Znanje in funkcija sistema za upravljanje baterij BMS, uvod

Polno ime BMS je Battery Management System.Gre za napravo, ki spremlja stanje baterij za shranjevanje energije.Uporablja se predvsem za inteligentno upravljanje in vzdrževanje posameznih baterijskih celic, preprečevanje prekomernega polnjenja in prekomernega praznjenja baterij, podaljšanje življenjske dobe baterije in spremljanje stanja baterije.Na splošno je BMS predstavljen kot vezje ali strojna škatla.

 

BMS je eden od osrednjih podsistemov sistema za shranjevanje energije v baterijah, ki je odgovoren za spremljanje stanja delovanja vsake baterije v enoti za shranjevanje energije v bateriji in zagotavljanje varnega in zanesljivega delovanja enote za shranjevanje energije.BMS lahko spremlja in zbira statusne parametre baterije za shranjevanje energije v realnem času (vključno z napetostjo ene celice, temperaturo polov baterije, tokovno zanko baterije, napetostjo sponk baterije, izolacijskim uporom baterijskega sistema itd.), in ne omejeno na to. izvedite potrebno analizo in izračun ustreznih statusnih parametrov, da pridobite več parametrov za vrednotenje statusa sistema.Prav tako lahko doseže učinkovit nadzor same baterije za shranjevanje energije v skladu s posebnimi strategijami nadzora zaščite, da se zagotovi varno in zanesljivo delovanje celotne enote za shranjevanje energije baterije.Hkrati lahko BMS komunicira z drugimi zunanjimi napravami (PCS, EMS, sistem protipožarne zaščite itd.) prek lastnega komunikacijskega vmesnika in analogno/digitalnega vhodnega vmesnika, da tvori povezovalni nadzor različnih podsistemov v celotni moči shranjevanja energije. postaje, ki zagotavlja varno, zanesljivo in učinkovito delovanje elektrarne v omrežju.

2) Arhitektura

Z vidika topološke arhitekture je BMS razdeljen v dve kategoriji: centralizirano in porazdeljeno glede na različne zahteve projekta.

 

Centraliziran BMS

Preprosto povedano, centralizirani BMS uporablja eno strojno opremo BMS za zbiranje vseh celic, kar je primerno za scenarije z malo celicami.

Centralizirani BMS ima prednosti nizkih stroškov, kompaktne strukture in visoke zanesljivosti ter se običajno uporablja v scenarijih z nizko zmogljivostjo, nizkim skupnim tlakom in majhno prostornino akumulatorskega sistema, kot so električna orodja, roboti (roboti za rokovanje, pomožni roboti), IOT pametni domovi (roboti za pometanje, električni sesalniki), električni viličarji, električna vozila za nizke hitrosti (električna kolesa, električni motorji, električni turistični avtomobili, električni patruljni avtomobili, električni vozički za golf itd.) in lahka hibridna vozila.

Centralizirano strojno opremo BMS lahko razdelimo na visokonapetostna in nizkonapetostna območja.Visokonapetostno območje je odgovorno za zbiranje napetosti posamezne celice, skupne napetosti sistema in spremljanje izolacijske upornosti.Nizkonapetostno območje vključuje napajalna vezja, vezja CPE, komunikacijska vezja CAN, krmilna vezja itd.

Ker se sistem električnih baterij osebnih vozil še naprej razvija v smeri visoke zmogljivosti, visokega skupnega tlaka in velike prostornine, se porazdeljene arhitekture BMS večinoma uporabljajo v modelih priključnih hibridov in čisto električnih vozil.

Porazdeljeni BMS

Trenutno obstajajo različni izrazi za porazdeljene BMS v industriji in različna podjetja imajo različna imena.Napajalna baterija BMS ima večinoma dvonivojsko arhitekturo master-slave:

 

BMS za shranjevanje energije je običajno trinivojska arhitektura zaradi velike velikosti baterijskega paketa, z glavno kontrolno plastjo nad podrejeno in glavno kontrolno plastjo.

Tako kot baterije tvorijo grozde baterij, ki tvorijo sklade, tudi trinivojski BMS sledi istemu pravilu navzgor:

Od nadzora: enota za upravljanje baterije (BMU), ki zbira informacije iz posameznih baterij.

Spremljajte napetost in temperaturo celice baterije

Izenačitev baterije v paketu

Nalaganje informacij

toplotno upravljanje

Nenormalen alarm

Glavni nadzor: Enota za upravljanje baterijske gruče: BCU (enota baterijske gruče, znana tudi kot enota za upravljanje visoke napetosti HVU, BCMU itd.), odgovorna za zbiranje informacij o BMU in zbiranje informacij o baterijski gruči.

Zajem toka akumulatorskega grozda, zajem skupne napetosti, odkrivanje puščanja

Zaščita pred izklopom, ko je stanje baterije nenormalno

Pod upravljanjem BMS je mogoče kalibracijo zmogljivosti in kalibracijo SOC dokončati ločeno kot osnovo za naknadno upravljanje polnjenja in praznjenja

Enota za upravljanje nizov baterij (BAU) je odgovorna za centralizirano upravljanje baterij v celotnem skladu baterij za shranjevanje energije.Povezuje se z različnimi enotami za upravljanje baterijskega grozda in izmenjuje informacije z drugimi napravami, da zagotovi povratne informacije o stanju delovanja baterijskega niza.

Upravljanje polnjenja in praznjenja baterijskega niza

Alarm za samokontrolo sistema BMS in diagnozo napak

Alarm za diagnozo napake akumulatorja

Varnostna zaščita za različne nenormalnosti in napake v nizu baterij

Komunicirajte z drugimi napravami, kot sta PCS in EMS

Shranjevanje, prenos in obdelava podatkov

Plast upravljanja baterije: odgovorna za zbiranje različnih informacij (napetost, temperatura) posameznih baterij, izračun in analizo SOC in SOH baterij, doseganje aktivnega izenačevanja posameznih baterij in nalaganje neobičajnih informacij posameznih baterij v plast enote baterijskega paketa BCMU.Prek zunanje komunikacije CAN je medsebojno povezan z marjetico.

Sloj za upravljanje baterije: odgovoren za zbiranje različnih informacij iz posameznih baterij, ki jih je naložil BMU, zbiranje različnih informacij o baterijskem paketu (napetost paketa, temperatura paketa), tokovih polnjenja in praznjenja akumulatorskega paketa, izračun in analizo SOC in SOH baterijskega sklopa. in nalaganje vseh informacij v plast enote baterijske gruče BAMS.Prek zunanje komunikacije CAN je medsebojno povezan z marjetico.

Plast upravljanja baterijskih grozdov: odgovorna za zbiranje različnih informacij o baterijah, ki jih naloži BCMU, in nalaganje vseh informacij v sistem EMS za spremljanje shranjevanja energije prek vmesnika RJ45;komunikacija s PCS za pošiljanje ustreznih neobičajnih informacij o bateriji v PCS (vmesnik CAN ali RS485) in opremljena s strojnimi suhimi vozlišči za komunikacijo s PCS.Poleg tega izvaja ovrednotenje akumulatorskega sistema BSE (Battery State Estimate), zaznavanje statusa električnega sistema, upravljanje kontaktorjev, termično upravljanje, upravljanje delovanja, upravljanje polnjenja, diagnostično upravljanje ter izvaja upravljanje notranjega in zunanjega komunikacijskega omrežja.S podrejenimi komunicira preko CAN.

3) Kaj počne BMS?

Funkcije BMS so številne, vendar so jedro in tisto, kar nas najbolj skrbi, trije vidiki:

Eno je zaznavanje (upravljanje stanja), kar je osnovna funkcija BMS.Meri napetost, upor, temperaturo in na koncu zazna stanje baterije.Želimo vedeti, v kakšnem stanju je baterija, koliko energije in kapacitete ima, kako zdrava je, koliko energije proizvede in kako varna je.To je zaznavanje.

Drugi je management (upravljanje ravnotežja).Nekateri pravijo, da je BMS varuška baterije.Potem bi morala ta varuška to urediti.Kaj upravljati?To je, da je baterija čim boljša.Najbolj osnovno je upravljanje ravnotežja in upravljanje toplote.

Tretja je zaščita (varnostni management).Tudi varuška ima svoje delo.Če ima baterija neko stanje, jo je treba zaščititi in sprožiti alarm.

Seveda obstaja tudi komponenta za upravljanje komunikacije, ki prenaša podatke znotraj ali izven sistema prek določenih protokolov.

BMS ima številne druge funkcije, kot so nadzor delovanja, nadzor izolacije, upravljanje toplote itd., O katerih tukaj ne govorimo.

 

3.1 Zaznavanje – merjenje in ocenjevanje

Osnovna funkcija BMS je merjenje in ocenjevanje parametrov baterije, vključno z osnovnimi parametri, kot so napetost, tok, temperatura in stanje, ter izračuni podatkov o stanju baterije, kot sta SOC in SOH.Področje električnih baterij vključuje tudi izračune SOP (stanje moči) in SOE (stanje energije), ki tukaj niso obravnavani.Osredotočili se bomo na prva dva bolj razširjena podatka.

Merjenje celic

1) Merjenje osnovnih informacij: najbolj osnovna funkcija sistema za upravljanje baterije je merjenje napetosti, toka in temperature posameznih baterijskih celic, kar je osnova za vse izračune na najvišji ravni in kontrolno logiko v sistemu za upravljanje baterije.

2) Testiranje izolacijske upornosti: Testiranje izolacije je potrebno za celoten akumulatorski sistem in visokonapetostni sistem znotraj sistema za upravljanje akumulatorja.

3) Zaznavanje visokonapetostne zapore (HVIL): uporablja se za potrditev celovitosti celotnega visokonapetostnega sistema in sprožitev varnostnih ukrepov, ko je ogrožena celovitost visokonapetostne sistemske zanke.

Izračun SOC

SOC se nanaša na stanje napolnjenosti, ki je preostala zmogljivost baterije.Preprosto povedano, to je, koliko energije je ostalo v bateriji.

SOC je najpomembnejši parameter v BMS, saj vse ostalo temelji na njem.Zato sta njegova natančnost in robustnost (znani tudi kot zmožnost odpravljanja napak) izjemno pomembni.Brez natančnega SOC nobena zaščitna funkcija ne more zagotoviti pravilnega delovanja BMS, saj bo baterija pogosto v zaščitenem stanju, zaradi česar je nemogoče podaljšati življenjsko dobo baterije.

Trenutno glavne metode ocenjevanja SOC vključujejo metodo napetosti odprtega tokokroga, metodo integracije toka, metodo Kalmanovega filtra in metodo nevronske mreže.Običajno se uporabljata prvi dve metodi.Slednji dve metodi vključujeta napredno znanje, kot so modeli integracije in umetna inteligenca, ki tukaj niso podrobno opisani.

V praktičnih aplikacijah se pogosto uporablja več algoritmov v kombinaciji, pri čemer so različni algoritmi sprejeti glede na stanje polnjenja in praznjenja baterije.

metoda napetosti odprtega tokokroga

Načelo metode napetosti odprtega tokokroga je uporaba relativno fiksnega funkcionalnega razmerja med napetostjo odprtega tokokroga in SOC pod pogojem dolgotrajne statične namestitve baterije in tako oceniti SOC na podlagi napetosti odprtega tokokroga.Prej pogosto uporabljeno električno kolo s svinčeno-kislinsko baterijo uporablja to metodo za oceno SOC.Metoda napetosti odprtega tokokroga je preprosta in priročna, vendar ima tudi veliko pomanjkljivosti:

1. Baterijo je treba pustiti stati dlje časa, sicer bo napetost odprtega tokokroga težko stabilizirati v kratkem času;

2. Pri baterijah, zlasti pri litij-železo-fosfatnih baterijah, obstaja napetostni plato, kjer sta napetost na terminalih in krivulja SOC približno linearni v območju SOC30%-80%;

3. Baterija ima različne temperature ali različne življenjske dobe in čeprav je napetost odprtega tokokroga enaka, je lahko dejanska razlika v SOC velika;

Kot je prikazano na spodnji sliki, ko uporabljamo to električno kolo, če je trenutni SOC prikazan kot 100 %, napetost pri pospeševanju pade, moč pa je lahko prikazana kot 80 %.Ko prenehamo pospeševati, napetost naraste in moč skoči nazaj na 100%.Zato prikaz moči našega električnega skuterja ni točen.Ko se ustavimo, ima moč, ko pa zaženemo, jo zmanjka.To morda ni težava z baterijo, lahko pa je posledica tega, da je algoritem SoC BMS preveč preprost.

Integralna metoda An-Shi

Metoda Anshicontinuous integracije neposredno izračuna vrednost SOC v realnem času prek definicije SOC.

Glede na začetno vrednost SOC, dokler je mogoče izmeriti tok akumulatorja (kjer je tok praznjenja pozitiven), je mogoče spremembo kapacitete akumulatorja natančno izračunati z integracijo toka, kar povzroči preostali SOC.

Ta metoda ima razmeroma zanesljive rezultate ocenjevanja v kratkem času, vendar bo zaradi merilnih napak tokovnega senzorja in postopne degradacije kapacitete baterije dolgoročna integracija toka povzročila določena odstopanja.Zato se na splošno uporablja v povezavi z metodo napetosti odprtega tokokroga za oceno začetne vrednosti za oceno SOC z nizkimi zahtevami glede natančnosti in se lahko uporablja tudi v povezavi s Kalmanovo metodo filtriranja za kratkoročno napoved SOC.

SOC (stanje napolnjenosti) spada v osrednji nadzorni algoritem BMS, ki predstavlja trenutno stanje preostale zmogljivosti.Doseže se predvsem z integracijsko metodo amper ur in algoritmom EKF (Razširjeni Kalmanov filter) v kombinaciji s korekcijskimi strategijami (kot so korekcija napetosti odprtega tokokroga, korekcija polnega polnjenja, korekcija konca polnjenja, korekcija zmogljivosti pri različnih temperaturah in SOH, itd.).Metoda integracije amper ur je razmeroma zanesljiva pod pogojem, da zagotavlja točnost zajema toka, vendar ni robustna.Zaradi kopičenja napak ga je treba kombinirati s strategijami popravkov.Metoda EKF je robustna, vendar je algoritem relativno zapleten in ga je težko implementirati.Domači glavni proizvajalci lahko dosežejo natančnost manj kot 6 % pri sobni temperaturi, vendar je ocenjevanje pri visokih in nizkih temperaturah ter slabljenju baterije težko.

Popravek SOC

Zaradi trenutnih nihanj je lahko ocenjeni SOC netočen, zato je treba v postopek ocenjevanja vključiti različne korekcijske strategije.

 

Izračun SOH

SOH se nanaša na zdravstveno stanje, ki označuje trenutno zdravstveno stanje baterije (ali stopnjo degradacije baterije).Običajno je predstavljena kot vrednost med 0 in 100 %, vrednosti pod 80 % pa na splošno pomenijo, da baterija ni več uporabna.Predstavljajo ga lahko spremembe v kapaciteti baterije ali notranjem uporu.Pri uporabi kapacitete je dejanska kapaciteta trenutne baterije ocenjena na podlagi podatkov iz procesa delovanja baterije, razmerje med to in nazivno kapaciteto pa je SOH.Natančen SOH bo izboljšal natančnost ocenjevanja drugih modulov, ko se baterija slabša.

V industriji obstajata dve različni definiciji SOH:

Opredelitev SOH na podlagi zmanjševanja zmogljivosti

Med uporabo litij-ionskih baterij se aktivna snov v bateriji postopoma zmanjšuje, notranji upor se povečuje, kapaciteta pa upada.Zato je mogoče SOH oceniti s kapaciteto baterije.Zdravstveno stanje baterije je izraženo kot razmerje med trenutno zmogljivostjo in začetno zmogljivostjo, njen SOH pa je opredeljen kot:

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

Kjer je: C_fade izgubljena zmogljivost baterije;C_standard je nazivna zmogljivost.

Standard IEEE 1188-1996 določa, da je treba baterijo zamenjati, ko kapaciteta napajalne baterije pade na 80 %.Zato običajno menimo, da baterija SOH ni na voljo, ko je pod 80%.

Definicija SOH na podlagi slabljenja moči (Power Fade)

Staranje skoraj vseh vrst baterij bo povzročilo povečanje notranjega upora baterije.Višji kot je notranji upor baterije, manjša je razpoložljiva moč.Zato je mogoče SOH oceniti z uporabo slabljenja moči.

3.2 Upravljanje – uravnotežena tehnologija

Vsaka baterija ima svojo »osebnost«

Če govorimo o ravnotežju, moramo začeti z baterijami.Tudi baterije, proizvedene v isti seriji s strani istega proizvajalca, imajo svoje življenjske cikle in »osebnosti« – zmogljivost vsake baterije ne more biti povsem enaka.Za to nedoslednost sta dva razloga:

Ena je nedoslednost celične proizvodnje

Ena je nedoslednost elektrokemičnih reakcij.

nedoslednost proizvodnje

Proizvodne nedoslednosti je enostavno razumeti.Na primer, med proizvodnim procesom lahko nedoslednosti diafragme ter nedoslednosti materiala katode in anode povzročijo nedoslednosti celotne kapacitete baterije.Standardna baterija 50AH lahko postane 49AH ali 51AH.

elektrokemična neskladnost

Nedoslednost elektrokemije je v tem, da v procesu polnjenja in praznjenja baterije, tudi če sta proizvodnja in obdelava obeh celic enaki, toplotno okolje nikoli ne more biti dosledno v procesu elektrokemične reakcije.Na primer, pri izdelavi baterijskih modulov mora biti temperatura okoliškega obroča nižja od temperature sredine.Posledica tega je dolgoročna neskladnost med količinami polnjenja in praznjenja, kar posledično povzroči neskladno kapaciteto baterijskih celic;Če sta polnilni in praznilni tok filma SEI na baterijski celici dolgo časa neskladna, bo tudi staranje filma SEI neskladno.

*SEI film: »vmesnik s trdnim elektrolitom« (vmesnik s trdnim elektrolitom).Med postopkom praznjenja prvega polnjenja tekoče litij-ionske baterije material elektrode reagira z elektrolitom na vmesniku med trdno in tekočo fazo, da tvori pasivacijsko plast, ki pokriva površino materiala elektrode.Film SEI je elektronski izolator, a odličen prevodnik litijevih ionov, ki ne le ščiti elektrode, ampak tudi ne vpliva na delovanje baterije.Staranje SEI folije pomembno vpliva na zdravje baterije.

Zato je neenotnost (ali diskretnost) baterijskih vložkov neizogibna manifestacija delovanja baterije.

Zakaj je ravnotežje potrebno

Baterije so različne, zakaj jih torej ne bi poskušali narediti enake?Ker bo nedoslednost vplivala na zmogljivost baterije.

Zaporedni akumulatorski sklop sledi učinku kratkega soda: v zaporednem sistemu akumulatorskega paketa je zmogljivost celotnega sistema baterijskega paketa določena z najmanjšo posamezno enoto.

Recimo, da imamo baterijski paket, sestavljen iz treh baterij:

Vedite, da lahko prekomerno polnjenje in prekomerno praznjenje resno poškoduje baterije.Zato je treba, ko je baterija B med polnjenjem popolnoma napolnjena ali ko je SoC baterije B med praznjenjem zelo nizek, polnjenje in praznjenje ustaviti, da zaščitite baterijo B. Posledično moči baterij A in C ni mogoče popolnoma izpolniti. uporabljeno.

To vodi do:

Dejanska uporabna zmogljivost paketa baterij se je zmanjšala: bateriji A in C, ki bi lahko uporabili razpoložljivo zmogljivost, zdaj tega ne moreta narediti, da bi sprejeli baterijo B. To je kot dve osebi na treh nogah, zvezani skupaj, z višja oseba, ki ne more narediti velikih korakov.

Zmanjšana življenjska doba baterije: Manjša dolžina koraka zahteva več korakov in naredi noge bolj utrujene.Z zmanjšano zmogljivostjo se poveča število ciklov polnjenja in praznjenja, kar povzroči večjo degradacijo baterije.Na primer, ena celica lahko doseže 4000 ciklov pri 100% DoD, vendar v dejanski uporabi ne more doseči 100% in število ciklov zagotovo ne bo doseglo 4000.

*DoD, globina praznjenja, predstavlja odstotek zmogljivosti praznjenja akumulatorja glede na nazivno kapaciteto akumulatorja.

Neskladnost baterij vodi do zmanjšanja zmogljivosti baterije.Ko je baterijski modul velik, je več nizov baterij zaporedno povezanih in velika posamezna napetostna razlika bo povzročila zmanjšanje zmogljivosti celotne škatle.Več ko je zaporedno povezanih baterij, večjo kapaciteto izgubijo.Vendar sta v naših aplikacijah, zlasti v sistemih za shranjevanje energije, dve pomembni zahtevi:

Prva je baterija z dolgo življenjsko dobo, ki lahko močno zmanjša stroške delovanja in vzdrževanja.Sistem za shranjevanje energije ima visoke zahteve glede življenjske dobe baterije.Večina domačih je zasnovanih za 15 let.Če predpostavimo 300 ciklov na leto, je 15 let 4500 ciklov, kar je še vedno zelo veliko.Življenjsko dobo vsake baterije moramo čim bolj podaljšati, da lahko skupna življenjska doba celotnega paketa baterij čim bolj doseže načrtovano življenjsko dobo in zmanjšati vpliv razpršenosti baterije na življenjsko dobo paketa baterij.

Drugi globoki cikel, zlasti v scenariju uporabe za zmanjšanje konic, bo sprostitev še ene kWh električne energije prinesla še eno točko prihodka.To pomeni, da bomo naredili 80% DoD ali 90% DoD.Ko se v sistemu za shranjevanje energije uporablja globok cikel, se bo pokazala disperzija baterije med praznjenjem repa.Da bi torej zagotovili popolno sprostitev zmogljivosti vsake posamezne celice pod pogojem globokega polnjenja in globokega praznjenja, je treba zahtevati, da ima BMS za shranjevanje energije močne zmožnosti upravljanja izenačevanja in prepreči pojav konsistentnosti med baterijskimi celicami .

Ti dve zahtevi sta ravno v nasprotju z nedoslednostjo baterije.Da bi dosegli učinkovitejše aplikacije baterijskih paketov, moramo imeti učinkovitejšo tehnologijo uravnoteženja, da zmanjšamo vpliv nedoslednosti baterije.

ravnotežna tehnologija

Tehnologija izenačevanja baterij je način, da so baterije z različnimi zmogljivostmi enake.Obstajata dve običajni metodi izravnave: enosmerna izravnava disipacije energije (pasivna izravnava) in dvosmerna izravnava prenosa energije (aktivna izravnava).

(1) Pasivno ravnotežje

Načelo pasivnega izenačevanja je vzporedna povezava preklopnega upora za praznjenje na vsakem nizu baterij.BMS nadzoruje razelektritveni upor za praznjenje celic z višjo napetostjo, pri čemer se električna energija odvaja kot toplota.Na primer, ko je baterija B skoraj popolnoma napolnjena, se stikalo odpre, da omogoči uporu na bateriji B, da razprši odvečno električno energijo kot toploto.Nato se polnjenje nadaljuje, dokler tudi bateriji A in C nista povsem napolnjeni.

Ta metoda lahko izprazni samo visokonapetostne celice in ne more ponovno napolniti celic z nizko zmogljivostjo.Zaradi omejitve moči razelektritvenega upora je izravnalni tok na splošno majhen (manj kot 1 A).

Prednosti pasivne izravnave so nizki stroški in preprosta zasnova vezja;slabosti so, da temelji na najnižji preostali kapaciteti baterije za izravnavo, ki ne more povečati kapacitete baterij z nizko preostalo kapaciteto in da se 100% izravnane moči izgubi v obliki toplote.

(2) Aktivno ravnovesje

Preko algoritmov več nizov baterij prenaša energijo visokonapetostnih celic v nizkonapetostne celice z uporabo komponent za shranjevanje energije, praznjenje visokonapetostnih baterij in uporabo sproščene energije za polnjenje nizkonapetostnih celic.Energija se večinoma prenaša, ne pa razprši.

Na ta način se med polnjenjem baterija B, ki prva doseže 100% napetost, izprazni do A in C, tri baterije pa so skupaj popolnoma napolnjene.Med praznjenjem, ko je preostala napolnjenost baterije B prenizka, A in C "polnita" B, tako da celica B ne doseže praga SOC za zaustavitev praznjenja tako hitro.

Glavne značilnosti tehnologije aktivnega uravnoteženja

(1) Uravnotežite visoko in nizko napetost, da izboljšate učinkovitost paketa baterij: Med polnjenjem in praznjenjem ter med mirovanjem se lahko visokonapetostne baterije izpraznijo in nizkonapetostne baterije lahko napolnite;

(2) Prenos energije z majhnimi izgubami: energija se v glavnem prenaša in ne preprosto izgubi, kar izboljša učinkovitost izrabe energije;

(3) Velik ravnotežni tok: na splošno je ravnotežni tok med 1 in 10 A, ravnotežje pa je hitrejše;

Aktivno izenačevanje zahteva konfiguracijo ustreznih vezij in naprav za shranjevanje energije, kar vodi do velike količine in višjih stroškov.Ta dva pogoja skupaj določata, da aktivnega izenačevanja ni lahko spodbujati in uporabljati.

Poleg tega proces aktivnega izravnalnega polnjenja in praznjenja implicitno podaljša življenjsko dobo baterije.Za celice, ki potrebujejo polnjenje in praznjenje za doseganje ravnovesja, lahko dodatna delovna obremenitev povzroči, da presežejo staranje običajnih celic, kar povzroči večjo vrzel v zmogljivosti z drugimi celicami.

Nekateri strokovnjaki menijo, da bi morala zgornja izraza ustrezati disipativnemu ravnovesju in nedisipativnemu ravnotežju.Ali je aktiven ali pasiven, je odvisno od dogodka, ki sproži ravnotežni proces.Če sistem doseže stanje, ko mora biti pasiven, je pasiven.Če ga nastavi človek, se nastavitev ravnotežnega programa, ko ni treba uravnovesiti, imenuje aktivno ravnotežje.

Na primer, ko je praznjenje na koncu, je celica z najnižjo napetostjo dosegla izklopno napetost praznjenja, medtem ko imajo druge celice še vedno moč.V tem času, da bi izpraznili čim več električne energije, sistem prenaša elektriko iz visokoenergijskih celic v nizkoenergijske celice, kar omogoča, da se proces praznjenja nadaljuje, dokler ni izpraznjena vsa moč.To je pasivni postopek izravnave.Če sistem predvideva, da bo prišlo do neravnovesja na koncu praznjenja, ko je ostalo še 40 % moči, bo začel aktivni postopek izenačevanja.

Aktivno izravnavo delimo na centralizirane in decentralizirane metode.Centralizirana metoda izenačevanja pridobi energijo iz celotnega paketa baterij, nato pa uporabi napravo za pretvorbo energije za dopolnitev energije baterijam z manj energije.Decentralizirano izenačevanje vključuje povezavo za shranjevanje energije med sosednjimi baterijami, ki je lahko induktor ali kondenzator, kar omogoča pretok energije med sosednjimi baterijami.

V trenutni strategiji nadzora ravnotežja obstajajo tisti, ki jemljejo napetost celice kot ciljni parameter nadzora, obstajajo pa tudi tisti, ki predlagajo uporabo SOC kot ciljni parameter nadzora ravnotežja.Kot primer vzamemo napetost celice.

Najprej nastavite par mejnih vrednosti za začetek in konec izenačevanja: na primer, v kompletu baterij, ko razlika med skrajno napetostjo posamezne celice in povprečno napetostjo niza doseže 50 mV, se sproži izenačevanje in ko doseže 5mV, izenačevanje je končano.

BMS zbira napetost vsake celice v skladu s fiksnim ciklom pridobivanja, izračuna povprečno vrednost in nato izračuna razliko med vsako napetostjo celice in povprečno vrednostjo;

Če največja razlika doseže 50 mV, mora BMS začeti postopek izenačevanja;

Nadaljujte z 2. korakom med postopkom izenačevanja, dokler vse vrednosti razlike niso nižje od 5 mV, nato pa končajte izenačevanje.

Upoštevati je treba, da vsi BMS ne zahtevajo tega koraka in da se nadaljnje strategije lahko razlikujejo glede na metodo uravnoteženja.

Tehnologija uravnoteženja je povezana tudi z vrsto baterije.Na splošno velja, da je LFP bolj primeren za aktivno ravnotežje, medtem ko so trikomponentne baterije primerne za pasivno ravnotežje.

Stopnja intenzivne konkurence v BMS je večinoma podprta s stroški in zanesljivostjo.Trenutno eksperimentalna verifikacija aktivnega uravnoteženja še ni bila dosežena.Pričakuje se, da se bo raven funkcionalne varnosti premaknila proti ASIL-C in ASIL-D, vendar so stroški precej visoki.Zato so sedanja velika podjetja previdna glede raziskav aktivnega uravnoteženja.Nekatere velike tovarne želijo celo ukiniti balansirni modul in vse balansiranje opraviti eksterno, podobno kot pri vzdrževanju vozil na gorivo.Vsakič, ko vozilo prevozi določeno razdaljo, bo šlo v trgovino 4S na zunanje uravnoteženje.To bo znižalo stroške celotnega vozila BMS in koristilo tudi ustrezni trgovini 4S.To je situacija, v kateri zmagajo vse strani.Zato osebno razumem, da lahko to postane trend!

3.3 Zaščita – diagnoza napak in alarm

Nadzor BMS se ujema s strojno opremo električnega sistema in je razdeljen na različne stopnje napak (manjša okvara, resna okvara, smrtna okvara) glede na različne pogoje delovanja baterije.Pri različnih stopnjah okvare se izvajajo različni ukrepi ravnanja: opozorilo, omejitev moči ali neposredni izklop visoke napetosti.Napake vključujejo napake pri pridobivanju podatkov in racionalnosti, električne okvare (senzorji in aktuatorji), okvare komunikacije in okvare stanja baterije.

Pogost primer je, ko se baterija pregreje, BMS ugotovi, da se baterija pregreva na podlagi zbrane temperature baterije, nato nadzoruje tokokrog te baterije, da se odklopi, izvede zaščito pred pregrevanjem in pošlje opozorilo sistemom za upravljanje, kot je EMS.

3.4 Komunikacija

Normalnega delovanja BMS ni mogoče ločiti od njegove komunikacijske funkcije.Ne glede na to, ali gre za nadzor baterije med upravljanjem baterije, prenos stanja baterije v zunanji svet ali prejemanje navodil za nadzor, je potrebna stabilna komunikacija.

Pri napajalnem baterijskem sistemu je en konec BMS povezan z akumulatorjem, drugi konec pa s krmilnimi in elektronskimi sistemi celotnega vozila.Celotno okolje uporablja protokol CAN, vendar obstaja razlika med uporabo notranjega CAN med notranjimi komponentami akumulatorskega sklopa in uporabo CAN vozila med akumulatorskim sklopom in celotnim vozilom.

Nasprotno pa BMS za shranjevanje energije in notranja komunikacija v osnovi uporabljata protokol CAN, vendar njegova zunanja komunikacija (zunanja se v glavnem nanaša na dispečerski sistem elektrarne za shranjevanje energije PCS) pogosto uporablja formate internetnega protokola TCP/IP protokol in protokol modbus.

4) BMS za shranjevanje energije

Proizvajalci BMS za shranjevanje energije so se na splošno razvili iz BMS za napajalne baterije, zato ima veliko modelov in izrazov zgodovinski izvor

Na primer, napajalna baterija je običajno razdeljena na BMU (Battery Monitor Unit) in BCU (Battery Control Unit), pri čemer prva zbira podatke, druga pa jih nadzoruje.

Ker je baterijska celica elektrokemični proces, več baterijskih celic tvori baterijo.Zaradi značilnosti vsake baterijske celice, ne glede na to, kako natančen je proizvodni proces, bodo sčasoma in odvisno od okolja v vsaki baterijski celici prihajale do napak in nedoslednosti.Zato mora sistem za upravljanje baterije oceniti trenutno stanje baterije prek omejenih parametrov, kar je nekoliko podobno zdravniku tradicionalne kitajske medicine, ki diagnosticira bolnika z opazovanjem simptomov, namesto da bi zahodna medicina zahtevala fizikalne in kemične analize.Fizikalna in kemična analiza človeškega telesa je podobna elektrokemijskim lastnostim baterije, ki jih je mogoče izmeriti z velikimi eksperimentalnimi instrumenti.Vendar pa je za vgrajene sisteme težko oceniti nekatere kazalnike elektrokemije.Zato je BMS kot zdravnik stare kitajske medicine.

4.1 Troslojna arhitektura BMS za shranjevanje energije

Zaradi velikega števila baterijskih celic v sistemih za shranjevanje energije se BMS zaradi prihranka stroškov praviloma izvaja v plasteh, z dvema ali tremi plastmi.Trenutno so glavni tok trije nivoji: glavni nadzor/glavni nadzor/podrejeni nadzor.

4.2 Podroben opis BMS za shranjevanje energije

5) Trenutno stanje in prihodnji trend

Obstaja več vrst proizvajalcev, ki proizvajajo BMS:

Prva kategorija so končni uporabniki z največjo močjo v napajalni bateriji BMS – avtomobilske tovarne.Pravzaprav so najmočnejša proizvodna moč BMS v tujini tudi avtomobilske tovarne, kot so General Motors, Tesla itd. Doma so BYD, Huating Power itd.

Druga kategorija so tovarne baterij, vključno s proizvajalci celic in proizvajalci paketov, kot so Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad itd.;

Tretja vrsta proizvajalcev BMS so tisti z dolgoletnimi izkušnjami na področju tehnologije močnostne elektronike in imajo ekipe za raziskave in razvoj z univerzitetnim ali sorodnim podjetniškim ozadjem, kot so Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology in Kegong Electronics.

Za razliko od BMS električnih baterij, v katerem prevladujejo predvsem proizvajalci terminalskih vozil, se zdi, da končni uporabniki baterij za shranjevanje energije nimajo potrebe ali posebnih ukrepov za sodelovanje pri raziskavah in razvoju ter proizvodnji BMS.Prav tako je malo verjetno, da bodo porabili veliko denarja in energije za razvoj obsežnih sistemov za upravljanje baterij.Zato se lahko šteje, da industriji baterij za shranjevanje energije BMS manjka pomemben igralec z absolutnimi prednostmi, kar pušča ogromen prostor za razvoj in domišljijo proizvajalcem baterij in prodajalcem, ki se osredotočajo na BMS za shranjevanje energije.Če bo trg za shranjevanje energije vzpostavljen, bo proizvajalcem baterij in profesionalnim proizvajalcem BMS dal veliko prostora za razvoj in manj konkurenčnega upora.

Trenutno je razmeroma malo profesionalnih proizvajalcev BMS, ki se osredotočajo na razvoj hranilnikov energije BMS, predvsem zaradi dejstva, da je trg za shranjevanje energije še vedno v povojih in je še vedno veliko dvomov o prihodnjem razvoju shranjevanja energije na trgu.Zato večina proizvajalcev ni razvila BMS v zvezi s shranjevanjem energije.V dejanskem poslovnem okolju obstajajo tudi proizvajalci, ki kupujejo baterijo BMS za električna vozila za uporabo kot BMS za baterije za shranjevanje energije.Verjame se, da bodo v prihodnosti tudi profesionalni proizvajalci električnih vozil BMS verjetno postali pomemben del dobaviteljev BMS, ki se uporabljajo v obsežnih projektih shranjevanja energije.

Na tej stopnji manjkajo enotni standardi za BMS, ki jih zagotavljajo različni dobavitelji sistemov za shranjevanje energije.Različni proizvajalci imajo različne zasnove in definicije za BMS in glede na različne baterije, s katerimi so združljivi, se lahko razlikujejo tudi algoritem SOX, tehnologija izenačevanja in naložena vsebina komunikacijskih podatkov.Pri praktični uporabi BMS bodo takšne razlike povečale stroške uporabe in škodile industrijskemu razvoju.Zato bo standardizacija in modularizacija BMS tudi v prihodnje pomembna razvojna usmeritev.