Conhecimento e função do sistema de gerenciamento de bateria BMS, uma introdução

O nome completo do BMS é Sistema de gerenciamento de bateria.É um dispositivo que monitora o estado das baterias de armazenamento de energia.É usado principalmente para gerenciamento e manutenção inteligentes de células de bateria individuais, evitando sobrecarga e descarga excessiva de baterias, prolongando a vida útil da bateria e monitorando o status da bateria.Geralmente, o BMS é representado como uma placa de circuito ou uma caixa de hardware.

 

O BMS é um dos principais subsistemas do sistema de armazenamento de energia da bateria, responsável por monitorar o status operacional de cada bateria na unidade de armazenamento de energia da bateria e garantir a operação segura e confiável da unidade de armazenamento de energia.O BMS pode monitorar e coletar os parâmetros de status da bateria de armazenamento de energia em tempo real (incluindo, entre outros, tensão de célula única, temperatura do pólo da bateria, corrente do circuito da bateria, tensão do terminal da bateria, resistência de isolamento do sistema de bateria, etc.), e execute as análises e cálculos necessários nos parâmetros de status relevantes para obter mais parâmetros de avaliação de status do sistema.Ele também pode obter controle eficaz da própria bateria de armazenamento de energia de acordo com estratégias específicas de controle de proteção para garantir a operação segura e confiável de toda a unidade de armazenamento de energia da bateria.Ao mesmo tempo, o BMS pode interagir com outros dispositivos externos (PCS, EMS, sistema de proteção contra incêndio, etc.) através de sua própria interface de comunicação e interface de entrada analógica/digital para formar um controle de ligação de vários subsistemas em todo o armazenamento de energia. estação de energia, garantindo uma operação segura, confiável e eficiente da estação de energia conectada à rede.

2) Arquitetura

Do ponto de vista da arquitetura de topologia, o BMS é dividido em duas categorias: centralizado e distribuído de acordo com os diferentes requisitos do projeto.

 

BMS centralizado

Simplificando, o BMS centralizado utiliza um único hardware BMS para coletar todas as células, o que é adequado para cenários com poucas células.

O BMS centralizado tem as vantagens de baixo custo, estrutura compacta e alta confiabilidade, e é comumente usado em cenários com baixa capacidade, baixa pressão total e pequeno volume do sistema de bateria, como ferramentas elétricas, robôs (robôs de manuseio, robôs auxiliares), Casas inteligentes IOT (robôs varredores, aspiradores elétricos), empilhadeiras elétricas, veículos elétricos de baixa velocidade (bicicletas elétricas, motocicletas elétricas, carros turísticos elétricos, carros de patrulha elétricos, carrinhos de golfe elétricos, etc.) e veículos híbridos leves.

O hardware BMS centralizado pode ser dividido em áreas de alta e baixa tensão.A área de alta tensão é responsável por coletar a tensão de célula única, a tensão total do sistema e monitorar a resistência de isolamento.A área de baixa tensão inclui circuitos de fonte de alimentação, circuitos de CPU, circuitos de comunicação CAN, circuitos de controle e assim por diante.

À medida que o sistema de bateria de energia dos veículos de passageiros continua a se desenvolver em direção a alta capacidade, alta pressão total e grande volume, as arquiteturas BMS distribuídas são usadas principalmente em modelos de veículos híbridos plug-in e elétricos puros.

BMS distribuído

Atualmente, existem vários termos para BMS distribuídos na indústria e diferentes empresas têm nomes diferentes.A bateria de energia BMS possui principalmente uma arquitetura mestre-escravo de duas camadas:

 

O BMS de armazenamento de energia é geralmente uma arquitetura de três camadas devido ao grande tamanho da bateria, com uma camada de controle mestre acima das camadas de controle principal e escrava.

Assim como as baterias formam grupos de baterias, que por sua vez formam pilhas, o BMS de três níveis também segue a mesma regra ascendente:

Do controle: unidade de gerenciamento de bateria (BMU), que coleta informações de baterias individuais.

Monitore a tensão e a temperatura da célula da bateria

Equalização de bateria na embalagem

Carregamento de informações

gerenciamento termal

Alarme anormal

Controle mestre: Unidade de gerenciamento de cluster de bateria: BCU (unidade de cluster de bateria, também conhecida como unidade de gerenciamento de alta tensão HVU, BCMU, etc.), responsável por coletar informações de BMU e coletar informações de cluster de bateria.

Aquisição de corrente do cluster de bateria, aquisição de tensão total, detecção de vazamento

Proteção contra desligamento quando o status da bateria está anormal

Sob a gestão do BMS, a calibração da capacidade e a calibração do SOC podem ser concluídas separadamente como base para o gerenciamento subsequente de carga e descarga

A unidade de gerenciamento de conjunto de baterias (BAU) é responsável pelo gerenciamento centralizado das baterias em toda a pilha de baterias de armazenamento de energia.Ele se conecta a várias unidades de gerenciamento de cluster de baterias e troca informações com outros dispositivos para fornecer feedback sobre o status operacional do conjunto de baterias.

Gerenciamento de carga e descarga do conjunto de baterias

Autoverificação do sistema BMS e alarme de diagnóstico de falhas

Alarme de diagnóstico de falha da bateria

Proteção de segurança para diversas anormalidades e falhas no conjunto de baterias

Comunique-se com outros dispositivos, como PCS e EMS

Armazenamento, transmissão e processamento de dados

Camada de gerenciamento de bateria: responsável por coletar várias informações (tensão, temperatura) de baterias individuais, calcular e analisar SOC e SOH de baterias, alcançar equalização ativa de baterias individuais e carregar informações anormais de baterias individuais para a camada de unidade de bateria BCMU.Através da comunicação externa CAN, ele é interligado por meio de uma ligação em cadeia.

Camada de gerenciamento de bateria: responsável por coletar diversas informações de baterias individuais carregadas pela BMU, coletando diversas informações sobre a bateria (tensão da bateria, temperatura da bateria), correntes de carga e descarga da bateria, calculando e analisando o SOC e SOH da bateria e carregando todas as informações para a camada de unidade de cluster de bateria BAMS.Através da comunicação externa CAN, ele é interligado por meio de uma ligação em cadeia.

Camada de gerenciamento de cluster de bateria: responsável por coletar diversas informações da bateria carregadas pelo BCMU e enviar todas as informações para o sistema EMS de monitoramento de armazenamento de energia através da interface RJ45;comunicando-se com o PCS para enviar informações anormais relevantes da bateria para o PCS (interface CAN ou RS485) e equipado com nós secos de hardware para se comunicar com o PCS.Além disso, realiza avaliação BSE (estimativa do estado da bateria) do sistema de bateria, detecção de status do sistema elétrico, gerenciamento de contatores, gerenciamento térmico, gerenciamento de operação, gerenciamento de carregamento, gerenciamento de diagnóstico e realiza gerenciamento de rede de comunicação interna e externa.Comunica-se com os subordinados através do CAN.

3) O que o BMS faz?

As funções do BMS são numerosas, mas o núcleo e o que mais nos preocupa são três aspectos:

Uma delas é a detecção (gestão do estado), que é a função básica do BMS.Ele mede tensão, resistência, temperatura e, por fim, detecta o estado da bateria.Queremos saber qual é o estado da bateria, quanta energia e capacidade ela possui, quão saudável ela é, quanta energia produz e quão segura é.Isso é sentir.

A segunda é a gestão (gestão do equilíbrio).Algumas pessoas dizem que a BMS é a babá da bateria.Então essa babá deveria cuidar disso.O que gerenciar?É para tornar a bateria a melhor possível.O mais básico é o gerenciamento de equilíbrio e o gerenciamento térmico.

A terceira é a proteção (gestão da segurança).A babá também tem um trabalho a fazer.Se a bateria apresentar algum status, ela precisa ser protegida e um alarme precisa ser acionado.

Claro, existe também um componente de gerenciamento de comunicação que transfere dados dentro ou fora do sistema através de determinados protocolos.

O BMS possui muitas outras funções, como controle de operação, monitoramento de isolamento, gerenciamento térmico, etc., que não são discutidas aqui.

 

3.1 Percepção – Medição e Estimativa

A função básica do BMS é medir e estimar os parâmetros da bateria, incluindo parâmetros básicos como tensão, corrente, temperatura e estado, bem como cálculos de dados de estado da bateria, como SOC e SOH.O campo de baterias de energia também envolve cálculos de SOP (estado de energia) e SOE (estado de energia), que não são discutidos aqui.Vamos nos concentrar nos dois primeiros dados mais amplamente utilizados.

Medição celular

1) Medição de informações básicas: A função mais básica do sistema de gerenciamento de bateria é medir a tensão, corrente e temperatura das células individuais da bateria, que é a base para todos os cálculos de nível superior e lógica de controle no sistema de gerenciamento de bateria.

2) Teste de resistência de isolamento: O teste de isolamento é necessário para todo o sistema de bateria e sistema de alta tensão dentro do sistema de gerenciamento de bateria.

3) Detecção de intertravamento de alta tensão (HVIL): usada para confirmar a integridade de todo o sistema de alta tensão e iniciar medidas de segurança quando a integridade do circuito do sistema de alta tensão estiver comprometida.

Cálculo SOC

SOC refere-se ao estado de carga, que é a capacidade restante da bateria.Simplificando, é a quantidade de energia que resta na bateria.

O SOC é o parâmetro mais importante no BMS, pois todo o resto se baseia nele.Portanto, sua precisão e robustez (também conhecida como capacidade de correção de erros) são extremamente importantes.Sem um SOC preciso, nenhuma função de proteção pode fazer o BMS funcionar corretamente, pois a bateria geralmente estará em um estado protegido, impossibilitando prolongar sua vida útil.

Atualmente, os principais métodos de estimativa do SOC incluem o método de tensão de circuito aberto, o método de integração de corrente, o método do filtro de Kalman e o método de rede neural.Os dois primeiros métodos são comumente usados.Os dois últimos métodos envolvem conhecimentos avançados, como modelos de integração e inteligência artificial, que não são detalhados aqui.

Em aplicações práticas, vários algoritmos são frequentemente usados ​​em combinação, com diferentes algoritmos sendo adotados dependendo do status de carga e descarga da bateria.

método de tensão de circuito aberto

O princípio do método de tensão de circuito aberto é usar a relação funcional relativamente fixa entre a tensão de circuito aberto e o SOC sob a condição de posicionamento estático de longo prazo da bateria e, assim, estimar o SOC com base na tensão de circuito aberto.A bicicleta elétrica com bateria de chumbo-ácido comumente usada anteriormente usa esse método para estimar o SOC.O método de tensão de circuito aberto é simples e conveniente, mas também apresenta muitas desvantagens:

1. A bateria deve ser deixada parada por muito tempo, caso contrário, será difícil estabilizar a tensão do circuito aberto em um curto período de tempo;

2. Existe um platô de tensão nas baterias, especialmente nas baterias de fosfato de ferro-lítio, onde a tensão terminal e a curva SOC são aproximadamente lineares durante a faixa SOC30% -80%;

3. A bateria está em diferentes temperaturas ou diferentes estágios de vida e, embora a tensão do circuito aberto seja a mesma, a diferença real do SOC pode ser grande;

Conforme mostrado na figura abaixo, quando usamos esta bicicleta elétrica, se o SOC atual for exibido como 100%, a tensão cai ao acelerar e a potência pode ser exibida como 80%.Quando paramos de acelerar, a tensão aumenta e a potência volta para 100%.Portanto, a exibição de potência da nossa scooter elétrica não é precisa.Quando paramos, ele tem energia, mas quando ligamos, ele fica sem energia.Isto pode não ser um problema com a bateria, mas pode ser devido ao algoritmo SoC do BMS ser muito simples.

Método integral An-Shi

O método de integração Anshicontinuous calcula diretamente o valor SOC em tempo real através da definição de SOC.

Dado o valor inicial do SOC, desde que a corrente da bateria possa ser medida (onde a corrente de descarga é positiva), a alteração na capacidade da bateria pode ser calculada com precisão através da integração da corrente, resultando no SOC restante.

Este método tem resultados de estimativa relativamente confiáveis ​​em um curto período de tempo, mas devido a erros de medição do sensor de corrente e à degradação gradual da capacidade da bateria, a integração de corrente a longo prazo introduzirá certos desvios.Portanto, é geralmente usado em conjunto com o método de tensão de circuito aberto para estimar o valor inicial para estimativa de SOC com requisitos de baixa precisão, e também pode ser usado em conjunto com o método de filtragem de Kalman para previsão de SOC de curto prazo.

SOC (State Of Charge) pertence ao algoritmo de controle central do BMS, representando o status atual da capacidade restante.É alcançado principalmente através do método de integração ampere-hora e algoritmo EKF (Extended Kalman Filter), combinado com estratégias de correção (como correção de tensão de circuito aberto, correção de carga total, correção de final de carga, correção de capacidade sob diferentes temperaturas e SOH, etc.).O método de integração ampere-hora é relativamente confiável sob a condição de garantir a precisão da aquisição de corrente, mas não é robusto.Devido ao acúmulo de erros, deve ser combinado com estratégias de correção.O método EKF é robusto, mas o algoritmo é relativamente complexo e difícil de implementar.Os principais fabricantes nacionais podem atingir uma precisão inferior a 6% à temperatura ambiente, mas é difícil estimar em altas e baixas temperaturas e a atenuação da bateria.

Correção SOC

Devido às flutuações atuais, o SOC estimado pode ser impreciso e várias estratégias de correção precisam ser incorporadas ao processo de estimativa.

 

Cálculo SOH

SOH refere-se ao Estado de Saúde, que indica o estado atual de saúde da bateria (ou o grau de degradação da bateria).Normalmente é representado como um valor entre 0 e 100%, com valores abaixo de 80% geralmente considerados como indicando que a bateria não pode mais ser usada.Pode ser representado por alterações na capacidade da bateria ou na resistência interna.Ao usar a capacidade, a capacidade real da bateria atual é estimada com base nos dados do processo operacional da bateria, e a relação entre esta e a capacidade nominal é o SOH.Um SOH preciso melhorará a precisão da estimativa de outros módulos quando a bateria estiver deteriorada.

Existem duas definições diferentes de SOH na indústria:

Definição SOH baseada no desvanecimento da capacidade

Durante o uso de baterias de íon de lítio, o material ativo dentro da bateria diminui gradualmente, a resistência interna aumenta e a capacidade diminui.Portanto, o SOH pode ser estimado pela capacidade da bateria.O estado de saúde da bateria é expresso como a razão entre a capacidade atual e a capacidade inicial, e seu SOH é definido como:

SOH=(C_padrão-C_fade)/C_padrão ×100%

Onde: C_fade é a capacidade perdida da bateria;C_standard é a capacidade nominal.

O padrão IEEE 1188-1996 estipula que quando a capacidade da bateria cair para 80%, a bateria deve ser substituída.Portanto, costumamos considerar que o SOH da bateria não está disponível quando está abaixo de 80%.

Definição SOH baseada na atenuação de potência (Power Fade)

O envelhecimento de quase todos os tipos de baterias levará a um aumento na resistência interna da bateria.Quanto maior for a resistência interna da bateria, menor será a potência disponível.Portanto, o SOH pode ser estimado usando atenuação de potência.

3.2 Gestão – Tecnologia Equilibrada

Cada bateria tem sua própria “personalidade”

Para falar de equilíbrio, temos que começar pelas baterias.Mesmo as baterias produzidas no mesmo lote pelo mesmo fabricante têm os seus próprios ciclos de vida e “personalidades” – a capacidade de cada bateria não pode ser exactamente a mesma.Existem duas razões para esta inconsistência:

Uma é a inconsistência da produção celular

Uma é a inconsistência das reações eletroquímicas.

inconsistência de produção

As inconsistências de produção são fáceis de entender.Por exemplo, durante o processo de produção, inconsistências no diafragma e inconsistências nos materiais do cátodo e do ânodo podem resultar em inconsistências gerais na capacidade da bateria.Uma bateria padrão de 50AH pode se tornar 49AH ou 51AH.

inconsistência eletroquímica

A inconsistência da eletroquímica é que no processo de carga e descarga da bateria, mesmo que a produção e o processamento das duas células sejam idênticos, o ambiente térmico nunca pode ser consistente no processo de reação eletroquímica.Por exemplo, ao fabricar módulos de bateria, a temperatura do anel circundante deve ser inferior à do meio.Isto resulta numa inconsistência a longo prazo entre as quantidades de carga e descarga, o que por sua vez leva a uma capacidade inconsistente das células da bateria;Quando as correntes de carga e descarga do filme SEI na célula da bateria são inconsistentes por um longo período, o envelhecimento do filme SEI também será inconsistente.

*Filme SEI: “interface de eletrólito sólido” (interface de eletrólito sólido).Durante o primeiro processo de descarga de carga da bateria de íon de lítio líquido, o material do eletrodo reage com o eletrólito na interface da fase sólido-líquida para formar uma camada de passivação que cobre a superfície do material do eletrodo.O filme SEI é um isolante eletrônico, mas um excelente condutor de íons de lítio, que não apenas protege o eletrodo, mas também não afeta o funcionamento da bateria.O envelhecimento do filme SEI tem um impacto significativo na saúde da bateria.

Portanto, a não uniformidade (ou discrição) das baterias é uma manifestação inevitável da operação da bateria.

Por que o equilíbrio é necessário

As baterias são diferentes, então por que não tentar torná-las iguais?Porque a inconsistência afetará o desempenho da bateria.

A bateria em série segue o efeito de cilindro curto: no sistema de bateria em série, a capacidade de todo o sistema de bateria é determinada pela menor unidade individual.

Suponha que temos uma bateria composta por três baterias:

Sabemos que sobrecarga e descarga excessiva podem danificar seriamente as baterias.Portanto, quando a bateria B está totalmente carregada durante o carregamento ou quando o SoC da bateria B está muito baixo durante a descarga, é necessário parar de carregar e descarregar para proteger a bateria B. Como resultado, a energia das baterias A e C não pode ser totalmente utilizado.

Isto leva a:

A capacidade útil real da bateria diminuiu: as baterias A e C, que poderiam ter utilizado a capacidade disponível, agora não conseguem fazê-lo para acomodar a bateria B. É como se duas pessoas sobre três pernas amarradas juntas, com o pessoa mais alta, incapaz de dar passos largos.

Vida útil da bateria reduzida: Um comprimento de passada menor requer mais passos e deixa as pernas mais cansadas.Com a capacidade reduzida, o número de ciclos de carga e descarga aumenta, resultando em maior degradação da bateria.Por exemplo, uma única célula pode atingir 4.000 ciclos com 100% DoD, mas em uso real não pode atingir 100% e o número de ciclos certamente não chegará a 4.000.

*DoD, Profundidade de descarga, representa a porcentagem da capacidade de descarga da bateria em relação à capacidade nominal da bateria.

A inconsistência das baterias leva a uma diminuição no desempenho da bateria.Quando o tamanho do módulo de bateria é grande, vários conjuntos de baterias são conectados em série e uma grande diferença de tensão única fará com que a capacidade de toda a caixa diminua.Quanto mais baterias conectadas em série, mais capacidade elas perdem.No entanto, nas nossas aplicações, especialmente em aplicações de sistemas de armazenamento de energia, existem dois requisitos importantes:

A primeira é a bateria de longa duração, que pode reduzir bastante os custos de operação e manutenção.O sistema de armazenamento de energia possui requisitos elevados para a vida útil da bateria.A maioria dos domésticos é projetada para 15 anos.Se assumirmos 300 ciclos por ano, 15 anos são 4.500 ciclos, o que ainda é muito alto.Precisamos maximizar a vida útil de cada bateria para que a vida útil total de toda a bateria possa atingir a vida útil projetada tanto quanto possível e reduzir o impacto da dispersão da bateria na vida útil da bateria.

O segundo ciclo profundo, especialmente no cenário de aplicação de redução de pico, a liberação de mais um kWh de eletricidade trará mais um ponto de receita.Ou seja, faremos 80%DoD ou 90%DoD.Quando o ciclo profundo é utilizado no sistema de armazenamento de energia, a dispersão da bateria durante a descarga traseira se manifestará.Portanto, a fim de garantir a liberação total da capacidade de cada célula sob a condição de carga e descarga profunda, é necessário exigir que o BMS de armazenamento de energia tenha fortes capacidades de gerenciamento de equalização e suprima a ocorrência de consistência entre as células da bateria. .

Esses dois requisitos são exatamente contrários à inconsistência da bateria.Para obter aplicações de baterias mais eficientes, devemos ter uma tecnologia de balanceamento mais eficaz para reduzir o impacto da inconsistência da bateria.

tecnologia de equilíbrio

A tecnologia de equalização de bateria é uma forma de igualar baterias com capacidades diferentes.Existem dois métodos de equalização comuns: equalização unidirecional de dissipação de energia (equalização passiva) e equalização bidirecional de transferência de energia (equalização ativa).

(1) Equilíbrio passivo

O princípio de equalização passiva consiste em colocar em paralelo um resistor de descarga comutável em cada série de baterias.O BMS controla o resistor de descarga para descarregar as células de tensão mais alta, dissipando a energia elétrica na forma de calor.Por exemplo, quando a bateria B está quase totalmente carregada, a chave é aberta para permitir que o resistor da bateria B dissipe o excesso de energia elétrica na forma de calor.Em seguida, o carregamento continua até que as baterias A e C também estejam totalmente carregadas.

Este método só pode descarregar células de alta tensão e não pode recarregar células de baixa capacidade.Devido à limitação de potência da resistência de descarga, a corrente de equalização é geralmente pequena (menos de 1A).

As vantagens da equalização passiva são o baixo custo e o design de circuito simples;as desvantagens são que se baseia na menor capacidade restante da bateria para equalização, o que não pode aumentar a capacidade das baterias com baixa capacidade restante, e que 100% da energia equalizada é desperdiçada na forma de calor.

(2) Saldo ativo

Através de algoritmos, vários conjuntos de baterias transferem a energia das células de alta tensão para células de baixa tensão utilizando componentes de armazenamento de energia, descarregando as baterias de alta tensão e utilizando a energia libertada para carregar as células de baixa tensão.A energia é principalmente transferida em vez de dissipada.

Desta forma, durante o carregamento, a bateria B, que atinge primeiro 100% da tensão, descarrega em A e C, e as três baterias são totalmente carregadas juntas.Durante a descarga, quando a carga restante da bateria B está muito baixa, A e C “carregam” B, de modo que a célula B não atinja o limite SOC para interromper a descarga tão rapidamente.

Principais características da tecnologia de balanceamento ativo

(1) Equilibre a alta e a baixa tensão para melhorar a eficiência da bateria: Durante o carregamento e descarregamento e em repouso, as baterias de alta tensão podem ser descarregadas e as baterias de baixa tensão podem ser carregadas;

(2) Transferência de energia com baixas perdas: a energia é principalmente transferida em vez de simplesmente perdida, melhorando a eficiência da utilização da energia;

(3) Grande corrente de equilíbrio: Geralmente, a corrente de equilíbrio está entre 1 e 10A, e o equilíbrio é mais rápido;

A equalização ativa requer a configuração de circuitos correspondentes e dispositivos de armazenamento de energia, o que leva a um grande volume e aumento de custo.Estas duas condições juntas determinam que a equalização ativa não é fácil de ser promovida e aplicada.

Além disso, o processo de carga e descarga de equalização ativa aumenta implicitamente o ciclo de vida da bateria.Para células que necessitam de carga e descarga para atingir o equilíbrio, a carga de trabalho adicional pode fazer com que excedam o envelhecimento das células comuns, resultando em uma maior lacuna de desempenho em relação a outras células.

Alguns especialistas acreditam que as duas expressões acima deveriam corresponder ao equilíbrio dissipativo e ao equilíbrio não dissipativo.Se é ativo ou passivo deve depender do evento que desencadeia o processo de equilíbrio.Se o sistema atingir um estado em que deve ser passivo, ele será passivo.Se for definido por humanos, definir o programa de equilíbrio quando não é necessário estar equilibrado é chamado de equilíbrio ativo.

Por exemplo, quando a descarga está no final, a célula de tensão mais baixa atingiu a tensão de corte de descarga, enquanto outras células ainda têm energia.Neste momento, para descarregar o máximo de eletricidade possível, o sistema transfere a eletricidade das células de alta energia para as células de baixa energia, permitindo que o processo de descarga continue até que toda a energia seja descarregada.Este é um processo de equalização passiva.Se o sistema prever que haverá um desequilíbrio no final da descarga quando ainda resta 40% de energia, ele iniciará um processo de equalização ativo.

A equalização ativa é dividida em métodos centralizados e descentralizados.O método de equalização centralizada obtém energia de toda a bateria e, em seguida, utiliza um dispositivo de conversão de energia para complementar a energia das baterias com menos energia.A equalização descentralizada envolve um link de armazenamento de energia entre baterias adjacentes, que pode ser um indutor ou um capacitor, permitindo que a energia flua entre baterias adjacentes.

Na atual estratégia de controle de equilíbrio, há quem tome a tensão da célula como parâmetro alvo de controle, e também há quem proponha usar o SOC como parâmetro alvo de controle de equilíbrio.Tomando a tensão da célula como exemplo.

Primeiro, defina um par de valores limite para iniciar e finalizar a equalização: por exemplo, em um conjunto de baterias, quando a diferença entre a tensão extrema de uma única célula e a tensão média do conjunto atinge 50mV, a equalização é iniciada, e quando atinge 5mV, a equalização é encerrada.

O BMS coleta a tensão de cada célula de acordo com um ciclo de aquisição fixo, calcula o valor médio e depois calcula a diferença entre a tensão de cada célula e o valor médio;

Se a diferença máxima atingir 50mV, o BMS precisa iniciar o processo de equalização;

Continue a etapa 2 durante o processo de equalização até que todos os valores de diferença sejam inferiores a 5mV e, em seguida, encerre a equalização.

Deve-se notar que nem todos os BMS exigem esta etapa, e as estratégias subsequentes podem variar dependendo do método de equilíbrio.

A tecnologia de equilíbrio também está relacionada ao tipo de bateria.Geralmente acredita-se que o LFP é mais adequado para o equilíbrio ativo, enquanto as baterias ternárias são adequadas para o equilíbrio passivo.

A fase de intensa concorrência no BMS é sustentada principalmente pelo custo e pela confiabilidade.Atualmente, a verificação experimental do balanceamento ativo ainda não foi alcançada.Espera-se que o nível de segurança funcional avance para ASIL-C e ASIL-D, mas o custo é bastante elevado.Portanto, as grandes empresas atuais são cautelosas em relação à pesquisa de equilíbrio ativo.Algumas grandes fábricas querem até cancelar o módulo de balanceamento e ter todo o balanceamento realizado externamente, semelhante à manutenção de veículos a combustível.Cada vez que o veículo percorrer uma determinada distância, ele irá até a loja 4S para balanceamento externo.Isto reduzirá o custo de todo o BMS do veículo e também beneficiará a loja 4S correspondente.É uma situação ganha-ganha para todas as partes.Portanto, pessoalmente, entendo que isso pode virar tendência!

3.3 Proteção – diagnóstico de falhas e alarme

O monitoramento do BMS é compatível com o hardware do sistema elétrico e é dividido em diferentes níveis de falha (falha leve, falha grave, falha fatal) de acordo com as diferentes condições de desempenho da bateria.Diferentes medidas de manuseio são tomadas em diferentes níveis de falha: aviso, limitação de energia ou corte direto de alta tensão.As falhas incluem falhas de aquisição de dados e de racionalidade, falhas elétricas (sensores e atuadores), falhas de comunicação e falhas de status da bateria.

Um exemplo comum é quando uma bateria superaquece, o BMS determina que a bateria está superaquecendo com base na temperatura coletada da bateria e, em seguida, controla o circuito dessa bateria para desconectar, executa a proteção contra superaquecimento e envia um alerta para sistemas de gerenciamento como o EMS.

3.4 Comunicação

A operação normal do BMS não pode ser separada da sua função de comunicação.Seja controlando a bateria durante o gerenciamento da bateria, transmitindo o status da bateria para o mundo exterior ou recebendo instruções de controle, é necessária uma comunicação estável.

No sistema de bateria de alimentação, uma extremidade do BMS está conectada à bateria e a outra extremidade está conectada aos sistemas eletrônicos e de controle de todo o veículo.O ambiente geral usa o protocolo CAN, mas há uma distinção entre o uso do CAN interno entre os componentes internos da bateria e o uso do CAN do veículo entre a bateria e todo o veículo.

Em contraste, o BMS de armazenamento de energia e a comunicação interna usam basicamente o protocolo CAN, mas sua comunicação externa (externa refere-se principalmente ao sistema de despacho da estação de energia de armazenamento de energia PCS) geralmente usa formatos de protocolo de Internet, protocolo TCP/IP e protocolo modbus.

4) BMS de armazenamento de energia

Os fabricantes de BMS de armazenamento de energia geralmente evoluíram a partir de BMS de bateria de energia, portanto, muitos designs e termos têm origens históricas

Por exemplo, a bateria de energia é geralmente dividida em BMU (Battery Monitor Unit) e BCU (Battery Control Unit), com a primeira coletando dados e a última controlando-os.

Como a célula da bateria é um processo eletroquímico, várias células da bateria formam uma bateria.Devido às características de cada célula de bateria, por mais preciso que seja o processo de fabricação, haverá erros e inconsistências em cada célula de bateria ao longo do tempo e dependendo do ambiente.Portanto, o sistema de gerenciamento da bateria avalia o estado atual da bateria por meio de parâmetros limitados, o que é um pouco como um médico da medicina tradicional chinesa diagnosticando um paciente observando os sintomas, em vez da medicina ocidental exigir análises físicas e químicas.A análise física e química do corpo humano é semelhante às características eletroquímicas da bateria, que podem ser medidas por instrumentos experimentais em larga escala.No entanto, é difícil para sistemas embarcados avaliar alguns indicadores eletroquímicos.Portanto, BMS é como um antigo médico de medicina chinesa.

4.1 Arquitetura de três camadas de armazenamento de energia BMS

Devido ao grande número de células de bateria nos sistemas de armazenamento de energia, para economizar custos, o BMS é geralmente implementado em camadas, com duas ou três camadas.Atualmente, o mainstream é composto por três camadas: controle mestre/controle mestre/controle escravo.

4.2 Descrição detalhada do BMS de armazenamento de energia

5) Situação atual e tendência futura

Existem vários tipos de fabricantes que produzem BMS:

A primeira categoria é o usuário final com a potência mais dominante na bateria de energia BMS – fábricas de automóveis.Na verdade, a maior força de fabricação de BMS no exterior também são as fábricas de automóveis, como General Motors, Tesla, etc. Em casa, existem BYD, Huating Power, etc.

A segunda categoria são as fábricas de baterias, incluindo fabricantes de células e fabricantes de embalagens, como Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad, etc.;

O terceiro tipo de fabricantes de BMS são aqueles com muitos anos de experiência em tecnologia de eletrônica de potência e possuem equipes de P&D com formação universitária ou empresarial relacionada, como Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology e Kegong Electronics.

Ao contrário do BMS de baterias de energia, que é dominado principalmente pelos fabricantes de veículos terminais, parece que os utilizadores finais de baterias de armazenamento de energia não têm necessidade ou ações específicas para participar na investigação, desenvolvimento e fabrico de BMS.Também é improvável que gastem muito dinheiro e energia para desenvolver sistemas de gerenciamento de baterias em larga escala.Portanto, pode-se considerar que a indústria de BMS de baterias de armazenamento de energia carece de um player importante com vantagens absolutas, deixando um enorme espaço para desenvolvimento e imaginação para fabricantes e fornecedores de baterias com foco em BMS de armazenamento de energia.Se o mercado de armazenamento de energia for estabelecido, isso dará aos fabricantes de baterias e aos fabricantes profissionais de BMS muito espaço para desenvolvimento e menos resistência competitiva.

Atualmente, existem relativamente poucos fabricantes profissionais de BMS focados no desenvolvimento de BMS de armazenamento de energia, principalmente devido ao fato de que o mercado de armazenamento de energia ainda está em sua infância e ainda existem muitas dúvidas sobre o desenvolvimento futuro do armazenamento de energia no mercado.Portanto, a maioria dos fabricantes não desenvolveu BMS relacionados ao armazenamento de energia.No ambiente de negócios real, também existem fabricantes que compram BMS de baterias de veículos elétricos para uso como BMS para baterias de armazenamento de energia.Acredita-se que, no futuro, os fabricantes profissionais de BMS de veículos elétricos também provavelmente se tornarão uma parte importante dos fornecedores de BMS usados ​​em projetos de armazenamento de energia em grande escala.

Nesta fase, faltam normas uniformes para BMS fornecidas por vários fornecedores de sistemas de armazenamento de energia.Diferentes fabricantes têm diferentes designs e definições para BMS e, dependendo das diferentes baterias com as quais são compatíveis, o algoritmo SOX, a tecnologia de equalização e o conteúdo dos dados de comunicação carregados também podem variar.Na aplicação prática do BMS, tais diferenças aumentarão os custos de aplicação e serão prejudiciais ao desenvolvimento industrial.Portanto, a padronização e modularização do BMS também será uma importante direção de desenvolvimento no futuro.