Знания и функции системы управления батареями BMS, введение

Полное название BMS — Система управления батареями.Это устройство, которое контролирует состояние аккумуляторов энергии.Он в основном используется для интеллектуального управления и обслуживания отдельных аккумуляторных элементов, предотвращения перезарядки и чрезмерной разрядки аккумуляторов, продления срока службы аккумуляторов и мониторинга состояния аккумуляторов.Обычно BMS представляет собой печатную плату или аппаратный блок.

 

BMS является одной из основных подсистем аккумуляторной системы накопления энергии, отвечающей за мониторинг рабочего состояния каждой батареи в аккумуляторном накопителе энергии и обеспечивающей безопасную и надежную работу аккумуляторного накопителя энергии.BMS может отслеживать и собирать параметры состояния аккумуляторной батареи в режиме реального времени (включая, помимо прочего, напряжение отдельных элементов, температуру полюсов батареи, ток в контуре батареи, напряжение на клеммах аккумуляторной батареи, сопротивление изоляции аккумуляторной системы и т. д.), а также выполнить необходимый анализ и расчет соответствующих параметров состояния, чтобы получить больше параметров оценки состояния системы.Он также может обеспечить эффективный контроль над самой аккумуляторной батареей в соответствии с конкретными стратегиями управления защитой, чтобы обеспечить безопасную и надежную работу всего аккумуляторного аккумулятора.В то же время BMS может взаимодействовать с другими внешними устройствами (PCS, EMS, системой противопожарной защиты и т. д.) через собственный интерфейс связи и аналогово-цифровой входной интерфейс для формирования связного управления различными подсистемами во всей мощности накопителя энергии. станции, обеспечивая безопасную, надежную и эффективную работу электростанции, подключенной к сети.

2) Архитектура

С точки зрения архитектуры топологии BMS делится на две категории: централизованную и распределенную в соответствии с различными требованиями проекта.

 

Централизованная BMS

Проще говоря, централизованная BMS использует одно оборудование BMS для сбора всех ячеек, что подходит для сценариев с небольшим количеством ячеек.

Централизованная BMS имеет преимущества низкой стоимости, компактной структуры и высокой надежности и обычно используется в сценариях с низкой емкостью, низким общим давлением и небольшим объемом аккумуляторной системы, например, в электроинструментах, роботах (погрузочно-разгрузочных роботах, вспомогательных роботах), Умные дома IOT (подметальные роботы, электрические пылесосы), электрические вилочные погрузчики, электрические тихоходные транспортные средства (электрические велосипеды, электрические мотоциклы, электрические экскурсионные автомобили, электрические патрульные машины, электрические гольф-кары и т. д.) и легкие гибридные транспортные средства.

Централизованное оборудование BMS можно разделить на высоковольтные и низковольтные зоны.Область высокого напряжения отвечает за сбор напряжения отдельных ячеек, общее напряжение системы и контроль сопротивления изоляции.В низковольтную зону входят цепи питания, цепи ЦП, цепи связи CAN, цепи управления и т. д.

Поскольку аккумуляторная система легковых автомобилей продолжает развиваться в сторону большей емкости, высокого общего давления и большого объема, распределенные архитектуры BMS в основном используются в подключаемых гибридных и чисто электрических моделях транспортных средств.

Распределенная BMS

В настоящее время в отрасли существуют различные термины для распределенных BMS, и разные компании имеют разные названия.Силовая батарея BMS в основном имеет двухуровневую архитектуру «главный-подчиненный»:

 

BMS для хранения энергии обычно представляет собой трехуровневую архитектуру из-за большого размера аккумуляторной батареи с главным уровнем управления над подчиненным и основным уровнями управления.

Точно так же, как батареи образуют кластеры батарей, которые, в свою очередь, образуют стопки, трехуровневая BMS также следует тому же восходящему правилу:

Со стороны управления: блок управления батареями (БМУ), собирающий информацию с отдельных батарей.

Контролируйте напряжение и температуру элемента аккумулятора.

Выравнивание заряда батареи в комплекте

Загрузка информации

управление температурным режимом

Аномальная тревога

Главный элемент управления: Блок управления кластером аккумуляторов: BCU (блок аккумуляторного кластера, также известный как блок управления высоким напряжением HVU, BCMU и т. д.), отвечающий за сбор информации о BMU и сбор информации о кластере аккумуляторов.

Сбор данных о токе аккумуляторной батареи, сбор общего напряжения, обнаружение утечек

Защита от отключения питания при ненормальном состоянии батареи

Под управлением BMS калибровка мощности и калибровка SOC могут выполняться отдельно в качестве основы для последующего управления зарядкой и разрядкой.

Блок управления аккумуляторной батареей (BAU) отвечает за централизованное управление батареями во всем блоке аккумуляторных батарей.Он подключается к различным блокам управления аккумуляторным блоком и обменивается информацией с другими устройствами, обеспечивая обратную связь о рабочем состоянии аккумуляторного массива.

Управление зарядкой и разрядкой аккумуляторной батареи

Сигнализация самопроверки и диагностики неисправностей системы BMS

Сигнализация диагностики неисправности аккумуляторной батареи

Защитная защита от различных отклонений и неисправностей в аккумуляторной батарее.

Общайтесь с другими устройствами, такими как PCS и EMS.

Хранение, передача и обработка данных

Уровень управления батареями: отвечает за сбор различной информации (напряжение, температура) отдельных батарей, расчет и анализ SOC и SOH батарей, достижение активного выравнивания отдельных батарей и загрузку аномальной информации об отдельных батареях на уровень BCMU блока аккумуляторных батарей.Через внешнюю связь CAN он подключается последовательно.

Уровень управления батареями: отвечает за сбор различной информации от отдельных батарей, загружаемых BMU, сбор различной информации о аккумуляторной батарее (напряжение батареи, температура батареи), токах зарядки и разрядки аккумуляторной батареи, расчет и анализ SOC и SOH аккумуляторной батареи. и загрузку всей информации на уровень BAMS блока аккумуляторных батарей.Через внешнюю связь CAN он подключается последовательно.

Уровень управления кластером батарей: отвечает за сбор различной информации о батареях, загружаемой BCMU, и загрузку всей информации в систему EMS мониторинга накопления энергии через интерфейс RJ45;связь с PCS для отправки соответствующей аномальной информации о батарее в PCS (интерфейс CAN или RS485) и оснащен аппаратными сухими узлами для связи с PCS.Кроме того, он выполняет оценку BSE (оценка состояния батареи) аккумуляторной системы, определение состояния электрической системы, управление контакторами, управление температурным режимом, управление эксплуатацией, управление зарядкой, управление диагностикой, а также выполняет управление внутренней и внешней сетью связи.Общается с подчиненными через CAN.

3) Что делает BMS?

Функции BMS многочисленны, но наиболее важными для нас являются три аспекта:

Одним из них является зондирование (управление состоянием), которое является основной функцией BMS.Он измеряет напряжение, сопротивление, температуру и, в конечном итоге, определяет состояние батареи.Мы хотим знать, в каком состоянии аккумулятор, сколько у него энергии и емкости, насколько он исправен, сколько энергии он производит и насколько он безопасен.Это ощущение.

Второе – управление (управление балансом).Некоторые говорят, что BMS — няня аккумулятора.Тогда эта няня должна с этим справиться.Чем управлять?Это сделать батарею как можно лучше.Самым простым является управление балансом и управление температурой.

Третье – защита (управление безопасностью).У няни тоже есть работа.Если батарея имеет какой-либо статус, ее необходимо защитить и подать сигнал тревоги.

Конечно, существует также компонент управления связью, который передает данные внутри или за пределы системы посредством определенных протоколов.

BMS имеет множество других функций, таких как управление работой, контроль изоляции, управление температурным режимом и т. д., которые здесь не обсуждаются.

 

3.1 Восприятие – измерение и оценка

Основная функция BMS — измерение и оценка параметров батареи, включая основные параметры, такие как напряжение, ток, температура и состояние, а также расчет данных о состоянии батареи, таких как SOC и SOH.Область силовых батарей также включает в себя расчеты SOP (состояние мощности) и SOE (состояние энергии), которые здесь не обсуждаются.Мы сосредоточимся на первых двух наиболее широко используемых данных.

Измерение клеток

1) Измерение базовой информации: самой основной функцией системы управления батареями является измерение напряжения, тока и температуры отдельных ячеек батареи, что является основой для всех вычислений верхнего уровня и логики управления в системе управления батареями.

2) Проверка сопротивления изоляции. Проверка изоляции необходима для всей аккумуляторной системы и высоковольтной системы в системе управления аккумуляторами.

3) Обнаружение блокировки высокого напряжения (HVIL): используется для подтверждения целостности всей высоковольтной системы и принятия мер безопасности, когда целостность контура высоковольтной системы нарушена.

расчет SOC

SOC относится к состоянию заряда, которое представляет собой оставшуюся емкость аккумулятора.Проще говоря, это то, сколько энергии осталось в аккумуляторе.

SOC — самый важный параметр в BMS, так как на нем основано все остальное.Поэтому его точность и надежность (также известная как способность исправления ошибок) чрезвычайно важны.Без точного SOC никакие функции защиты не смогут обеспечить правильную работу BMS, поскольку батарея часто находится в защищенном состоянии, что делает невозможным продление срока ее службы.

В настоящее время основные методы оценки SOC включают метод напряжения холостого хода, метод интегрирования тока, метод фильтра Калмана и метод нейронной сети.Обычно используются первые два метода.Последние два метода требуют передовых знаний, таких как модели интеграции и искусственный интеллект, которые здесь не подробно описаны.

В практических приложениях часто используются комбинации нескольких алгоритмов, причем разные алгоритмы применяются в зависимости от состояния зарядки и разрядки аккумулятора.

метод напряжения разомкнутой цепи

Принцип метода измерения напряжения холостого хода заключается в использовании относительно фиксированной функциональной зависимости между напряжением холостого хода и SOC при условии длительного статического размещения батареи и, таким образом, оценка SOC на основе напряжения холостого хода.Ранее широко используемый электрический велосипед со свинцово-кислотной батареей использует этот метод для оценки SOC.Метод определения напряжения холостого хода прост и удобен, но имеет и множество недостатков:

1. Батарею необходимо оставить стоять на длительное время, иначе напряжение холостого хода будет сложно стабилизировать за короткий период времени;

2. В батареях, особенно в литий-железо-фосфатных батареях, наблюдается плато напряжения, где напряжение на клеммах и кривая SOC примерно линейны в диапазоне SOC 30–80 %;

3. Батарея находится при разных температурах или на разных стадиях срока службы, и хотя напряжение холостого хода одинаковое, фактическая разница в SOC может быть большой;

Как показано на рисунке ниже, когда мы используем этот электрический велосипед, если текущий SOC отображается как 100%, напряжение падает при ускорении, а мощность может отображаться как 80%.Когда мы прекращаем ускорение, напряжение возрастает, и мощность возвращается к 100%.Таким образом, отображение мощности нашего электросамоката неточно.Когда мы останавливаемся, у него есть сила, но когда мы начинаем, у него заканчивается сила.Возможно, проблема не в аккумуляторе, а в том, что алгоритм SoC BMS слишком прост.

Интегральный метод Ань-Ши

Метод интеграции Anshicontinious напрямую рассчитывает значение SOC в реальном времени посредством определения SOC.

Учитывая начальное значение SOC, пока можно измерить ток батареи (когда ток разряда положительный), изменение емкости батареи можно точно рассчитать путем интегрирования тока, что приведет к оставшемуся SOC.

Этот метод дает относительно надежные результаты оценки за короткий период времени, но из-за ошибок измерения датчика тока и постепенной деградации емкости батареи длительное интегрирование тока будет вносить определенные отклонения.Поэтому он обычно используется в сочетании с методом напряжения холостого хода для оценки начального значения для оценки SOC с низкими требованиями к точности, а также может использоваться в сочетании с методом фильтрации Калмана для краткосрочного прогнозирования SOC.

SOC (Состояние заряда) относится к основному алгоритму управления BMS и отображает текущий статус оставшейся мощности.В основном это достигается за счет метода интеграции ампер-часов и алгоритма EKF (расширенный фильтр Калмана) в сочетании со стратегиями коррекции (такими как коррекция напряжения холостого хода, коррекция полного заряда, коррекция окончания зарядки, коррекция емкости при различных температурах и SOH, и т. д.).Метод интегрирования ампер-часов относительно надежен при условии обеспечения точности измерения тока, но не является устойчивым.Из-за накопления ошибок его необходимо сочетать со стратегиями коррекции.Метод EKF надежен, но алгоритм относительно сложен и труден в реализации.Отечественные производители могут достичь точности менее 6% при комнатной температуре, но оценить при высоких и низких температурах и затухании заряда батареи сложно.

Коррекция SOC

Из-за текущих колебаний расчетный SOC может быть неточным, и в процесс оценки необходимо включать различные стратегии коррекции.

 

расчет СОХ

SOH относится к состоянию здоровья, которое указывает текущее состояние здоровья батареи (или степень деградации батареи).Обычно оно представляет собой значение от 0 до 100 %, при этом значения ниже 80 % обычно указывают на то, что батарея больше не пригодна к использованию.Это может быть представлено изменением емкости аккумулятора или внутреннего сопротивления.При использовании емкости фактическая емкость текущей батареи оценивается на основе данных рабочего процесса батареи, а ее отношение к номинальной емкости представляет собой SOH.Точный SOH улучшит точность оценки других модулей, когда батарея разряжается.

В отрасли существует два разных определения SOH:

Определение SOH на основе снижения мощности

В процессе использования литий-ионных аккумуляторов количество активного материала внутри аккумулятора постепенно уменьшается, внутреннее сопротивление увеличивается, а емкость снижается.Поэтому SOH можно оценить по емкости аккумулятора.Состояние батареи выражается как отношение текущей емкости к начальной емкости, а ее SOH определяется как:

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

Где: C_fade — потерянная емкость аккумулятора;C_standard — номинальная мощность.

Стандарт IEEE 1188-1996 предусматривает, что при падении емкости силовой батареи до 80% батарею следует заменить.Поэтому мы обычно считаем, что SOH батареи недоступен, когда его уровень ниже 80%.

Определение SOH на основе затухания мощности (Power Fade)

Старение практически всех типов аккумуляторов приведет к увеличению внутреннего сопротивления аккумулятора.Чем выше внутреннее сопротивление батареи, тем ниже доступная мощность.Следовательно, SOH можно оценить, используя затухание мощности.

3.2 Менеджмент – сбалансированная технология

Каждая батарея имеет свою «личность».

Говоря о балансе, нам следует начать с аккумуляторов.Даже аккумуляторы, выпущенные одной партией одним производителем, имеют свой жизненный цикл и «личность» — емкость каждого аккумулятора не может быть абсолютно одинаковой.Есть две причины такого несоответствия:

Одним из них является непоследовательность производства клеток.

Одним из них является противоречивость электрохимических реакций.

несоответствие производства

Производственные несоответствия легко понять.Например, в ходе производственного процесса несоответствие диафрагмы, а также несоответствие материалов катода и анода может привести к общей несоответствию емкости батареи.Стандартная батарея емкостью 50 Ач может стать емкостью 49 Ач или 51 Ач.

электрохимическое несоответствие

Непоследовательность электрохимии заключается в том, что в процессе зарядки и разрядки аккумулятора, даже если производство и обработка двух элементов идентичны, тепловая среда никогда не может быть постоянной в процессе электрохимической реакции.Например, при изготовлении аккумуляторных модулей температура окружающего кольца должна быть ниже, чем у среднего.Это приводит к долговременному несоответствию между объемами зарядки и разрядки, что, в свою очередь, приводит к нестабильной емкости аккумуляторных элементов;Когда токи зарядки и разрядки SEI-пленки на аккумуляторном элементе не совпадают в течение длительного времени, старение SEI-пленки также будет неравномерным.

*SEI-пленка: «твердый электролит» (твердый электролит).Во время первого процесса заряда-разряда жидкой литий-ионной батареи материал электрода вступает в реакцию с электролитом на границе раздела фаз твердая-жидкость, образуя пассивирующий слой, покрывающий поверхность материала электрода.Пленка SEI является электронным изолятором и отличным проводником ионов лития, который не только защищает электрод, но и не влияет на работу аккумулятора.Старение пленки SEI оказывает существенное влияние на состояние аккумулятора.

Поэтому неравномерность (или дискретность) аккумуляторных блоков является неизбежным проявлением работы аккумуляторов.

Зачем нужен баланс

Батарейки разные, так почему бы не попробовать сделать их одинаковыми?Поскольку несоответствие повлияет на производительность аккумуляторной батареи.

Последовательный аккумуляторный блок соответствует эффекту короткого ствола: в последовательно соединенной аккумуляторной системе емкость всей аккумуляторной системы определяется наименьшим отдельным блоком.

Предположим, у нас есть аккумуляторный блок, состоящий из трех батареек:

Мы знаем, что чрезмерная зарядка и чрезмерная разрядка могут серьезно повредить аккумуляторы.Поэтому, когда батарея B полностью заряжена во время зарядки или когда SoC батареи B очень низка во время разрядки, необходимо прекратить зарядку и разрядку, чтобы защитить батарею B. В результате мощность батарей A и C не может быть полностью восстановлена. использован.

Это ведет к:

Фактическая полезная емкость аккумуляторной батареи уменьшилась: батареи A и C, которые могли бы использовать имеющуюся емкость, теперь не могут сделать это для размещения батареи B. Это похоже на двух людей на трех ногах, связанных вместе, с высокий человек, неспособный делать большие шаги.

Уменьшение срока службы батареи. Меньшая длина шага требует большего количества шагов и приводит к большей усталости ног.При уменьшении емкости увеличивается количество циклов зарядки и разрядки, что приводит к еще большей деградации аккумулятора.Например, одна ячейка может выполнить 4000 циклов при 100% DoD, но при реальном использовании она не может достичь 100%, и количество циклов определенно не достигнет 4000.

*DoD, глубина разряда, представляет собой процент разрядной емкости аккумулятора от номинальной емкости аккумулятора.

Несоответствие аккумуляторов приводит к снижению производительности аккумуляторного блока.Когда размер батарейного модуля велик, несколько рядов батарей соединяются последовательно, и большая разница в напряжении приведет к уменьшению емкости всего блока.Чем больше батарей соединено последовательно, тем большую емкость они теряют.Однако в наших приложениях, особенно в системах хранения энергии, есть два важных требования:

Во-первых, это аккумулятор с длительным сроком службы, который может значительно снизить затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание.Система накопления энергии предъявляет высокие требования к сроку службы аккумуляторной батареи.Большинство отечественных рассчитаны на 15 лет.Если предположить 300 циклов в год, то 15 лет — это 4500 циклов, что все еще очень много.Нам необходимо максимально увеличить срок службы каждой батареи, чтобы общий срок службы всей аккумуляторной батареи мог максимально достичь расчетного срока службы, и уменьшить влияние рассеивания заряда батареи на срок службы аккумуляторной батареи.

Второй глубокий цикл, особенно в сценарии применения пикового сглаживания, высвобождение еще одного кВтч электроэнергии принесет еще один пункт дохода.То есть мы будем делать 80% DoD или 90% DoD.При использовании глубокого цикла в системе накопления энергии будет проявляться разброс батареи при хвостовом разряде.Следовательно, чтобы обеспечить полное высвобождение емкости каждого отдельного элемента в условиях глубокой зарядки и глубокой разрядки, необходимо потребовать, чтобы система хранения энергии BMS имела сильные возможности управления выравниванием и подавляла возникновение согласованности между элементами батареи. .

Эти два требования прямо противоречат несоответствию батареи.Чтобы добиться более эффективного применения аккумуляторных батарей, нам необходима более эффективная технология балансировки, позволяющая уменьшить влияние несогласованности аккумуляторов.

равновесная технология

Технология выравнивания заряда батареи — это способ сделать батареи разной емкости одинаковыми.Существует два распространенных метода выравнивания: однонаправленное выравнивание рассеяния энергии (пассивное выравнивание) и двунаправленное выравнивание передачи энергии (активное выравнивание).

(1) Пассивный баланс

Принцип пассивного выравнивания заключается в параллельном подключении отключаемого разрядного резистора к каждой цепочке батарей.BMS управляет разрядным резистором для разряда элементов с более высоким напряжением, рассеивая электрическую энергию в виде тепла.Например, когда батарея B почти полностью заряжена, переключатель размыкается, позволяя резистору батареи B рассеивать избыточную электрическую энергию в виде тепла.Затем зарядка продолжается до тех пор, пока батареи A и C не будут полностью заряжены.

Этот метод позволяет разряжать только высоковольтные элементы и не может перезаряжать элементы малой емкости.Из-за ограничения мощности разрядного сопротивления ток уравнивания обычно невелик (менее 1 А).

Преимущества пассивного выравнивания — низкая стоимость и простота схемотехники;Недостатки заключаются в том, что для выравнивания он основан на минимальной оставшейся емкости батареи, что не может увеличить емкость батарей с низкой остаточной емкостью, и что 100% уравновешенной мощности тратится в виде тепла.

(2) Активный баланс

С помощью алгоритмов несколько цепочек батарей передают энергию высоковольтных ячеек низковольтным с помощью компонентов хранения энергии, разряжая батареи с более высоким напряжением и используя высвободившуюся энергию для зарядки ячеек с более низким напряжением.Энергия в основном передается, а не рассеивается.

Таким образом, во время зарядки батарея B, которая первой достигает напряжения 100%, разряжается в батареи A и C, и три батареи вместе полностью заряжаются.Во время разрядки, когда оставшийся заряд батареи B слишком низкий, A и C «заряжают» B, так что ячейка B не достигает порога SOC для остановки разрядки так быстро.

Основные особенности технологии активной балансировки

(1) Сбалансируйте высокое и низкое напряжение для повышения эффективности аккумуляторной батареи: во время зарядки и разрядки, а также в состоянии покоя высоковольтные батареи можно разряжать, а низковольтные батареи можно заряжать;

(2) Передача энергии с низкими потерями: энергия в основном передается, а не просто теряется, что повышает эффективность использования энергии;

(3) Большой равновесный ток: как правило, равновесный ток составляет от 1 до 10 А, и равновесие происходит быстрее;

Активное выравнивание требует настройки соответствующих схем и накопителей энергии, что приводит к большому объему и увеличению стоимости.Эти два условия вместе определяют, что активное уравнивание нелегко продвигать и применять.

Кроме того, процесс активного выравнивания заряда и разряда косвенно увеличивает срок службы аккумулятора.Для ячеек, которым для достижения баланса требуется зарядка и разрядка, дополнительная рабочая нагрузка может привести к тому, что их старение превысит старение обычных ячеек, что приведет к большему отставанию в производительности от других ячеек.

Некоторые эксперты полагают, что два приведенных выше выражения должны соответствовать диссипативному равновесию и недиссипативному равновесию.Будет ли он активным или пассивным, должно зависеть от события, которое запускает процесс равновесия.Если система достигает состояния, в котором она должна быть пассивной, она пассивна.Если его задают люди, то установка программы равновесия, когда нет необходимости балансировать, называется активным равновесием.

Например, когда разряд подходит к концу, ячейка с самым низким напряжением достигла напряжения отключения разряда, в то время как другие ячейки все еще имеют питание.В это время, чтобы разрядить как можно больше электроэнергии, система передает электричество от ячеек с высокой энергией к ячейкам с низкой энергией, позволяя процессу разряда продолжаться до тех пор, пока не будет разряжена вся мощность.Это процесс пассивного выравнивания.Если система прогнозирует, что в конце разряда возникнет дисбаланс, когда осталось еще 40% мощности, она запустит процесс активного выравнивания.

Активное выравнивание делится на централизованные и децентрализованные методы.Метод централизованного выравнивания получает энергию от всего аккумуляторного блока, а затем использует устройство преобразования энергии для подачи энергии к батареям с меньшим количеством энергии.Децентрализованное выравнивание включает в себя линию хранения энергии между соседними батареями, которая может представлять собой катушку индуктивности или конденсатор, позволяющую энергии течь между соседними батареями.

В текущей стратегии управления балансом есть те, кто принимает напряжение элемента в качестве целевого параметра управления, а также есть те, кто предлагает использовать SOC в качестве целевого параметра управления балансом.В качестве примера возьмем напряжение ячейки.

Сначала задайте пару пороговых значений для начала и окончания выравнивания: например, в комплекте батарей, когда разница между крайним напряжением одной ячейки и средним напряжением комплекта достигает 50 мВ, выравнивание инициируется, а когда оно достигает 5мВ, выравнивание прекращается.

BMS собирает напряжение каждой ячейки в соответствии с фиксированным циклом сбора данных, вычисляет среднее значение, а затем вычисляет разницу между напряжением каждой ячейки и средним значением;

Если максимальная разница достигает 50 мВ, BMS необходимо запустить процесс выравнивания;

Продолжайте шаг 2 в процессе выравнивания, пока все значения разницы не станут меньше 5 мВ, а затем завершите выравнивание.

Следует отметить, что не все BMS требуют этого шага, и последующие стратегии могут различаться в зависимости от метода балансировки.

Технология баланса также связана с типом батареи.Принято считать, что LFP больше подходит для активного баланса, а троичные батареи — для пассивного баланса.

Стадия острой конкуренции в сфере BMS в основном поддерживается стоимостью и надежностью.В настоящее время экспериментальная проверка активной балансировки еще не достигнута.Ожидается, что уровень функциональной безопасности двинется в сторону ASIL-C и ASIL-D, но стоимость этого достаточно высока.Поэтому нынешние крупные компании с осторожностью относятся к активным исследованиям балансирования.Некоторые крупные заводы даже хотят отказаться от модуля балансировки и выполнять всю балансировку снаружи, аналогично техническому обслуживанию автомобилей, работающих на топливе.Каждый раз, когда автомобиль проезжает определенное расстояние, он отправляется в магазин 4S для внешней балансировки.Это снизит стоимость всей BMS автомобиля, а также принесет пользу соответствующему магазину 4S.Это беспроигрышная ситуация для всех сторон.Поэтому лично я понимаю, что это может стать тенденцией!

3.3 Защита – диагностика неисправностей и сигнализация

Мониторинг BMS согласован с аппаратным обеспечением электрической системы и разделен на различные уровни отказов (незначительный отказ, серьезный отказ, фатальный отказ) в зависимости от различных условий эксплуатации аккумулятора.При различных уровнях отказа принимаются различные меры реагирования: предупреждение, ограничение мощности или прямое отключение по высокому напряжению.К сбоям относятся сбои сбора данных и рациональности, электрические сбои (датчики и исполнительные механизмы), сбои связи и сбои состояния батареи.

Типичный пример: когда батарея перегревается, BMS определяет, что батарея перегревается, на основе собранных данных о температуре батареи, затем управляет цепью этой батареи для отключения, выполняет защиту от перегрева и отправляет предупреждение в системы управления, такие как EMS.

3.4 Связь

Нормальную работу BMS нельзя отделить от ее коммуникационной функции.Будь то контроль батареи во время управления батареей, передача состояния батареи во внешний мир или получение инструкций по управлению, требуется стабильная связь.

В системе силовых аккумуляторов один конец BMS подключен к аккумулятору, а другой конец подключен к системам управления и электронике всего автомобиля.В общей среде используется протокол CAN, но существует различие между использованием внутреннего CAN между внутренними компонентами аккумуляторной батареи и использованием CAN транспортного средства между аккумуляторной батареей и всем автомобилем.

Напротив, BMS для хранения энергии и внутренняя связь в основном используют протокол CAN, но его внешняя связь (внешняя в основном относится к системе диспетчеризации PCS электростанции) часто использует форматы интернет-протокола TCP / IP и протокол Modbus.

4) накопитель энергии BMS

Производители BMS для хранения энергии, как правило, произошли от BMS с силовыми батареями, поэтому многие конструкции и термины имеют историческое происхождение.

Например, силовая батарея обычно делится на BMU (блок мониторинга батареи) и BCU (блок управления батареей), причем первый собирает данные, а второй управляет ими.

Поскольку элемент батареи представляет собой электрохимический процесс, несколько ячеек батареи образуют батарею.Из-за характеристик каждого элемента батареи, независимо от того, насколько точным является производственный процесс, со временем и в зависимости от окружающей среды в каждом элементе батареи будут возникать ошибки и несоответствия.Таким образом, система управления аккумулятором должна оценивать текущее состояние аккумулятора по ограниченным параметрам, что немного похоже на то, как врач традиционной китайской медицины ставит диагноз пациенту, наблюдая за симптомами, а не на то, как западная медицина требует физического и химического анализа.Физический и химический анализ человеческого тела аналогичен электрохимическим характеристикам батареи, которые можно измерить с помощью крупномасштабных экспериментальных приборов.Однако встроенным системам сложно оценить некоторые показатели электрохимии.Таким образом, BMS похож на старого врача китайской медицины.

4.1 Трехуровневая архитектура хранения энергии BMS

Из-за большого количества аккумуляторных элементов в системах хранения энергии в целях экономии затрат BMS обычно реализуется послойно, в два или три слоя.В настоящее время основной поток состоит из трех уровней: главный контроль/главный контроль/подчиненный контроль.

4.2 Подробное описание системы хранения энергии BMS

5) Текущая ситуация и будущие тенденции

Существует несколько типов производителей, выпускающих BMS:

Первая категория — это конечный пользователь, обладающий наиболее доминирующей властью в области аккумуляторной батареи BMS — автомобильные заводы.Фактически, самой сильной производственной силой BMS за рубежом являются также автомобильные заводы, такие как General Motors, Tesla и т. д. В стране есть BYD, Huating Power и т. д.

Вторая категория — заводы по производству аккумуляторов, в том числе производители аккумуляторов и аккумуляторов, такие как Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad и т. д.;

Третий тип производителей BMS — это те, кто имеет многолетний опыт работы в области силовой электроники и имеют команды исследований и разработок с университетским или смежным опытом работы на предприятиях, такие как Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology и Kegong Electronics.

В отличие от BMS силовых батарей, в котором в основном доминируют производители транспортных средств, конечные пользователи аккумуляторных батарей не имеют необходимости или особых действий для участия в исследованиях, разработках и производстве BMS.Также маловероятно, что они потратят много денег и энергии на разработку крупномасштабных систем управления батареями.Таким образом, можно считать, что в отрасли BMS для хранения энергии не хватает важного игрока с абсолютными преимуществами, что оставляет огромное пространство для развития и воображения для производителей и поставщиков аккумуляторов, специализирующихся на BMS для хранения энергии.Если рынок хранения энергии будет создан, это предоставит производителям аккумуляторов и профессиональным производителям систем управления зданием большие возможности для развития и меньшее конкурентное сопротивление.

В настоящее время существует относительно мало профессиональных производителей BMS, занимающихся разработкой BMS для хранения энергии, главным образом из-за того, что рынок хранения энергии все еще находится в зачаточном состоянии и на рынке все еще существует много сомнений относительно будущего развития систем хранения энергии.Поэтому большинство производителей не разработали BMS, связанную с хранением энергии.В реальной деловой среде есть также производители, которые приобретают BMS для аккумуляторов электромобилей для использования в качестве BMS для аккумуляторных батарей.Считается, что в будущем профессиональные производители BMS для электромобилей также, вероятно, станут важной частью поставщиков BMS, используемых в крупномасштабных проектах по хранению энергии.

На данном этапе наблюдается отсутствие единых стандартов для BMS, предоставляемых различными поставщиками систем хранения энергии.У разных производителей разные конструкции и определения BMS, и в зависимости от разных батарей, с которыми они совместимы, алгоритм SOX, технология выравнивания и загружаемый контент коммуникационных данных также могут различаться.При практическом применении BMS такие различия увеличат затраты на применение и нанесут ущерб промышленному развитию.Поэтому стандартизация и модульность BMS также станут важным направлением развития в будущем.