Batteristyringssystem BMS kunnskap og funksjon, en introduksjon

Det fulle navnet til BMS er Battery Management System.Det er en enhet som overvåker statusen til energilagringsbatterier.Den brukes hovedsakelig til intelligent styring og vedlikehold av individuelle battericeller, forhindrer overlading og overutlading av batterier, forlenger batterilevetiden og overvåker batteristatus.Generelt er BMS representert som et kretskort eller en maskinvareboks.

 

BMS er et av kjerneundersystemene til batterienergilagringssystemet, ansvarlig for å overvåke driftsstatusen til hvert batteri i batterienergilagringsenheten og sikre sikker og pålitelig drift av energilagringsenheten.BMS kan overvåke og samle inn statusparametrene til energilagringsbatteriet i sanntid (inkludert, men ikke begrenset til, enkeltcellespenning, batteripoltemperatur, batterisløyfestrøm, batteripakkespenning, batterisystemisolasjonsmotstand, etc.), og utføre nødvendig analyse og beregning på relevante statusparametere for å få flere systemstatusevalueringsparametere.Den kan også oppnå effektiv kontroll av selve energilagringsbatteriet i henhold til spesifikke beskyttelseskontrollstrategier for å sikre sikker og pålitelig drift av hele batteriets energilagringsenhet.Samtidig kan BMS samhandle med andre eksterne enheter (PCS, EMS, brannvernsystem, etc.) gjennom eget kommunikasjonsgrensesnitt og analog/digital inngangsgrensesnitt for å danne en koblingskontroll av ulike delsystemer i hele energilagringskraften stasjon, som sikrer sikker, pålitelig og effektiv netttilkoblet drift av kraftstasjonen.

2) Arkitektur

Fra topologiarkitekturens perspektiv er BMS delt inn i to kategorier: sentralisert og distribuert i henhold til ulike prosjektkrav.

 

Sentralisert BMS

Enkelt sagt, sentralisert BMS bruker en enkelt BMS-maskinvare for å samle alle cellene, som er egnet for scenarier med få celler.

Sentralisert BMS har fordelene med lav pris, kompakt struktur og høy pålitelighet, og brukes ofte i scenarier med lav kapasitet, lavt totaltrykk og lite batterisystemvolum, for eksempel elektroverktøy, roboter (håndteringsroboter, hjelperoboter), IOT smarte hjem (feieroboter, elektriske støvsugere), elektriske gaffeltrucker, elektriske lavhastighetskjøretøyer (elsykler, elektriske motorsykler, elektriske sightseeingbiler, elektriske patruljebiler, elektriske golfbiler, etc.), og lette hybridbiler.

Den sentraliserte BMS-maskinvaren kan deles inn i høyspent- og lavspentområder.Høyspentområdet er ansvarlig for å samle enkeltcellespenning, systemtotalspenning og overvåking av isolasjonsmotstand.Lavspentområdet inkluderer strømforsyningskretser, CPU-kretser, CAN-kommunikasjonskretser, kontrollkretser og så videre.

Ettersom strømbatterisystemet til personbiler fortsetter å utvikle seg mot høy kapasitet, høyt totaltrykk og stort volum, brukes distribuerte BMS-arkitekturer hovedsakelig i plug-in hybrid og rene elektriske kjøretøymodeller.

Distribuert BMS

For tiden finnes det ulike begreper for distribuert BMS i bransjen, og ulike selskaper har ulike navn.Strømbatteriet BMS har for det meste en master-slave to-lags arkitektur:

 

Energilagrings-BMS er vanligvis en trelagsarkitektur på grunn av den store størrelsen på batteripakken, med et masterkontrolllag over slave- og hovedkontrolllagene.

Akkurat som batterier danner batteriklynger, som igjen danner stabler, følger trelags BMS også den samme oppadgående regelen:

Fra kontroll: batteristyringsenhet (BMU), som samler informasjon fra individuelle batterier.

Overvåk spenningen og temperaturen til battericellen

Batteriutjevning i pakken

Opplasting av informasjon

termisk styring

Unormal alarm

Masterkontroll: Battery cluster management unit: BCU (battery cluster unit, også kjent som høyspenningsstyringsenhet HVU, BCMU, etc.), ansvarlig for innsamling av BMU-informasjon og innsamling av batteriklyngeinformasjon.

Strøminnsamling av batteriklynge, total spenningsinnhenting, lekkasjedeteksjon

Avslåingsbeskyttelse når batteristatusen er unormal

Under ledelse av BMS kan kapasitetskalibrering og SOC-kalibrering fullføres separat som grunnlag for etterfølgende lade- og utladingsstyring

Battery array management unit (BAU) er ansvarlig for sentralisert styring av batteriene i hele energilagringsbatteristakken.Den kobles til ulike batteriklyngeadministrasjonsenheter og utveksler informasjon med andre enheter for å gi tilbakemelding om driftsstatusen til batterigruppen.

Lading og utlading styring av batteriarray

BMS system selvkontroll og feildiagnose alarm

Alarm for diagnose av batteripakkefeil

Sikkerhetsbeskyttelse for ulike avvik og feil i batterigruppen

Kommuniser med andre enheter som PCS og EMS

Datalagring, overføring og behandling

Batteristyringslag: ansvarlig for å samle inn forskjellig informasjon (spenning, temperatur) for individuelle batterier, beregne og analysere SOC og SOH for batterier, oppnå aktiv utjevning av individuelle batterier, og laste opp unormal informasjon om individuelle batterier til batteripakkens enhetslag BCMU.Gjennom ekstern CAN-kommunikasjon er den sammenkoblet gjennom en seriekjede.

Batteristyringslag: ansvarlig for å samle inn forskjellig informasjon fra individuelle batterier lastet opp av BMU, samle forskjellig informasjon om batteripakken (pakkespenning, pakketemperatur), lade- og utladestrømmer for batteripakken, beregne og analysere SOC og SOH for batteripakken , og laster opp all informasjon til batteriklyngeenhetslaget BAMS.Gjennom ekstern CAN-kommunikasjon er den sammenkoblet gjennom en seriekjede.

Batteriklyngeadministrasjonslag: ansvarlig for å samle inn diverse batteriinformasjon lastet opp av BCMU og laste opp all informasjon til EMS-systemet for energilagringsovervåking gjennom RJ45-grensesnitt;kommuniserer med PCS for å sende relevant unormal informasjon om batteriet til PCS (CAN- eller RS485-grensesnitt), og utstyrt med maskinvaretørre noder for å kommunisere med PCS.I tillegg utfører den batterisystem BSE (Battery State Estimate) evaluering, deteksjon av elektrisk systemstatus, kontaktorstyring, termisk styring, driftsstyring, ladestyring, diagnostisk styring, og utfører intern og ekstern kommunikasjonsnettverksstyring.Kommuniserer med underordnede gjennom CAN.

3) Hva gjør BMS?

Funksjonene til BMS er mange, men kjernen og det vi er mest opptatt av er tre aspekter:

Den ene er sansing (statsstyring), som er den grunnleggende funksjonen til BMS.Den måler spenning, motstand, temperatur og registrerer til slutt batteriets tilstand.Vi ønsker å vite hvordan tilstanden til batteriet er, hvor mye energi og kapasitet det har, hvor sunt det er, hvor mye strøm det produserer og hvor trygt det er.Dette er sansing.

Det andre er ledelse (balansestyring).Noen sier at BMS er barnepiken til batteriet.Da burde denne barnepiken klare det.Hva skal man administrere?Det er for å gjøre batteriet så godt som mulig.Det mest grunnleggende er balansestyring og termisk styring.

Den tredje er beskyttelse (sikkerhetsstyring).Barnepiken har også en jobb å gjøre.Hvis batteriet har en viss status, må det beskyttes og en alarm må utløses.

Selvfølgelig er det også en kommunikasjonsstyringskomponent som overfører data innenfor eller utenfor systemet gjennom visse protokoller.

BMS har mange andre funksjoner, som driftskontroll, isolasjonsovervåking, termisk styring osv. som ikke er omtalt her.

 

3.1 Persepsjon – Måling og estimering

Den grunnleggende funksjonen til BMS er å måle og estimere batteriparametere, inkludert grunnleggende parametere som spenning, strøm, temperatur og tilstand, samt beregninger av batteritilstandsdata som SOC og SOH.Feltet kraftbatterier innebærer også beregninger av SOP (state of power) og SOE (state of energy), som ikke er omtalt her.Vi vil fokusere på de to første mer brukte dataene.

Cellemåling

1) Grunnleggende informasjonsmåling: Den mest grunnleggende funksjonen til batteristyringssystemet er å måle spenning, strøm og temperatur til de enkelte battericellene, som er grunnlaget for alle toppnivåberegninger og kontrolllogikk i batteristyringssystemet.

2) Testing av isolasjonsmotstand: Isolasjonstesting er nødvendig for hele batterisystemet og høyspentsystemet i batteristyringssystemet.

3) Høyspentforriglingsdeteksjon (HVIL): brukes til å bekrefte integriteten til hele høyspentsystemet og sette i gang sikkerhetstiltak når integriteten til høyspentsystemsløyfen er kompromittert.

SOC-beregning

SOC refererer til ladetilstanden, som er den gjenværende kapasiteten til batteriet.Enkelt sagt er det hvor mye strøm som er igjen i batteriet.

SOC er den viktigste parameteren i BMS, da alt annet er basert på det.Derfor er nøyaktigheten og robustheten (også kjent som feilrettingsevne) ekstremt viktig.Uten nøyaktig SOC kan ingen beskyttelsesfunksjon få BMS til å fungere skikkelig, da batteriet ofte vil være i beskyttet tilstand, noe som gjør det umulig å forlenge batteriets levetid.

For tiden inkluderer de vanlige SOC-estimeringsmetodene åpen kretsspenningsmetode, strømintegrasjonsmetode, Kalman-filtermetode og nevrale nettverksmetode.De to første metodene er ofte brukt.De to sistnevnte metodene innebærer avansert kunnskap som integrasjonsmodeller og kunstig intelligens, som ikke er detaljert her.

I praktiske applikasjoner brukes ofte flere algoritmer i kombinasjon, med forskjellige algoritmer som tas i bruk avhengig av batteriets lade- og utladingsstatus.

åpen krets spenningsmetode

Prinsippet for åpen kretsspenningsmetode er å bruke det relativt faste funksjonelle forholdet mellom åpen kretsspenning og SOC under forutsetning av langsiktig statisk plassering av batteriet, og dermed estimere SOC basert på åpen kretsspenning.Den tidligere vanlig brukte elsykkelen med blysyrebatteri bruker denne metoden for å estimere SOC.Åpen kretsspenningsmetode er enkel og praktisk, men det er også mange ulemper:

1. Batteriet må stå lenge, ellers vil åpen kretsspenning være vanskelig å stabilisere i løpet av kort tid;

2. Det er et spenningsplatå i batterier, spesielt litiumjernfosfatbatterier, hvor terminalspenningen og SOC-kurven er tilnærmet lineær i området SOC30%-80%;

3. Batteriet har forskjellige temperaturer eller forskjellige livsstadier, og selv om åpen kretsspenning er den samme, kan den faktiske SOC-forskjellen være stor;

Som vist i figuren nedenfor, når vi bruker denne elektriske sykkelen, hvis gjeldende SOC vises som 100 %, faller spenningen ved akselerasjon, og effekten kan vises som 80 %.Når vi slutter å akselerere, stiger spenningen, og effekten hopper tilbake til 100 %.Så kraftdisplayet til vår elektriske scooter er ikke nøyaktig.Når vi stopper har den strøm, men når vi starter opp går den tom for strøm.Dette er kanskje ikke et problem med batteriet, men kan skyldes at SoC-algoritmen til BMS er for enkel.

An-Shi integral metode

Anshicontinuous integrasjonsmetoden beregner SOC-verdien direkte i sanntid gjennom definisjonen av SOC.

Gitt den opprinnelige SOC-verdien, så lenge batteristrømmen kan måles (der utladningsstrømmen er positiv), kan endringen i batterikapasitet beregnes nøyaktig gjennom strømintegrasjon, noe som resulterer i gjenværende SOC.

Denne metoden har relativt pålitelige estimeringsresultater på kort tid, men på grunn av målefeil på strømsensoren og gradvis degradering av batterikapasiteten vil langsiktig strømintegrasjon introdusere visse avvik.Derfor brukes den vanligvis i forbindelse med åpen kretsspenningsmetode for å estimere startverdien for SOC-estimering med lave nøyaktighetskrav, og kan også brukes sammen med Kalman-filtreringsmetoden for kortsiktig SOC-prediksjon.

SOC (State Of Charge) tilhører kjernekontrollalgoritmen til BMS, som representerer gjeldende gjenværende kapasitetsstatus.Det oppnås hovedsakelig gjennom ampere-time-integrasjonsmetoden og EKF (Extended Kalman Filter) algoritme, kombinert med korreksjonsstrategier (som åpen krets spenningskorreksjon, full-ladingskorreksjon, ladeendekorreksjon, kapasitetskorreksjon under forskjellige temperaturer og SOH, etc.).Ampere-time-integrasjonsmetoden er relativt pålitelig under forutsetning av å sikre strøminnsamlingsnøyaktighet, men den er ikke robust.På grunn av opphopning av feil må det kombineres med korrigeringsstrategier.EKF-metoden er robust, men algoritmen er relativt kompleks og vanskelig å implementere.Innenlandske mainstream-produsenter kan oppnå en nøyaktighet på mindre enn 6 % ved romtemperatur, men estimering ved høye og lave temperaturer og batteridemping er vanskelig.

SOC korreksjon

På grunn av gjeldende svingninger kan den estimerte SOC være unøyaktig, og ulike korreksjonsstrategier må inkorporeres i estimeringsprosessen.

 

SOH-beregning

SOH refererer til helsetilstanden, som indikerer gjeldende helsestatus for batteriet (eller graden av batterinedbrytning).Det er vanligvis representert som en verdi mellom 0 og 100 %, med verdier under 80 % generelt ansett for å indikere at batteriet ikke lenger er brukbart.Det kan representeres av endringer i batterikapasitet eller intern motstand.Ved bruk av kapasitet estimeres den faktiske kapasiteten til det aktuelle batteriet basert på data fra batteriets driftsprosess, og forholdet mellom denne og den nominelle kapasiteten er SOH.En nøyaktig SOH vil forbedre estimeringsnøyaktigheten til andre moduler når batteriet blir dårligere.

Det er to forskjellige definisjoner av SOH i bransjen:

SOH-definisjon basert på kapasitetsfading

Ved bruk av litiumionbatterier avtar det aktive materialet inne i batteriet gradvis, den indre motstanden øker og kapasiteten avtar.Derfor kan SOH estimeres ut fra batterikapasiteten.Helsestatusen til batteriet uttrykkes som forholdet mellom den nåværende kapasiteten og den opprinnelige kapasiteten, og dets SOH er definert som:

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

Hvor: C_fade er den tapte kapasiteten til batteriet;C_standard er den nominelle kapasiteten.

IEEE-standard 1188-1996 fastsetter at når kapasiteten til strømbatteriet faller til 80 %, bør batteriet byttes.Derfor vurderer vi vanligvis at batteriet SOH ikke er tilgjengelig når det er under 80%.

SOH-definisjon basert på effektdempning (Power Fade)

Aldringen av nesten alle typer batterier vil føre til en økning i batteriets indre motstand.Jo høyere intern motstand i batteriet, jo lavere er tilgjengelig kraft.Derfor kan SOH estimeres ved å bruke kraftdempning.

3.2 Ledelse – Balansert teknologi

Hvert batteri har sin egen "personlighet"

For å snakke om balanse må vi begynne med batterier.Selv batterier produsert i samme batch av samme produsent har sine egne livssykluser og "personligheter" - kapasiteten til hvert batteri kan ikke være nøyaktig den samme.Det er to årsaker til denne inkonsekvensen:

Den ene er inkonsistensen i celleproduksjonen

Den ene er inkonsekvensen av elektrokjemiske reaksjoner.

produksjonsinkonsekvens

Produksjonsinkonsekvenser er enkle å forstå.For eksempel, under produksjonsprosessen, kan membraninkonsistens og katode- og anodemateriale inkonsistens resultere i inkonsekvenser i den totale batterikapasiteten.Et standard 50AH batteri kan bli 49AH eller 51AH.

elektrokjemisk inkonsekvens

Inkonsekvensen av elektrokjemi er at i prosessen med batterilading og utlading, selv om produksjonen og behandlingen av de to cellene er identiske, kan det termiske miljøet aldri være konsistent i prosessen med elektrokjemisk reaksjon.For eksempel, når du lager batterimoduler, må temperaturen på den omkringliggende ringen være lavere enn den på midten.Dette resulterer i langsiktig inkonsistens mellom lade- og utladingsmengder, som igjen fører til inkonsistent battericellekapasitet;Når lade- og utladingsstrømmene til SEI-filmen på battericellen er inkonsekvente i lang tid, vil aldring av SEI-filmen også være inkonsekvent.

*SEI-film: "fast elektrolyttgrensesnitt" (fast elektrolyttgrensesnitt).Under den første ladningsutladingsprosessen av flytende litiumionbatteri, reagerer elektrodematerialet med elektrolytten på fast-flytende fase-grensesnittet for å danne et passiveringslag som dekker overflaten av elektrodematerialet.SEI-film er en elektronisk isolator, men en utmerket leder av litiumioner, som ikke bare beskytter elektroden, men påvirker heller ikke batterifunksjonen.Aldringen av SEI-film har en betydelig innvirkning på batterihelsen.

Derfor er uensartethet (eller diskrethet) av batteripakker en uunngåelig manifestasjon av batteridrift.

Hvorfor balanse er nødvendig

Batteriene er forskjellige, så hvorfor ikke prøve å gjøre dem like?Fordi inkonsekvens vil påvirke ytelsen til batteripakken.

Batteripakken i serie følger kortløpseffekten: i batteripakkesystemet i serie bestemmes kapasiteten til hele batteripakkesystemet av den minste enkeltenheten.

Anta at vi har en batteripakke som består av tre batterier:

e vet at overlading og overutlading kan skade batteriene alvorlig.Derfor, når batteri B er fulladet under lading eller når SoC til batteri B er svært lavt under utlading, er det nødvendig å stoppe lading og utlading for å beskytte batteri B. Som et resultat kan ikke strømmen til batteriene A og C være fullstendig benyttet.

Dette leder til:

Den faktiske brukbare kapasiteten til batteripakken har gått ned: Batteri A og C, som kunne ha brukt den tilgjengelige kapasiteten, er nå ikke i stand til å gjøre det for å få plass til batteri B. Det er som to personer på tre ben bundet sammen, med høyere person ute av stand til å ta store skritt.

Redusert batterilevetid: En mindre skrittlengde krever flere skritt og gjør bena mer slitne.Med redusert kapasitet øker antallet lade- og utladingssykluser, noe som resulterer i større batterinedbrytning.For eksempel kan en enkelt celle oppnå 4000 sykluser ved 100 % DoD, men i faktisk bruk kan den ikke nå 100 % og antallet sykluser vil absolutt ikke nå 4000.

*DoD, Depth of discharge, representerer prosentandelen av batteriutladingskapasiteten til batteriets nominelle kapasitet.

Inkonsekvensen av batterier fører til en reduksjon i ytelsen til batteripakken.Når størrelsen på batterimodulen er stor, kobles flere batteristrenger i serie, og en stor enkelt spenningsforskjell vil føre til at kapasiteten til hele boksen reduseres.Jo flere batterier som er koblet i serie, jo mer kapasitet mister de.Men i våre applikasjoner, spesielt i energilagringssystemapplikasjoner, er det to viktige krav:

Den første er batteri med lang levetid, som i stor grad kan redusere drifts- og vedlikeholdskostnadene.Energilagringssystemet har høye krav til batteripakkens levetid.De fleste av de innenlandske er designet for 15 år.Hvis vi antar 300 sykluser per år, er 15 år 4500 sykluser, noe som fortsatt er veldig høyt.Vi må maksimere levetiden til hvert batteri slik at den totale levetiden til hele batteripakken kan nå designlevetiden så mye som mulig, og redusere effekten av batterispredning på batteripakkens levetid.

Den andre dype syklusen, spesielt i bruksscenarioet med toppbarbering, vil frigjøring av én kWh elektrisitet til gi enda et inntektspunkt.Det vil si at vi vil gjøre 80% DoD eller 90% DoD.Når den dype syklusen brukes i energilagringssystemet, vil spredningen av batteriet under halutladningen manifesteres.Derfor, for å sikre full frigjøring av kapasiteten til hver enkelt celle under tilstanden med dyplading og dyputlading, er det nødvendig å kreve at energilagrings BMS har sterke utjevningsstyringsevner og undertrykker forekomsten av konsistens mellom battericeller .

Disse to kravene er nøyaktig i strid med batteriinkonsekvens.For å oppnå mer effektive batteripakkeapplikasjoner, må vi ha mer effektiv balanseringsteknologi for å redusere virkningen av batteriinkonsekvens.

likevektsteknologi

Batteriutjevningsteknologi er en måte å gjøre batterier med forskjellige kapasiteter like.Det er to vanlige utjevningsmetoder: energispredning ensrettet utjevning (passiv utjevning) og energioverføring toveis utjevning (aktiv utjevning).

(1) Passiv balanse

Det passive utjevningsprinsippet er å parallellkoble en omskiftbar utladningsmotstand på hver streng med batterier.BMS styrer utladningsmotstanden for å lade ut de høyere spenningscellene, og sprer den elektriske energien som varme.For eksempel, når batteri B er nesten fulladet, åpnes bryteren for å la motstanden på batteri B spre overflødig elektrisk energi som varme.Deretter fortsetter ladingen til batteriene A og C også er fulladet.

Denne metoden kan bare lade ut høyspentceller, og kan ikke lade opp lavkapasitetsceller.På grunn av kraftbegrensningen til utladningsmotstanden er utjevningsstrømmen generelt liten (mindre enn 1A).

Fordelene med passiv utjevning er lave kostnader og enkel kretsdesign;ulempene er at det er basert på laveste gjenværende batterikapasitet for utjevning, som ikke kan øke kapasiteten til batterier med lav gjenværende kapasitet, og at 100 % av den utjevnede effekten går til spille i form av varme.

(2) Aktiv balanse

Gjennom algoritmer overfører flere strenger med batterier energien fra høyspentceller til lavspentceller ved å bruke energilagringskomponenter, lader ut høyspenningsbatteriene og bruker energien som frigjøres til å lade lavspentcellene.Energien overføres hovedsakelig i stedet for å spres.

På denne måten, under lading, utlades batteri B, som først når 100 % spenning, til A og C, og de tre batteriene er fulladet sammen.Under utlading, når gjenværende ladning av batteri B er for lav, "lader" A og C B, slik at celle B ikke når SOC-terskelen for å stoppe utladingen så raskt.

Hovedtrekk ved aktiv balanseteknologi

(1) Balanser høy- og lavspenningen for å forbedre effektiviteten til batteripakken: Under lading og utlading og i hvile kan høyspenningsbatteriene utlades og lavspentbatteriene kan lades;

(2) Energioverføring med lavt tap: energi overføres hovedsakelig i stedet for bare tapt, noe som forbedrer effektiviteten til kraftutnyttelsen;

(3) Stor likevektsstrøm: Vanligvis er likevektsstrømmen mellom 1 og 10A, og likevekten er raskere;

Aktiv utjevning krever konfigurasjon av tilsvarende kretser og energilagringsenheter, noe som fører til stort volum og økte kostnader.Disse to forholdene til sammen bestemmer at aktiv utjevning ikke er lett å fremme og anvende.

I tillegg øker den aktive utjevningslade- og utladingsprosessen implisitt batteriets levetid.For celler som krever lading og utlading for å oppnå balanse, kan den ekstra arbeidsbelastningen føre til at de overskrider aldring av vanlige celler, noe som resulterer i et større ytelsesgap med andre celler.

Noen eksperter mener at de to uttrykkene ovenfor bør tilsvare dissipativ likevekt og ikke-dissipativ likevekt.Om den er aktiv eller passiv bør avhenge av hendelsen som utløser likevektsprosessen.Hvis systemet når en tilstand der det må være passivt, er det passivt.Hvis det er satt av mennesker, kalles det aktiv likevekt å sette likevektsprogrammet når det ikke er nødvendig å være balansert.

For eksempel, når utladningen er på slutten, har den laveste spenningscellen nådd utladningssperrespenningen, mens andre celler fortsatt har strøm.På dette tidspunktet, for å lade ut så mye elektrisitet som mulig, overfører systemet elektrisiteten fra høyenergiceller til lavenergiceller, slik at utladningsprosessen fortsetter til all kraften er utladet.Dette er en passiv utjevningsprosess.Hvis systemet forutsier at det vil være en ubalanse ved slutten av utladningen når det fortsatt er 40 % kraft igjen, vil det starte en aktiv utjevningsprosess.

Aktiv utjevning er delt inn i sentraliserte og desentraliserte metoder.Den sentraliserte utjevningsmetoden henter energi fra hele batteripakken, og bruker deretter en energikonverteringsenhet for å supplere energi til batteriene med mindre energi.Desentralisert utjevning innebærer en energilagringsforbindelse mellom tilstøtende batterier, som kan være en induktor eller en kondensator, slik at energi kan flyte mellom tilstøtende batterier.

I dagens balansekontrollstrategi er det de som tar cellespenningen som kontrollmålparameter, og det er også de som foreslår å bruke SOC som balansekontrollmålparameter.Ta cellespenningen som et eksempel.

Sett først et par terskelverdier for å initiere og avslutte utjevning: for eksempel i et sett med batterier, når forskjellen mellom ekstremspenningen til en enkelt celle og gjennomsnittsspenningen til settet når 50mV, startes utjevning, og når den når 5mV, utjevningen er avsluttet.

BMS samler spenningen til hver celle i henhold til en fast innsamlingssyklus, beregner gjennomsnittsverdien og beregner deretter forskjellen mellom hver cellespenning og gjennomsnittsverdien;

Hvis maksimal forskjell når 50mV, må BMS starte utjevningsprosessen;

Fortsett trinn 2 under utjevningsprosessen til forskjellsverdiene alle er mindre enn 5mV, og avslutt deretter utjevningen.

Det skal bemerkes at ikke alle BMS-er krever dette trinnet, og påfølgende strategier kan variere avhengig av balansemetoden.

Balanseteknologien er også relatert til batteritypen.Det antas generelt at LFP er mer egnet for aktiv balanse, mens ternære batterier er egnet for passiv balanse.

Stadiet med intens konkurranse i BMS støttes for det meste av kostnader og pålitelighet.Foreløpig er den eksperimentelle verifiseringen av aktiv balansering ennå ikke oppnådd.Nivået på funksjonell sikkerhet forventes å bevege seg mot ASIL-C og ASIL-D, men kostnadene er ganske høye.Derfor er dagens store selskap forsiktige med aktiv balanseforskning.Noen store fabrikker ønsker til og med å kansellere balanseringsmodulen og få all balansering utført eksternt, i likhet med vedlikehold av drivstoffbiler.Hver gang kjøretøyet kjører en viss avstand, vil det gå til 4S-butikken for ekstern balansering.Dette vil redusere kostnadene for hele kjøretøyets BMS og også komme den tilsvarende 4S-butikken til gode.Det er en vinn-vinn-situasjon for alle parter.Derfor forstår jeg personlig at dette kan bli en trend!

3.3 Beskyttelse – feildiagnose og alarm

BMS-overvåkingen er matchet med maskinvaren til det elektriske systemet, og den er delt inn i forskjellige feilnivåer (mindre feil, alvorlig feil, fatal feil) i henhold til de forskjellige ytelsesforholdene til batteriet.Ulike håndteringstiltak iverksettes i ulike feilnivåer: advarsel, strømbegrensning eller direkte høyspenningsbryting.Feil inkluderer datainnsamling og rasjonalitetsfeil, elektriske feil (sensorer og aktuatorer), kommunikasjonsfeil og batteristatusfeil.

Et vanlig eksempel er når et batteri overopphetes, BMS bestemmer at batteriet overopphetes basert på den innsamlede batteritemperaturen, kontrollerer deretter kretsen til dette batteriet for å koble fra, utfører overopphetingsbeskyttelse og sender et varsel til styringssystemer som EMS.

3.4 Kommunikasjon

Normal drift av BMS kan ikke skilles fra kommunikasjonsfunksjonen.Enten det er å kontrollere batteriet under batterihåndtering, overføre batteristatus til omverdenen eller motta kontrollinstruksjoner, kreves stabil kommunikasjon.

I strømbatterisystemet er den ene enden av BMS koblet til batteriet, og den andre enden er koblet til kontroll- og elektroniske systemene til hele kjøretøyet.Det generelle miljøet bruker CAN-protokoll, men det er et skille mellom bruk av intern CAN mellom interne komponenter i batteripakken og bruk av kjøretøy-CAN mellom batteripakken og hele kjøretøyet.

Derimot bruker energilagrings-BMS og intern kommunikasjon i utgangspunktet CAN-protokollen, men dens eksterne kommunikasjon (ekstern refererer hovedsakelig til energilagringskraftstasjonens distribusjonssystem PCS) bruker ofte Internett-protokollformater TCP/IP-protokoll og modbus-protokoll.

4) Energilagring BMS

Energilagring BMS-produsenter utviklet seg generelt fra strømbatteri BMS, så mange design og termer har historisk opprinnelse

For eksempel er strømbatteriet generelt delt inn i BMU (Battery Monitor Unit) og BCU (Battery Control Unit), hvor førstnevnte samler inn data og sistnevnte kontrollerer det.

Fordi battericellen er en elektrokjemisk prosess, danner flere battericeller et batteri.På grunn av egenskapene til hver battericelle, uansett hvor nøyaktig produksjonsprosessen er, vil det være feil og inkonsekvenser i hver battericelle over tid og avhengig av miljøet.Derfor er batteristyringssystemet å evaluere den nåværende tilstanden til batteriet gjennom begrensede parametere, som er litt som en tradisjonell kinesisk medisinlege som diagnostiserer en pasient ved å observere symptomer i stedet for vestlig medisin som krever fysisk og kjemisk analyse.Den fysiske og kjemiske analysen av menneskekroppen ligner de elektrokjemiske egenskapene til batteriet, som kan måles med storskala eksperimentelle instrumenter.Imidlertid er det vanskelig for innebygde systemer å evaluere noen indikatorer på elektrokjemi.Derfor er BMS som en gammel kinesisk medisinlege.

4.1 Tre-lags arkitektur av energilagring BMS

På grunn av det store antallet battericeller i energilagringssystemer, for å spare kostnader, implementeres BMS generelt i lag, med to eller tre lag.For øyeblikket er mainstream tre lag: masterkontroll/masterkontroll/slavekontroll.

4.2 Detaljert beskrivelse av energilagring BMS

5) Nåværende situasjon og fremtidig trend

Det finnes flere typer produsenter som produserer BMS:

Den første kategorien er sluttbrukeren med den mest dominerende kraften i strømbatteriet BMS – bilfabrikker.Faktisk er den sterkeste BMS-produksjonsstyrken i utlandet også bilfabrikkene, som General Motors, Tesla osv. Hjemme er det BYD, Huating Power osv.

Den andre kategorien er batterifabrikker, inkludert celleprodusenter og pakkeprodusenter, som Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad, etc.;

Den tredje typen BMS-produsenter er de med mange års erfaring innen kraftelektronikkteknologi, og har R&D-team med universitetsbakgrunn eller relatert bedriftsbakgrunn, som Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology og Kegong Electronics.

I motsetning til BMS for strømbatterier, som hovedsakelig domineres av terminalbilprodusenter, ser det ut til at sluttbrukerne av energilagringsbatterier ikke har behov for eller spesifikke handlinger for å delta i forskning og utvikling og produksjon av BMS.Det er heller lite sannsynlig at de vil bruke mye penger og energi på å utvikle storskala batteristyringssystemer.Derfor kan det betraktes at BMS-industrien for energilagringsbatterier mangler en viktig aktør med absolutte fordeler, og etterlater et stort rom for utvikling og fantasi for batteriprodusenter og -leverandører som fokuserer på energilagrings-BMS.Dersom energilagringsmarkedet etableres, vil det gi batteriprodusenter og profesjonelle BMS-produsenter mye rom for utvikling og mindre konkurransemotstand.

Foreløpig er det relativt få profesjonelle BMS-produsenter som fokuserer på utvikling av energilagrings-BMS, hovedsakelig på grunn av at energilagringsmarkedet fortsatt er i sin spede begynnelse og det er fortsatt mye tvil om den fremtidige utviklingen av energilagring i markedet.Derfor har de fleste produsenter ikke utviklet BMS knyttet til energilagring.I det faktiske forretningsmiljøet er det også produsenter som kjøper elektrisk kjøretøybatteri BMS for bruk som BMS for energilagringsbatterier.Det antas at profesjonelle BMS-produsenter av elektriske kjøretøy i fremtiden sannsynligvis også vil bli en viktig del av BMS-leverandørene som brukes i store energilagringsprosjekter.

På dette stadiet er det mangel på enhetlige standarder for BMS levert av ulike leverandører av energilagringssystem.Ulike produsenter har forskjellige design og definisjoner for BMS, og avhengig av de forskjellige batteriene de er kompatible med, kan SOX-algoritmen, utjevningsteknologien og kommunikasjonsdatainnholdet som lastes opp, også variere.I den praktiske anvendelsen av BMS vil slike forskjeller øke applikasjonskostnadene og være skadelig for industriell utvikling.Derfor vil standardisering og modularisering av BMS også være en viktig utviklingsretning i fremtiden.