan nilai purata;
Jika perbezaan maksimum mencapai 50mV, BMS perlu memulakan proses penyamaan;
Teruskan langkah 2 semasa proses penyamaan sehingga nilai perbezaan semuanya kurang daripada 5mV, dan kemudian tamatkan penyamaan.
Perlu diingatkan bahawa tidak semua BMS memerlukan langkah ini, dan strategi seterusnya mungkin berbeza-beza bergantung pada kaedah keseimbangan.
Teknologi keseimbangan juga berkaitan dengan jenis bateri.Secara amnya dipercayai bahawa LFP lebih sesuai untuk imbangan aktif, manakala bateri ternary sesuai untuk imbangan pasif.
Peringkat persaingan sengit dalam BMS kebanyakannya disokong oleh kos dan kebolehpercayaan.Pada masa ini, pengesahan percubaan pengimbangan aktif masih belum dicapai.Tahap keselamatan berfungsi dijangka bergerak ke arah ASIL-C dan ASIL-D, tetapi kosnya agak tinggi.Oleh itu, syarikat besar semasa berhati-hati tentang penyelidikan pengimbangan aktif.Beberapa kilang besar malah mahu membatalkan modul pengimbangan dan semua pengimbangan dilakukan secara luaran, sama seperti penyelenggaraan kenderaan bahan api.Setiap kali kenderaan bergerak pada jarak tertentu, ia akan pergi ke kedai 4S untuk pengimbangan luaran.Ini akan mengurangkan kos keseluruhan BMS kenderaan dan juga memanfaatkan kedai 4S yang sepadan.Ia adalah situasi menang-menang untuk semua pihak.Oleh itu, secara peribadi, saya faham bahawa ini mungkin menjadi trend!
3.3 Perlindungan – diagnosis kerosakan dan penggera
Pemantauan BMS dipadankan dengan perkakasan sistem elektrik, dan ia dibahagikan kepada tahap kegagalan yang berbeza (kegagalan kecil, kegagalan serius, kegagalan maut) mengikut keadaan prestasi bateri yang berbeza.Langkah pengendalian yang berbeza diambil dalam tahap kegagalan yang berbeza: amaran, had kuasa atau pemotongan langsung voltan tinggi.Kegagalan termasuk kegagalan pemerolehan dan rasionaliti data, kegagalan elektrik (sensor dan penggerak), kegagalan komunikasi dan kegagalan status bateri.
Contoh biasa ialah apabila bateri terlalu panas, BMS menentukan bahawa bateri terlalu panas berdasarkan suhu bateri yang dikumpul, kemudian mengawal litar bateri ini untuk memutuskan sambungan, melakukan perlindungan terlalu panas dan menghantar amaran kepada sistem pengurusan seperti EMS.
3.4 Komunikasi
Operasi biasa BMS tidak boleh dipisahkan daripada fungsi komunikasinya.Sama ada mengawal bateri semasa pengurusan bateri, menghantar status bateri ke dunia luar atau menerima arahan kawalan, komunikasi yang stabil diperlukan.
Dalam sistem bateri kuasa, satu hujung BMS disambungkan ke bateri, dan hujung satu lagi disambungkan ke sistem kawalan dan elektronik keseluruhan kenderaan.Persekitaran keseluruhan menggunakan protokol CAN, tetapi terdapat perbezaan antara menggunakan CAN dalaman antara komponen dalaman pek bateri dan menggunakan kenderaan CAN antara pek bateri dan keseluruhan kenderaan.
Sebaliknya, BMS storan tenaga dan komunikasi dalaman pada asasnya menggunakan protokol CAN, tetapi komunikasi luarannya (luaran terutamanya merujuk kepada sistem penghantaran stesen janakuasa storan tenaga PCS) sering menggunakan format protokol Internet protokol TCP/IP dan protokol modbus.
4) BMS simpanan tenaga
Pengeluar BMS simpanan tenaga secara amnya berkembang daripada BMS bateri kuasa, begitu banyak reka bentuk dan istilah mempunyai asal usul sejarah
Sebagai contoh, bateri kuasa biasanya dibahagikan kepada BMU (Unit Monitor Bateri) dan BCU (Unit Kawalan Bateri), dengan yang pertama mengumpul data dan yang terakhir mengawalnya.
Oleh kerana sel bateri adalah proses elektrokimia, beberapa sel bateri membentuk bateri.Disebabkan oleh ciri-ciri setiap sel bateri, tidak kira betapa tepatnya proses pembuatan, akan terdapat ralat dan ketidakkonsistenan dalam setiap sel bateri dari semasa ke semasa dan bergantung kepada persekitaran.Oleh itu, sistem pengurusan bateri adalah untuk menilai keadaan semasa bateri melalui parameter terhad, yang sedikit seperti doktor perubatan Cina tradisional yang mendiagnosis pesakit dengan memerhatikan simptom dan bukannya perubatan Barat yang memerlukan analisis fizikal dan kimia.Analisis fizikal dan kimia badan manusia adalah serupa dengan ciri elektrokimia bateri, yang boleh diukur dengan instrumen eksperimen berskala besar.Walau bagaimanapun, adalah sukar bagi sistem terbenam untuk menilai beberapa penunjuk elektrokimia.Oleh itu, BMS adalah seperti doktor perubatan Cina lama.
4.1 Seni bina tiga lapisan BMS storan tenaga
Oleh kerana bilangan sel bateri yang banyak dalam sistem storan tenaga, untuk menjimatkan kos, BMS biasanya dilaksanakan dalam lapisan, dengan dua atau tiga lapisan.Pada masa ini, arus perdana ialah tiga lapisan: kawalan induk/kawalan induk/kawalan hamba.
4.2 Penerangan terperinci tentang BMS simpanan tenaga
5) Keadaan semasa dan trend masa hadapan
Terdapat beberapa jenis pengeluar yang menghasilkan BMS:
Kategori pertama ialah pengguna akhir dengan kuasa paling dominan dalam kuasa bateri BMS – kilang kereta.Malah, kekuatan pembuatan BMS terkuat di luar negara juga adalah kilang kereta, seperti General Motors, Tesla, dll. Di rumah, terdapat BYD, Huating Power, dll.
Kategori kedua ialah kilang bateri, termasuk pengeluar sel dan pengeluar pek, seperti Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad, dll.;
Jenis ketiga pengeluar BMS ialah mereka yang berpengalaman bertahun-tahun dalam teknologi elektronik kuasa, dan mempunyai pasukan R&D dengan latar belakang universiti atau perusahaan yang berkaitan, seperti Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Teknologi Xie Neng dan Kegong Electronics.
Tidak seperti BMS bateri kuasa, yang kebanyakannya dikuasai oleh pengeluar kenderaan terminal, nampaknya pengguna akhir bateri simpanan tenaga tidak mempunyai keperluan atau tindakan khusus untuk mengambil bahagian dalam penyelidikan dan pembangunan serta pembuatan BMS.Juga tidak mungkin mereka akan menghabiskan banyak wang dan tenaga untuk membangunkan sistem pengurusan bateri berskala besar.Oleh itu, boleh dianggap bahawa industri BMS bateri simpanan tenaga tidak mempunyai pemain penting dengan kelebihan mutlak, meninggalkan ruang yang besar untuk pembangunan dan imaginasi bagi pengeluar dan vendor bateri yang memfokuskan pada BMS storan tenaga.Jika pasaran simpanan tenaga diwujudkan, ia akan memberi pengeluar bateri dan pengeluar BMS profesional banyak ruang untuk pembangunan dan rintangan yang kurang kompetitif.
Pada masa ini, terdapat sedikit pengeluar BMS profesional yang memberi tumpuan kepada pembangunan BMS storan tenaga, terutamanya disebabkan oleh fakta bahawa pasaran storan tenaga masih di peringkat awal dan masih terdapat banyak keraguan tentang perkembangan masa depan storan tenaga di pasaran.Oleh itu, kebanyakan pengeluar tidak membangunkan BMS yang berkaitan dengan penyimpanan tenaga.Dalam persekitaran perniagaan sebenar, terdapat juga pengeluar yang membeli BMS bateri kenderaan elektrik untuk digunakan sebagai BMS untuk bateri simpanan tenaga.Adalah dipercayai bahawa pada masa hadapan, pengeluar BMS kenderaan elektrik profesional juga berkemungkinan akan menjadi bahagian penting pembekal BMS yang digunakan dalam projek penyimpanan tenaga berskala besar.
Pada peringkat ini, terdapat kekurangan piawaian seragam untuk BMS yang disediakan oleh pelbagai pembekal sistem storan tenaga.Pengeluar yang berbeza mempunyai reka bentuk dan definisi yang berbeza untuk BMS, dan bergantung pada bateri berbeza yang serasi dengannya, algoritma SOX, teknologi penyamaan dan kandungan data komunikasi yang dimuat naik juga mungkin berbeza-beza.Dalam aplikasi praktikal BMS, perbezaan tersebut akan meningkatkan kos permohonan dan memudaratkan pembangunan industri.Oleh itu, penyeragaman dan pemodulatan BMS juga akan menjadi hala tuju pembangunan yang penting pada masa hadapan.
Masa siaran: Jan-15-2024