1) Ce este BMS?
Numele complet al BMS este Battery Management System.Este un dispozitiv care monitorizează starea bateriilor de stocare a energiei.Este utilizat în principal pentru gestionarea și întreținerea inteligentă a celulelor individuale ale bateriei, prevenind supraîncărcarea și supradescărcarea bateriilor, extinderea duratei de viață a bateriei și monitorizarea stării bateriei.În general, BMS este reprezentat ca o placă de circuite sau o cutie hardware.
BMS este unul dintre subsistemele de bază ale sistemului de stocare a energiei bateriei, responsabil de monitorizarea stării de funcționare a fiecărei baterii din unitatea de stocare a energiei bateriei și de asigurarea funcționării sigure și fiabile a unității de stocare a energiei.BMS poate monitoriza și colecta parametrii de stare ai bateriei de stocare a energiei în timp real (inclusiv, dar fără a se limita la, tensiunea unei singure celule, temperatura polilor bateriei, curentul buclei bateriei, tensiunea terminalului pachetului de baterii, rezistența de izolație a sistemului bateriei etc.) și efectuați analiza și calculul necesar asupra parametrilor de stare relevanți pentru a obține mai mulți parametri de evaluare a stării sistemului.De asemenea, poate realiza un control eficient al bateriei de stocare a energiei în sine, conform strategiilor specifice de control al protecției, pentru a asigura funcționarea sigură și fiabilă a întregii unități de stocare a energiei bateriei.În același timp, BMS poate interacționa cu alte dispozitive externe (PCS, EMS, sistem de protecție împotriva incendiilor etc.) prin propria interfață de comunicație și interfață de intrare analogică/digitală pentru a forma un control al legăturii diferitelor subsisteme în întreaga putere de stocare a energiei. stație, asigurând funcționarea sigură, fiabilă și eficientă conectată la rețea a centralei electrice.
2) Arhitectura
Din perspectiva arhitecturii topologice, BMS este împărțit în două categorii: centralizat și distribuit în funcție de diferite cerințe ale proiectului.
BMS centralizat
Mai simplu spus, BMS centralizat folosește un singur hardware BMS pentru a colecta toate celulele, ceea ce este potrivit pentru scenarii cu puține celule.
BMS centralizat are avantajele costului redus, structurii compacte și fiabilității ridicate și este utilizat în mod obișnuit în scenarii cu capacitate scăzută, presiune totală scăzută și volum mic al sistemului de baterii, cum ar fi unelte electrice, roboți (roboți de manipulare, roboți de asistență), Case inteligente IOT (roboți de măturat, aspiratoare electrice), stivuitoare electrice, vehicule electrice cu viteză redusă (biciclete electrice, motociclete electrice, mașini electrice pentru vizitarea obiectivelor turistice, mașini electrice de patrulare, mașini electrice de golf etc.) și vehicule hibride ușoare.
Hardware-ul centralizat BMS poate fi împărțit în zone de înaltă tensiune și de joasă tensiune.Zona de înaltă tensiune este responsabilă pentru colectarea tensiunii unei singure celule, a tensiunii totale a sistemului și pentru monitorizarea rezistenței de izolație.Zona de joasă tensiune include circuite de alimentare, circuite CPU, circuite de comunicație CAN, circuite de control și așa mai departe.
Pe măsură ce sistemul de baterii de putere al vehiculelor de pasageri continuă să se dezvolte spre capacitate mare, presiune totală ridicată și volum mare, arhitecturile BMS distribuite sunt utilizate în principal în modelele de vehicule hibride plug-in și pur electrice.
BMS distribuit
În prezent, există diferiți termeni pentru BMS distribuit în industrie și diferite companii au nume diferite.Bateria de alimentare BMS are în principal o arhitectură master-slave pe două niveluri:
BMS-ul de stocare a energiei este de obicei o arhitectură cu trei niveluri datorită dimensiunii mari a pachetului de baterii, cu un strat de control principal deasupra straturilor de control principal și slave.
La fel cum bateriile formează grupuri de baterii, care la rândul lor formează stive, BMS-ul pe trei niveluri urmează aceeași regulă ascendentă:
Din control: unitatea de gestionare a bateriei (BMU), care colectează informații de la bateriile individuale.
Monitorizați tensiunea și temperatura celulei bateriei
Egalizare baterie in pachet
Încărcarea informațiilor
Gestionarea termică
Alarmă anormală
Control principal: Unitate de gestionare a grupului de baterii: BCU (unitate de grup de baterii, cunoscută și sub denumirea de unitate de management de înaltă tensiune HVU, BCMU, etc.), responsabilă cu colectarea informațiilor BMU și cu colectarea informațiilor despre clusterul bateriei.
Achiziția curentului în grupul de baterii, achiziția tensiunii totale, detectarea scurgerilor
Protecție la oprire atunci când starea bateriei este anormală
Sub managementul BMS, calibrarea capacității și calibrarea SOC pot fi finalizate separat, ca bază pentru gestionarea ulterioară a încărcării și a descărcării.
Unitatea de gestionare a matricei de baterii (BAU) este responsabilă de gestionarea centralizată a bateriilor din întreaga stivă de acumulatori de stocare a energiei.Se conectează la diferite unități de gestionare a grupului de baterii și schimbă informații cu alte dispozitive pentru a oferi feedback cu privire la starea de funcționare a matricei de baterii.
Gestionarea încărcării și descărcării matricei de baterii
Alarma de autoverificare și diagnosticare a defecțiunilor sistemului BMS
Alarma de diagnosticare a defecțiunii acumulatorului
Protecție de siguranță pentru diferite anomalii și defecte ale matricei de baterii
Comunicați cu alte dispozitive, cum ar fi PCS și EMS
Stocarea, transmiterea si prelucrarea datelor
Stratul de gestionare a bateriilor: responsabil pentru colectarea diferitelor informații (tensiune, temperatură) ale bateriilor individuale, calcularea și analiza SOC și SOH ale bateriilor, realizarea egalizării active a bateriilor individuale și încărcarea informațiilor anormale ale bateriilor individuale în stratul unității de pachet de baterii BCMU.Prin comunicarea externă CAN, acesta este interconectat printr-un lanț în margaretă.
Stratul de gestionare a bateriei: responsabil pentru colectarea diferitelor informații de la bateriile individuale încărcate de BMU, colectarea diferitelor informații despre acumulator (tensiunea pachetului, temperatura pachetului), curenții de încărcare și descărcare a pachetului de baterii, calcularea și analiza SOC și SOH a pachetului de baterii și încărcarea tuturor informațiilor în stratul de unitate de grup de baterii BAMS.Prin comunicarea externă CAN, acesta este interconectat printr-un lanț în margaretă.
Nivelul de gestionare a clusterului bateriei: responsabil pentru colectarea diferitelor informații despre baterie încărcate de BCMU și pentru încărcarea tuturor informațiilor în sistemul EMS de monitorizare a stocării de energie prin interfața RJ45;comunicând cu PCS pentru a trimite informații anormale relevante ale bateriei către PCS (interfață CAN sau RS485) și echipat cu noduri uscate hardware pentru a comunica cu PCS.În plus, efectuează evaluarea sistemului de baterii BSE (Battery State Estimate), detectarea stării sistemului electric, managementul contactorilor, managementul termic, managementul operațiunii, managementul încărcării, managementul diagnosticului și gestionarea rețelelor de comunicații interne și externe.Comunică cu subordonații prin CAN.
3) Ce face BMS?
Funcțiile BMS sunt numeroase, dar nucleul și ceea ce ne preocupă cel mai mult sunt trei aspecte:
Una este detectarea (managementul de stat), care este funcția de bază a BMS.Măsoară tensiunea, rezistența, temperatura și în cele din urmă detectează starea bateriei.Vrem să știm care este starea bateriei, câtă energie și capacitate are, cât de sănătoasă este, câtă putere produce și cât de sigură este.Aceasta este simțirea.
Al doilea este managementul (managementul soldului).Unii oameni spun că BMS este bona bateriei.Atunci dădaca asta ar trebui să se descurce.Ce să gestionezi?Este pentru a face bateria cât mai bună.Cel mai de bază este managementul echilibrului și managementul termic.
Al treilea este protecția (managementul siguranței).Dădaca are și o treabă de făcut.Dacă bateria are o anumită stare, aceasta trebuie protejată și trebuie să se declanșeze o alarmă.
Desigur, există și o componentă de gestionare a comunicațiilor care transferă date în interiorul sau în afara sistemului prin anumite protocoale.
BMS are multe alte funcții, precum controlul funcționării, monitorizarea izolației, managementul termic etc., care nu sunt discutate aici.
3.1 Percepție – Măsurare și Estimare
Funcția de bază a BMS este de a măsura și estima parametrii bateriei, inclusiv parametrii de bază, cum ar fi tensiunea, curentul, temperatura și starea, precum și calculele datelor despre starea bateriei, cum ar fi SOC și SOH.Domeniul bateriilor de putere implică și calcule ale SOP (starea puterii) și SOE (starea energiei), care nu sunt discutate aici.Ne vom concentra asupra primelor două date mai utilizate pe scară largă.
Măsurarea celulelor
1) Măsurarea informațiilor de bază: Funcția cea mai de bază a sistemului de gestionare a bateriei este de a măsura tensiunea, curentul și temperatura celulelor individuale ale bateriei, care este baza pentru toate calculele de nivel superior și logica de control în sistemul de management al bateriei.
2) Testarea rezistenței izolației: Testarea izolației este necesară pentru întregul sistem de baterii și sistemul de înaltă tensiune din cadrul sistemului de management al bateriei.
3) Detectare interblocare de înaltă tensiune (HVIL): utilizat pentru a confirma integritatea întregului sistem de înaltă tensiune și pentru a iniția măsuri de siguranță atunci când integritatea buclei sistemului de înaltă tensiune este compromisă.
calculul SOC
SOC se referă la starea de încărcare, care este capacitatea rămasă a bateriei.Mai simplu spus, este cât de multă putere rămâne în baterie.
SOC este cel mai important parametru din BMS, deoarece totul se bazează pe acesta.Prin urmare, acuratețea și robustețea sa (cunoscută și sub numele de capacitate de corectare a erorilor) sunt extrem de importante.Fără SOC precis, nicio funcție de protecție nu poate face BMS să funcționeze corect, deoarece bateria va fi adesea într-o stare protejată, ceea ce face imposibilă prelungirea duratei de viață a bateriei.
În prezent, metodele principale de estimare a SOC includ metoda tensiunii în circuit deschis, metoda de integrare a curentului, metoda filtrului Kalman și metoda rețelei neuronale.Primele două metode sunt frecvent utilizate.Ultimele două metode implică cunoștințe avansate, cum ar fi modelele de integrare și inteligența artificială, care nu sunt detaliate aici.
În aplicațiile practice, mai mulți algoritmi sunt adesea utilizați în combinație, diferiți algoritmi fiind adoptați în funcție de starea de încărcare și descărcare a bateriei.
metoda tensiunii în circuit deschis
Principiul metodei tensiunii în circuit deschis este de a utiliza relația funcțională relativ fixă dintre tensiunea de circuit deschis și SOC în condiția plasării statice pe termen lung a bateriei și, astfel, estimarea SOC pe baza tensiunii în circuit deschis.Bicicleta electrică cu baterie plumb-acid folosită anterior folosește această metodă pentru a estima SOC.Metoda tensiunii în circuit deschis este simplă și convenabilă, dar există și multe dezavantaje:
1. Bateria trebuie lăsată în picioare pentru o perioadă lungă de timp, altfel tensiunea circuitului deschis va fi dificil de stabilizat într-o perioadă scurtă de timp;
2. Există un platou de tensiune în baterii, în special în bateriile cu fosfat de fier litiu, unde tensiunea la borne și curba SOC sunt aproximativ liniare în intervalul SOC30%-80%;
3. Bateria se află la temperaturi diferite sau la diferite etape de viață și, deși tensiunea în circuit deschis este aceeași, diferența reală de SOC poate fi mare;
După cum se arată în figura de mai jos, atunci când folosim această bicicletă electrică, dacă SOC-ul curent este afișat ca 100%, tensiunea scade la accelerare, iar puterea poate fi afișată ca 80%.Când încetăm să accelerăm, tensiunea crește, iar puterea sare înapoi la 100%.Deci, afișajul puterii scuterului nostru electric nu este exact.Când ne oprim, are putere, dar când pornim, rămâne fără putere.Aceasta poate să nu fie o problemă cu bateria, dar se poate datora faptului că algoritmul SoC al BMS este prea simplu.
Metoda integrală An-Shi
Metoda de integrare Anshicontinuous calculează direct valoarea SOC în timp real prin definirea SOC.
Având în vedere valoarea inițială SOC, atâta timp cât curentul bateriei poate fi măsurat (unde curentul de descărcare este pozitiv), modificarea capacității bateriei poate fi calculată cu precizie prin integrarea curentului, rezultând SOC rămas.
Această metodă are rezultate de estimare relativ fiabile într-o perioadă scurtă de timp, dar din cauza erorilor de măsurare ale senzorului de curent și a degradării treptate a capacității bateriei, integrarea curentului pe termen lung va introduce anumite abateri.Prin urmare, este utilizat în general împreună cu metoda tensiunii în circuit deschis pentru a estima valoarea inițială pentru estimarea SOC cu cerințe de precizie scăzută și poate fi, de asemenea, utilizat împreună cu metoda de filtrare Kalman pentru predicția SOC pe termen scurt.
SOC (State Of Charge) aparține algoritmului de control de bază al BMS, reprezentând starea curentă a capacității rămase.Se realizează în principal prin metoda de integrare amperi-oră și algoritmul EKF (Extended Kalman Filter), combinat cu strategii de corecție (cum ar fi corecția tensiunii în circuit deschis, corecția la încărcare completă, corecția finală de încărcare, corecția capacității la diferite temperaturi și SOH, etc.).Metoda de integrare amperi-oră este relativ fiabilă cu condiția asigurării acurateței achiziției curente, dar nu este robustă.Datorită acumulării de erori, acesta trebuie combinat cu strategii de corectare.Metoda EKF este robustă, dar algoritmul este relativ complex și dificil de implementat.Producătorii autohtoni de masă pot obține o precizie de mai puțin de 6% la temperatura camerei, dar estimarea la temperaturi ridicate și scăzute și atenuarea bateriei este dificilă.
corectare SOC
Datorită fluctuațiilor curente, SOC estimat poate fi inexact și diferite strategii de corecție trebuie să fie încorporate în procesul de estimare.
calculul SOH
SOH se referă la starea de sănătate, care indică starea actuală de sănătate a bateriei (sau gradul de degradare a bateriei).De obicei, este reprezentată ca o valoare între 0 și 100%, cu valori sub 80% considerate în general că indică faptul că bateria nu mai este utilizabilă.Poate fi reprezentat de modificări ale capacității bateriei sau ale rezistenței interne.Când se utilizează capacitatea, capacitatea reală a bateriei actuale este estimată pe baza datelor din procesul de operare al bateriei, iar raportul dintre aceasta și capacitatea nominală este SOH.Un SOH precis va îmbunătăți acuratețea estimării altor module atunci când bateria se deteriorează.
Există două definiții diferite ale SOH în industrie:
Definiția SOH bazată pe decolorarea capacității
În timpul utilizării bateriilor litiu-ion, materialul activ din interiorul bateriei scade treptat, rezistența internă crește, iar capacitatea scade.Prin urmare, SOH poate fi estimat prin capacitatea bateriei.Starea de sănătate a bateriei este exprimată ca raportul dintre capacitatea curentă și capacitatea inițială, iar SOH este definit ca:
SOH=(C_standard-C_fade)/C_standard ×100%
Unde: C_fade este capacitatea pierdută a bateriei;C_standard este capacitatea nominală.
Standardul IEEE 1188-1996 stipulează că atunci când capacitatea bateriei de putere scade la 80%, bateria trebuie înlocuită.Prin urmare, considerăm de obicei că bateria SOH nu este disponibilă atunci când este sub 80%.
Definiție SOH bazată pe atenuarea puterii (Power Fade)
Îmbătrânirea aproape tuturor tipurilor de baterii va duce la o creștere a rezistenței interne a bateriei.Cu cât rezistența internă a bateriei este mai mare, cu atât puterea disponibilă este mai mică.Prin urmare, SOH poate fi estimat folosind atenuarea puterii.
3.2 Management – Tehnologie echilibrată
Fiecare baterie are propria „personalitate”
Pentru a vorbi despre echilibru, trebuie să începem cu baterii.Chiar și bateriile produse în același lot de același producător au propriile lor cicluri de viață și „personalități” – capacitatea fiecărei baterii nu poate fi exact aceeași.Există două motive pentru această inconsecvență:
Una este inconsecvența producției celulare
Una este inconsecvența reacțiilor electrochimice.
inconsecvența producției
Inconsecvențele de producție sunt ușor de înțeles.De exemplu, în timpul procesului de producție, inconsecvențele diafragmei și inconsecvențele materialelor catodului și anodului pot duce la inconsecvențe generale ale capacității bateriei.O baterie standard de 50AH poate deveni 49AH sau 51AH.
inconsistență electrochimică
Inconsecvența electrochimiei este că în procesul de încărcare și descărcare a bateriei, chiar dacă producția și procesarea celor două celule sunt identice, mediul termic nu poate fi niciodată consistent în procesul de reacție electrochimică.De exemplu, la realizarea modulelor de baterie, temperatura inelului din jur trebuie să fie mai mică decât cea din mijloc.Acest lucru are ca rezultat o inconsecvență pe termen lung între cantitățile de încărcare și descărcare, ceea ce, la rândul său, duce la o capacitate inconsecventă a celulei bateriei;Când curenții de încărcare și descărcare ai filmului SEI de pe celula bateriei sunt inconsecvenți pentru o lungă perioadă de timp, îmbătrânirea filmului SEI va fi, de asemenea, inconsecventă.
* Film SEI: „interfață electrolit solid” (interfață electrolit solid).În timpul primului proces de descărcare a bateriei cu ioni de litiu lichid, materialul electrodului reacționează cu electrolitul de pe interfața fază solid-lichid pentru a forma un strat de pasivare care acoperă suprafața materialului electrodului.Filmul SEI este un izolator electronic, dar un excelent conductor de ioni de litiu, care nu numai că protejează electrodul, dar nici nu afectează funcționarea bateriei.Îmbătrânirea filmului SEI are un impact semnificativ asupra sănătății bateriei.
Prin urmare, neuniformitatea (sau discretitatea) pachetelor de baterii este o manifestare inevitabilă a funcționării bateriei.
De ce este nevoie de echilibru
Bateriile sunt diferite, așa că de ce să nu încercați să le faceți la fel?Deoarece inconsecvența va afecta performanța acumulatorului.
Pachetul de baterii în serie urmărește efectul de cilindru scurt: în sistemul de acumulatori în serie, capacitatea întregului sistem de acumulatori este determinată de cea mai mică unitate.
Să presupunem că avem un pachet de baterii format din trei baterii:
Știm că supraîncărcarea și supradescărcarea pot deteriora grav bateriile.Prin urmare, atunci când bateria B este complet încărcată în timpul încărcării sau când SoC-ul bateriei B este foarte scăzut în timpul descărcării, este necesar să opriți încărcarea și descărcarea pentru a proteja bateria B. Ca urmare, puterea bateriilor A și C nu poate fi completă. utilizat.Asta duce la:
Capacitatea efectivă de utilizare a acumulatorului a scăzut: Acumulatorul A și C, care ar fi putut folosi capacitatea disponibilă, nu pot face acest lucru pentru a găzdui bateria B. Este ca două persoane pe trei picioare legate împreună, cu persoană mai înaltă, care nu poate face pași mari.
Durată de viață redusă a bateriei: o lungime mai mică a pasului necesită mai mulți pași și obosește picioarele.Cu o capacitate redusă, numărul de cicluri de încărcare și descărcare crește, rezultând o degradare mai mare a bateriei.De exemplu, o singură celulă poate atinge 4000 de cicluri la 100% DoD, dar în utilizare reală nu poate ajunge la 100% și numărul de cicluri cu siguranță nu va ajunge la 4000.
*DoD, Adâncimea de descărcare, reprezintă procentul dintre capacitatea de descărcare a bateriei față de capacitatea nominală a bateriei.
Inconsecvența bateriilor duce la o scădere a performanței acumulatorului.Când dimensiunea modulului bateriei este mare, mai multe șiruri de baterii sunt conectate în serie, iar o diferență mare de tensiune va duce la scăderea capacității întregii cutii.Cu cât sunt mai multe baterii conectate în serie, cu atât își pierd mai multă capacitate.Cu toate acestea, în aplicațiile noastre, în special în aplicațiile sistemelor de stocare a energiei, există două cerințe importante:
Prima este bateria cu durată lungă de viață, care poate reduce foarte mult costurile de operare și întreținere.Sistemul de stocare a energiei are cerințe ridicate pentru durata de viață a acumulatorului.Majoritatea celor casnice sunt proiectate pentru 15 ani.Dacă presupunem 300 de cicluri pe an, 15 ani înseamnă 4500 de cicluri, ceea ce este încă foarte mare.Trebuie să maximizăm durata de viață a fiecărei baterii, astfel încât durata de viață totală a întregului pachet de baterii să poată atinge durata de viață de proiectare cât mai mult posibil și să reducem impactul dispersării bateriei asupra duratei de viață a acumulatorului.
Al doilea ciclu profund, mai ales în scenariul de aplicare a barbieritului de vârf, eliberarea încă un kWh de energie electrică va aduce încă un punct de venit.Adică vom face 80%DoD sau 90%DoD.Când se folosește ciclul profund în sistemul de stocare a energiei, se va manifesta dispersia bateriei în timpul descărcării cozii.Prin urmare, pentru a asigura eliberarea completă a capacității fiecărei celule individuale în condițiile de încărcare profundă și descărcare profundă, este necesar să se solicite ca BMS de stocare a energiei să aibă capacități puternice de gestionare a egalizării și să elimine apariția coerenței între celulele bateriei. .
Aceste două cerințe sunt exact contrare inconsecvenței bateriei.Pentru a obține aplicații mai eficiente pentru acumulatori, trebuie să avem o tehnologie de echilibrare mai eficientă pentru a reduce impactul inconsecvenței bateriei.
tehnologie de echilibru
Tehnologia de egalizare a bateriei este o modalitate de a face bateriile cu capacități diferite la fel.Există două metode comune de egalizare: egalizarea unidirecțională cu disiparea energiei (egalizare pasivă) și egalizarea bidirecțională cu transfer de energie (egalizarea activă).
(1) Echilibrul pasiv
Principiul egalizării pasive este de a pune în paralel un rezistor de descărcare comutabil pe fiecare șir de baterii.BMS controlează rezistența de descărcare pentru a descărca celulele de tensiune mai mare, disipând energia electrică sub formă de căldură.De exemplu, când bateria B este aproape complet încărcată, comutatorul este deschis pentru a permite rezistenței de pe bateria B să disipeze excesul de energie electrică sub formă de căldură.Apoi încărcarea continuă până când bateriile A și C sunt și ele complet încărcate.
Această metodă poate descărca numai celulele de înaltă tensiune și nu poate reîncărca celulele de capacitate mică.Datorită limitării puterii rezistenței de descărcare, curentul de egalizare este în general mic (mai puțin de 1A).
Avantajele egalizării pasive sunt costul scăzut și designul simplu al circuitului;dezavantajele sunt că se bazează pe cea mai mică capacitate rămasă a bateriei pentru egalizare, care nu poate crește capacitatea bateriilor cu capacitate rămasă scăzută și că 100% din puterea egalizată este irosită sub formă de căldură.
(2) Sold activ
Prin algoritmi, mai multe șiruri de baterii transferă energia celulelor de înaltă tensiune către celulele de joasă tensiune folosind componente de stocare a energiei, descarcând bateriile de tensiune mai mare și folosind energia eliberată pentru a încărca celulele de tensiune mai mică.Energia este mai degrabă transferată decât disipată.
În acest fel, în timpul încărcării, bateria B, care ajunge mai întâi la 100% tensiune, se descarcă în A și C, iar cele trei baterii sunt complet încărcate împreună.În timpul descărcării, când încărcarea rămasă a bateriei B este prea scăzută, A și C „încarcă” B, astfel încât celula B să nu atingă pragul SOC pentru oprirea descărcării atât de repede.
Principalele caracteristici ale tehnologiei de echilibrare activă
(1) Echilibrați tensiunea înaltă și joasă pentru a îmbunătăți eficiența acumulatorului: în timpul încărcării și descărcării și în repaus, bateriile de înaltă tensiune pot fi descărcate și bateriile de joasă tensiune pot fi încărcate;
(2) Transfer de energie cu pierderi reduse: energia este în principal transferată și nu pur și simplu pierdută, îmbunătățind eficiența utilizării energiei;
(3) Curentul mare de echilibru: În general, curentul de echilibru este între 1 și 10A, iar echilibrul este mai rapid;
Egalizarea activă necesită configurarea circuitelor corespunzătoare și a dispozitivelor de stocare a energiei, ceea ce duce la un volum mare și la un cost crescut.Aceste două condiții împreună determină că egalizarea activă nu este ușor de promovat și aplicat.
În plus, procesul de încărcare și descărcare cu egalizare activă crește implicit durata de viață a bateriei.Pentru celulele care necesită încărcare și descărcare pentru a atinge echilibrul, sarcina de lucru suplimentară le poate determina să depășească îmbătrânirea celulelor obișnuite, rezultând un decalaj mai mare de performanță cu alte celule.
Unii experți consideră că cele două expresii de mai sus ar trebui să corespundă echilibrului disipativ și echilibrului nedisipativ.Dacă este activ sau pasiv ar trebui să depindă de evenimentul care declanșează procesul de echilibru.Dacă sistemul ajunge într-o stare în care trebuie să fie pasiv, este pasiv.Dacă este stabilit de oameni, stabilirea programului de echilibru atunci când nu este necesar să fie echilibrat se numește echilibru activ.
De exemplu, când descărcarea este la sfârșit, celula cu cea mai joasă tensiune a atins tensiunea de întrerupere a descărcarii, în timp ce celelalte celule au încă putere.În acest moment, pentru a descărca cât mai multă energie electrică, sistemul transferă electricitatea celulelor cu energie înaltă către celulele cu energie scăzută, permițând procesului de descărcare să continue până când toată puterea este descărcată.Acesta este un proces de egalizare pasiv.Dacă sistemul prezice că va exista un dezechilibru la sfârșitul descărcării atunci când mai rămâne 40% din putere, va începe un proces de egalizare activ.
Egalizarea activă este împărțită în metode centralizate și descentralizate.Metoda de egalizare centralizată obține energie din întregul pachet de baterii și apoi utilizează un dispozitiv de conversie a energiei pentru a suplimenta energia bateriilor cu mai puțină energie.Egalizarea descentralizată implică o legătură de stocare a energiei între bateriile adiacente, care poate fi un inductor sau un condensator, permițând energiei să circule între bateriile adiacente.
În strategia curentă de control al echilibrului, există cei care iau tensiunea celulei ca parametru țintă de control și există și cei care propun utilizarea SOC ca parametru țintă de control al echilibrului.Luând ca exemplu tensiunea celulei.
Mai întâi, setați o pereche de valori de prag pentru inițierea și terminarea egalizării: de exemplu, într-un set de baterii, când diferența dintre tensiunea extremă a unei singure celule și tensiunea medie a setului ajunge la 50mV, egalizarea este inițiată și când ajunge la 5mV, egalizarea este terminată.
BMS colectează tensiunea fiecărei celule conform unui ciclu de achiziție fix, calculează valoarea medie și apoi calculează diferența dintre tensiunea fiecărei celule și valoarea medie;
Dacă diferența maximă ajunge la 50mV, BMS trebuie să înceapă procesul de egalizare;
Continuați pasul 2 în timpul procesului de egalizare până când valorile diferenței sunt toate mai mici de 5 mV, apoi încheiați egalizarea.
Trebuie remarcat faptul că nu toate BMS-urile necesită acest pas, iar strategiile ulterioare pot varia în funcție de metoda de echilibrare.
Tehnologia echilibrului este legată și de tipul bateriei.În general, se crede că LFP este mai potrivit pentru echilibrul activ, în timp ce bateriile ternare sunt potrivite pentru echilibrul pasiv.
Etapa concurenței intense în BMS este susținută în mare parte de costuri și fiabilitate.În prezent, verificarea experimentală a echilibrării active nu a fost încă realizată.Nivelul de siguranță funcțională este de așteptat să se deplaseze către ASIL-C și ASIL-D, dar costul este destul de mare.Prin urmare, marile companii actuale sunt precaute cu privire la cercetarea de echilibrare activă.Unele fabrici mari doresc chiar să anuleze modulul de echilibrare și să aibă toată echilibrarea efectuată extern, similar cu întreținerea vehiculelor cu combustibil.De fiecare dată când vehiculul parcurge o anumită distanță, acesta va merge la magazinul 4S pentru echilibrare externă.Acest lucru va reduce costul întregului vehicul BMS și va beneficia și de magazinul 4S corespunzător.Este o situație de câștig pentru toate părțile.Prin urmare, personal, înțeleg că acest lucru poate deveni un trend!
3.3 Protecție – diagnosticare defecțiuni și alarmă
Monitorizarea BMS este corelată cu hardware-ul sistemului electric și este împărțită în diferite niveluri de defecțiune (defecțiune minoră, defecțiune gravă, defecțiune fatală) în funcție de diferitele condiții de performanță ale bateriei.Sunt luate diferite măsuri de manipulare în diferite niveluri de defecțiune: avertizare, limitare de putere sau întrerupere directă de înaltă tensiune.Eșecurile includ defecțiuni de achiziție de date și de raționalitate, defecțiuni electrice (senzori și actuatoare), defecțiuni de comunicare și defecțiuni ale stării bateriei.
Un exemplu obișnuit este atunci când o baterie se supraîncălzește, BMS determină că bateria se supraîncălzi pe baza temperaturii acumulate a bateriei, apoi controlează circuitul acestei baterii pentru a se deconecta, efectuează protecție împotriva supraîncălzirii și trimite o alertă sistemelor de management, cum ar fi EMS.
3.4 Comunicare
Funcționarea normală a BMS nu poate fi separată de funcția sa de comunicare.Fie că este vorba de controlul bateriei în timpul gestionării bateriei, de transmiterea stării bateriei către lumea exterioară sau de primirea instrucțiunilor de control, este necesară o comunicare stabilă.
În sistemul de alimentare cu baterii, un capăt al BMS este conectat la baterie, iar celălalt capăt este conectat la sistemele de control și electronice ale întregului vehicul.Mediul general folosește protocolul CAN, dar există o distincție între utilizarea CAN intern între componentele interne ale pachetului de baterii și utilizarea CAN al vehiculului între pachetul de baterii și întregul vehicul.
În schimb, BMS-ul de stocare a energiei și comunicarea internă utilizează practic protocolul CAN, dar comunicarea sa externă (externă se referă în principal la sistemul de expediere a centralei de stocare a energiei PCS) utilizează adesea formatele de protocol Internet protocolul TCP/IP și protocolul modbus.
4) Stocarea energiei BMS
Producătorii de BMS de stocare a energiei au evoluat în general de la BMS de baterii de putere, așa că multe modele și termeni au origini istorice
De exemplu, bateria de alimentare este în general împărțită în BMU (Battery Monitor Unit) și BCU (Battery Control Unit), prima colectând date, iar cea din urmă controlându-le.
Deoarece celula bateriei este un proces electrochimic, mai multe celule ale bateriei formează o baterie.Datorită caracteristicilor fiecărei celule de baterie, indiferent cât de precis este procesul de fabricație, vor exista erori și inconsecvențe în fiecare celulă de baterie în timp și în funcție de mediu.Prin urmare, sistemul de management al bateriei este de a evalua starea actuală a bateriei prin parametri limitați, ceea ce este un pic ca un medic de medicină tradițională chineză care diagnostichează un pacient prin observarea simptomelor, mai degrabă decât medicina occidentală care necesită analize fizice și chimice.Analiza fizică și chimică a corpului uman este similară cu caracteristicile electrochimice ale bateriei, care pot fi măsurate cu instrumente experimentale la scară largă.Cu toate acestea, este dificil pentru sistemele încorporate să evalueze unii indicatori ai electrochimiei.Prin urmare, BMS este ca un vechi medic de medicină chineză.
4.1 Arhitectura cu trei straturi a BMS de stocare a energiei
Datorită numărului mare de celule de baterie din sistemele de stocare a energiei, pentru a economisi costuri, BMS este implementat în general în straturi, cu două sau trei straturi.În prezent, curentul principal este de trei straturi: control master/control master/control slave.
4.2 Descrierea detaliată a BMS de stocare a energiei
5) Situația actuală și tendința viitoare
Există mai multe tipuri de producători care produc BMS:
Prima categorie este utilizatorul final cu puterea cea mai dominantă în bateriile de putere BMS – fabrici de mașini.De fapt, cea mai puternică putere de producție BMS în străinătate sunt și fabricile de mașini, cum ar fi General Motors, Tesla etc. Acasă, există BYD, Huating Power etc.
A doua categorie sunt fabricile de baterii, inclusiv producătorii de celule și producătorii de pachete, cum ar fi Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad etc.;
Cel de-al treilea tip de producători de BMS sunt cei cu mulți ani de experiență în tehnologia electronică de putere și au echipe de cercetare și dezvoltare cu medii universitare sau întreprinderi conexe, cum ar fi Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology și Kegong Electronics.
Spre deosebire de BMS-ul bateriilor de putere, care este dominat în principal de producătorii de vehicule terminale, se pare că utilizatorii finali ai bateriilor de stocare a energiei nu au nevoie sau acțiuni specifice pentru a participa la cercetarea și dezvoltarea și fabricarea BMS.De asemenea, este puțin probabil ca aceștia să cheltuiască mulți bani și energie pentru a dezvolta sisteme de gestionare a bateriilor la scară largă.Prin urmare, se poate considera că industriei BMS a bateriilor de stocare a energiei îi lipsește un jucător important cu avantaje absolute, lăsând un spațiu imens pentru dezvoltare și imaginație producătorilor și vânzătorilor de baterii care se concentrează pe BMS de stocare a energiei.Dacă piața de stocare a energiei este stabilită, aceasta va oferi producătorilor de baterii și producătorilor profesioniști de BMS mult spațiu pentru dezvoltare și o rezistență competitivă mai mică.
În prezent, există relativ puțini producători profesioniști de BMS concentrați pe dezvoltarea BMS de stocare a energiei, în principal datorită faptului că piața de stocare a energiei este încă la început și există încă multe îndoieli cu privire la dezvoltarea viitoare a stocării de energie pe piață.Prin urmare, majoritatea producătorilor nu au dezvoltat BMS legat de stocarea energiei.În mediul de afaceri actual, există și producători care achiziționează BMS pentru baterii pentru vehicule electrice pentru a fi utilizate ca BMS pentru bateriile de stocare a energiei.Se crede că, în viitor, producătorii profesioniști de BMS de vehicule electrice vor deveni, de asemenea, o parte importantă a furnizorilor de BMS utilizați în proiecte de stocare a energiei la scară largă.
În această etapă, există o lipsă de standarde uniforme pentru BMS furnizate de diverși furnizori de sisteme de stocare a energiei.Diferiții producători au design și definiții diferite pentru BMS și, în funcție de diferitele baterii cu care sunt compatibile, algoritmul SOX, tehnologia de egalizare și conținutul de date de comunicare încărcat pot varia, de asemenea.În aplicarea practică a BMS, astfel de diferențe vor crește costurile de aplicare și vor fi în detrimentul dezvoltării industriale.Prin urmare, standardizarea și modularizarea BMS va fi, de asemenea, o direcție importantă de dezvoltare în viitor.
Ora postării: 15-ian-2024