Njohuritë dhe funksionet e sistemit të menaxhimit të baterive BMS, një hyrje

Emri i plotë i BMS është Battery Management System.Është një pajisje që monitoron statusin e baterive të ruajtjes së energjisë.Përdoret kryesisht për menaxhimin dhe mirëmbajtjen inteligjente të qelizave individuale të baterive, parandalimin e mbingarkimit dhe shkarkimit të tepërt të baterive, zgjatjen e jetëgjatësisë së baterisë dhe monitorimin e statusit të baterisë.Në përgjithësi, BMS përfaqësohet si një bord qarku ose një kuti harduerike.

 

BMS është një nga nënsistemet thelbësore të sistemit të ruajtjes së energjisë së baterisë, përgjegjës për monitorimin e statusit të funksionimit të çdo baterie në njësinë e ruajtjes së energjisë së baterisë dhe për të siguruar funksionimin e sigurt dhe të besueshëm të njësisë së ruajtjes së energjisë.BMS mund të monitorojë dhe mbledhë parametrat e statusit të baterisë së ruajtjes së energjisë në kohë reale (duke përfshirë, por pa u kufizuar në tensionin e një qelize të vetme, temperaturën e shtyllës së baterisë, rrymën e qarkut të baterisë, tensionin e terminalit të paketës së baterisë, rezistencën e izolimit të sistemit të baterisë, etj.), dhe të kryejë analizat dhe llogaritjet e nevojshme mbi parametrat përkatës të statusit për të marrë më shumë parametra të vlerësimit të statusit të sistemit.Ai gjithashtu mund të arrijë kontroll efektiv të vetë baterisë së ruajtjes së energjisë sipas strategjive specifike të kontrollit të mbrojtjes për të siguruar funksionimin e sigurt dhe të besueshëm të të gjithë njësisë së ruajtjes së energjisë së baterisë.Në të njëjtën kohë, BMS mund të ndërveprojë me pajisje të tjera të jashtme (PCS, EMS, sistemin e mbrojtjes nga zjarri, etj.) përmes ndërfaqes së vet të komunikimit dhe ndërfaqes së hyrjes analoge/dixhitale për të formuar një kontroll lidhjeje të nënsistemeve të ndryshme në të gjithë fuqinë e ruajtjes së energjisë stacioni, duke siguruar funksionim të sigurt, të besueshëm dhe efikas të lidhur me rrjetin e termocentralit.

2) Arkitekturë

Nga këndvështrimi i arkitekturës së topologjisë, BMS ndahet në dy kategori: i centralizuar dhe i shpërndarë sipas kërkesave të ndryshme të projektit.

 

BMS e centralizuar

E thënë thjesht, BMS e centralizuar përdor një pajisje të vetme BMS për të mbledhur të gjitha qelizat, e cila është e përshtatshme për skenarë me pak qeliza.

BMS i centralizuar ka avantazhet e kostos së ulët, strukturës kompakte dhe besueshmërisë së lartë, dhe përdoret zakonisht në skenarë me kapacitet të ulët, presion total të ulët dhe vëllim të vogël të sistemit të baterisë, të tilla si veglat e energjisë, robotët (robotët që trajtojnë, robotët ndihmës). Shtëpitë inteligjente IOT (robotët fshirës, ​​fshesat elektrike), pirunët elektrikë, automjetet elektrike me shpejtësi të ulët (biçikletat elektrike, motoçikletat elektrike, makinat elektrike për vizitë turistike, makinat elektrike patrulluese, karrocat elektrike të golfit, etj.) dhe automjetet e lehta hibride.

Pajisja e centralizuar BMS mund të ndahet në zona të tensionit të lartë dhe të ulët.Zona e tensionit të lartë është përgjegjëse për mbledhjen e tensionit të një qelize, tensionit total të sistemit dhe monitorimit të rezistencës së izolimit.Zona e tensionit të ulët përfshin qarqet e furnizimit me energji elektrike, qarqet CPU, qarqet e komunikimit CAN, qarqet e kontrollit etj.

Ndërsa sistemi i baterive të energjisë së automjeteve të pasagjerëve vazhdon të zhvillohet drejt kapacitetit të lartë, presionit të lartë total dhe vëllimit të madh, arkitekturat e shpërndara BMS përdoren kryesisht në modelet hibride plug-in dhe të automjeteve elektrike të pastërta.

BMS e shpërndarë

Aktualisht, ekzistojnë terma të ndryshëm për BMS të shpërndarë në industri, dhe kompani të ndryshme kanë emra të ndryshëm.Bateria e energjisë BMS kryesisht ka një arkitekturë me dy nivele master-slave:

 

BMS-ja e ruajtjes së energjisë është zakonisht një arkitekturë me tre nivele për shkak të madhësisë së madhe të paketës së baterisë, me një shtresë kryesore kontrolli mbi shtresat skllav dhe kryesore të kontrollit.

Ashtu si bateritë formojnë grupe baterish, të cilat nga ana e tyre formojnë rafte, BMS me tre nivele ndjek gjithashtu të njëjtin rregull lart:

Nga kontrolli: njësia e menaxhimit të baterive (BMU), e cila mbledh informacion nga bateritë individuale.

Monitoroni tensionin dhe temperaturën e baterisë

Barazimi i baterisë në paketë

Ngarkimi i informacionit

menaxhimi termik

Alarmi jonormal

Kontrolli kryesor: Njësia e menaxhimit të grupit të baterive: BCU (njësia e grupit të baterive, e njohur gjithashtu si njësia e menaxhimit të tensionit të lartë HVU, BCMU, etj.), përgjegjëse për mbledhjen e informacionit BMU dhe mbledhjen e informacionit të grupit të baterive.

Përvetësimi i rrymës së grupit të baterive, marrja e tensionit total, zbulimi i rrjedhjeve

Mbrojtje nga fikja kur gjendja e baterisë është jonormale

Nën menaxhimin e BMS, kalibrimi i kapacitetit dhe kalibrimi i SOC mund të plotësohen veçmas si bazë për menaxhimin e mëpasshëm të ngarkimit dhe shkarkimit

Njësia e menaxhimit të grupit të baterive (BAU) është përgjegjëse për menaxhimin e centralizuar të baterive në të gjithë grumbullin e baterive të ruajtjes së energjisë.Ai lidhet me njësi të ndryshme të menaxhimit të grupit të baterive dhe shkëmben informacion me pajisje të tjera për të dhënë reagime mbi statusin e funksionimit të grupit të baterive.

Menaxhimi i ngarkimit dhe shkarkimit të grupit të baterive

Vetëkontrollimi i sistemit BMS dhe alarmi i diagnostikimit të defekteve

Alarmi i diagnostikimit të defekteve të paketës së baterisë

Mbrojtje sigurie për anomali të ndryshme dhe defekte në grupin e baterive

Komunikoni me pajisje të tjera si PCS dhe EMS

Ruajtja, transmetimi dhe përpunimi i të dhënave

Shtresa e menaxhimit të baterive: përgjegjëse për mbledhjen e informacioneve të ndryshme (voltazhi, temperatura) të baterive individuale, llogaritjen dhe analizimin e SOC dhe SOH të baterive, arritjen e barazimit aktiv të baterive individuale dhe ngarkimin e informacionit jonormal të baterive individuale në shtresën e njësisë së paketës së baterive BCMU.Nëpërmjet komunikimit të jashtëm CAN, ai ndërlidhet përmes një zinxhiri margaritar.

Shtresa e menaxhimit të baterisë: përgjegjëse për mbledhjen e informacioneve të ndryshme nga bateritë individuale të ngarkuara nga BMU, mbledhjen e informacioneve të ndryshme rreth paketës së baterisë (tensioni i paketës, temperatura e paketës), rrymat e karikimit dhe shkarkimit të paketës së baterisë, llogaritja dhe analizimi i SOC dhe SOH të paketës së baterisë , dhe ngarkimi i të gjithë informacionit në shtresën e njësisë së grupit të baterive BAMS.Nëpërmjet komunikimit të jashtëm CAN, ai ndërlidhet përmes një zinxhiri margaritar.

Shtresa e menaxhimit të grupit të baterive: përgjegjëse për mbledhjen e informacioneve të ndryshme të baterive të ngarkuara nga BCMU dhe ngarkimin e të gjithë informacionit në sistemin EMS të monitorimit të ruajtjes së energjisë përmes ndërfaqes RJ45;komunikimi me PCS për të dërguar informacione përkatëse jonormale të baterisë në PC (ndërfaqja CAN ose RS485), dhe e pajisur me nyje të thata harduerike për të komunikuar me PCS.Për më tepër, ai kryen vlerësimin e sistemit të baterisë BSE (Battery State Estimate), zbulimin e statusit të sistemit elektrik, menaxhimin e kontaktorit, menaxhimin termik, menaxhimin e funksionimit, menaxhimin e karikimit, menaxhimin diagnostik dhe kryen menaxhimin e rrjetit të komunikimit të brendshëm dhe të jashtëm.Komunikon me vartësit nëpërmjet CAN.

3) Çfarë bën BMS?

Funksionet e BMS janë të shumta, por thelbi dhe ajo që na shqetëson më shumë janë tre aspekte:

Njëra është sensing (menaxhimi i shtetit), që është funksioni bazë i BMS.Ai mat tensionin, rezistencën, temperaturën dhe në fund ndjen gjendjen e baterisë.Ne duam të dimë se si është gjendja e baterisë, sa energji dhe kapacitet ka, sa e shëndetshme është, sa fuqi prodhon dhe sa e sigurt është.Kjo është ndjesi.

E dyta është menaxhimi (menaxhimi i bilancit).Disa njerëz thonë se BMS është dado e baterisë.Atëherë kjo dado duhet ta menaxhojë.Çfarë të menaxhoni?Është për ta bërë baterinë sa më të mirë.Më themelore është menaxhimi i bilancit dhe menaxhimi termik.

E treta është mbrojtja (menaxhimi i sigurisë).Edhe dado ka një punë për të bërë.Nëse bateria ka një status, ajo duhet të mbrohet dhe duhet të ngrihet një alarm.

Natyrisht, ekziston edhe një komponent i menaxhimit të komunikimit që transferon të dhënat brenda ose jashtë sistemit përmes protokolleve të caktuara.

BMS ka shumë funksione të tjera, si kontrolli i funksionimit, monitorimi i izolimit, menaxhimi termik, etj., të cilat nuk diskutohen këtu.

 

3.1 Perceptimi – Matja dhe Vlerësimi

Funksioni bazë i BMS është të matë dhe vlerësojë parametrat e baterisë, duke përfshirë parametrat bazë si tensioni, rryma, temperatura dhe gjendja, si dhe llogaritjet e të dhënave të gjendjes së baterisë si SOC dhe SOH.Fusha e baterive të energjisë përfshin gjithashtu llogaritjet e SOP (gjendja e fuqisë) dhe SOE (gjendja e energjisë), të cilat nuk diskutohen këtu.Ne do të fokusohemi në dy të dhënat e para më të përdorura.

Matja e qelizave

1) Matja e informacionit bazë: Funksioni më themelor i sistemit të menaxhimit të baterisë është matja e tensionit, rrymës dhe temperaturës së qelizave individuale të baterisë, e cila është baza për të gjitha llogaritjet e nivelit të lartë dhe logjikën e kontrollit në sistemin e menaxhimit të baterisë.

2) Testimi i rezistencës së izolimit: Testimi i izolimit kërkohet për të gjithë sistemin e baterisë dhe sistemin e tensionit të lartë brenda sistemit të menaxhimit të baterive.

3) Zbulimi i bllokimit të tensionit të lartë (HVIL): përdoret për të konfirmuar integritetin e të gjithë sistemit të tensionit të lartë dhe për të nisur masat e sigurisë kur integriteti i qarkut të sistemit të tensionit të lartë cenohet.

Llogaritja e KOS-it

SOC i referohet gjendjes së karikimit, që është kapaciteti i mbetur i baterisë.E thënë thjesht, është sa fuqi ka mbetur në bateri.

SOC është parametri më i rëndësishëm në BMS, pasi gjithçka tjetër bazohet në të.Prandaj, saktësia dhe qëndrueshmëria e tij (e njohur edhe si aftësia e korrigjimit të gabimeve) janë jashtëzakonisht të rëndësishme.Pa SOC të saktë, asnjë funksion mbrojtës nuk mund të bëjë që BMS të funksionojë siç duhet, pasi bateria shpesh do të jetë në një gjendje të mbrojtur, duke e bërë të pamundur zgjatjen e jetëgjatësisë së baterisë.

Aktualisht, metodat kryesore të vlerësimit të SOC përfshijnë metodën e tensionit të qarkut të hapur, metodën e integrimit të rrymës, metodën e filtrit Kalman dhe metodën e rrjetit nervor.Dy metodat e para përdoren zakonisht.Dy metodat e fundit përfshijnë njohuri të avancuara si modelet e integrimit dhe inteligjencën artificiale, të cilat nuk janë të detajuara këtu.

Në aplikimet praktike, algoritme të shumta përdoren shpesh në kombinim, me algoritme të ndryshme që miratohen në varësi të statusit të karikimit dhe shkarkimit të baterisë.

Metoda e tensionit të qarkut të hapur

Parimi i metodës së tensionit të qarkut të hapur është përdorimi i marrëdhënies funksionale relativisht fikse ndërmjet tensionit të qarkut të hapur dhe SOC me kushtin e vendosjes statike afatgjatë të baterisë, dhe kështu të vlerësohet SOC bazuar në tensionin e qarkut të hapur.Biçikleta elektrike me bateri-acid plumbi e përdorur më parë përdor këtë metodë për të vlerësuar SOC.Metoda e tensionit të qarkut të hapur është e thjeshtë dhe e përshtatshme, por ka edhe shumë disavantazhe:

1. Bateria duhet të lihet në këmbë për një kohë të gjatë, përndryshe tensioni i qarkut të hapur do të jetë i vështirë të stabilizohet në një periudhë të shkurtër kohe;

2. Ekziston një pllajë e tensionit në bateri, veçanërisht bateritë me fosfat hekuri litium, ku tensioni i terminalit dhe kurba SOC janë afërsisht lineare gjatë intervalit SOC30%-80%;

3. Bateria është në temperatura të ndryshme ose në faza të ndryshme të jetës, dhe megjithëse voltazhi i qarkut të hapur është i njëjtë, ndryshimi aktual i SOC mund të jetë i madh;

Siç tregohet në figurën më poshtë, kur përdorim këtë biçikletë elektrike, nëse rryma SOC shfaqet si 100%, voltazhi bie kur nxitojmë dhe fuqia mund të shfaqet si 80%.Kur ndalojmë së përshpejtuari, voltazhi rritet dhe fuqia kthehet në 100%.Pra, ekrani i fuqisë së skuterit tonë elektrik nuk është i saktë.Kur ndalojmë, ka fuqi, por kur e nisim, i mbaron fuqia.Ky mund të mos jetë një problem me baterinë, por mund të jetë për shkak të algoritmit SoC të BMS që është shumë i thjeshtë.

Metoda integrale An-Shi

Metoda e integrimit Anshicontinuous llogarit drejtpërdrejt vlerën SOC në kohë reale përmes përkufizimit të SOC.

Duke pasur parasysh vlerën fillestare të SOC, për sa kohë që rryma e baterisë mund të matet (ku rryma e shkarkimit është pozitive), ndryshimi në kapacitetin e baterisë mund të llogaritet me saktësi përmes integrimit të rrymës, duke rezultuar në mbetjen e SOC.

Kjo metodë ka rezultate relativisht të besueshme të vlerësimit në një periudhë të shkurtër kohe, por për shkak të gabimeve në matjen e sensorit aktual dhe degradimit gradual të kapacitetit të baterisë, integrimi afatgjatë i rrymës do të sjellë devijime të caktuara.Prandaj, në përgjithësi përdoret së bashku me metodën e tensionit të qarkut të hapur për të vlerësuar vlerën fillestare për vlerësimin e SOC me kërkesa të ulëta saktësie, dhe gjithashtu mund të përdoret në lidhje me metodën e filtrimit Kalman për parashikimin afatshkurtër të SOC.

SOC (State Of Charge) i përket algoritmit kryesor të kontrollit të BMS, duke përfaqësuar statusin aktual të kapacitetit të mbetur.Kryesisht arrihet përmes metodës së integrimit në amper-orë dhe algoritmit EKF (Extended Kalman Filter), i kombinuar me strategjitë e korrigjimit (të tilla si korrigjimi i tensionit në qark të hapur, korrigjimi i ngarkesës së plotë, korrigjimi i fundit të karikimit, korrigjimi i kapacitetit në temperatura të ndryshme dhe SOH, etj.).Metoda e integrimit në amper-orë është relativisht e besueshme në kushtet e sigurimit të saktësisë së përvetësimit aktual, por nuk është e qëndrueshme.Për shkak të akumulimit të gabimeve, duhet të kombinohet me strategji korrigjimi.Metoda EKF është e fortë, por algoritmi është relativisht kompleks dhe i vështirë për t'u zbatuar.Prodhuesit e zakonshëm vendas mund të arrijnë një saktësi prej më pak se 6% në temperaturën e dhomës, por vlerësimi në temperatura të larta dhe të ulëta dhe dobësimin e baterisë është i vështirë.

Korrigjimi i KOS-it

Për shkak të luhatjeve aktuale, SOC e vlerësuar mund të jetë e pasaktë dhe strategji të ndryshme korrigjimi duhet të përfshihen në procesin e vlerësimit.

 

Llogaritja e SOH

SOH i referohet gjendjes së shëndetit, e cila tregon gjendjen aktuale shëndetësore të baterisë (ose shkallën e degradimit të baterisë).Zakonisht përfaqësohet si një vlerë midis 0 dhe 100%, me vlera nën 80% që konsiderohen përgjithësisht për të treguar se bateria nuk është më e përdorshme.Mund të përfaqësohet nga ndryshimet në kapacitetin e baterisë ose rezistencën e brendshme.Kur përdorni kapacitetin, kapaciteti aktual i baterisë aktuale vlerësohet bazuar në të dhënat nga procesi i funksionimit të baterisë, dhe raporti i kësaj me kapacitetin e vlerësuar është SOH.Një SOH i saktë do të përmirësojë saktësinë e vlerësimit të moduleve të tjera kur bateria po përkeqësohet.

Ekzistojnë dy përkufizime të ndryshme të SOH në industri:

Përkufizimi i SOH bazuar në zbehjen e kapacitetit

Gjatë përdorimit të baterive litium-jon, materiali aktiv brenda baterisë gradualisht zvogëlohet, rezistenca e brendshme rritet dhe kapaciteti zvogëlohet.Prandaj, SOH mund të vlerësohet nga kapaciteti i baterisë.Gjendja shëndetësore e baterisë shprehet si raport i kapacitetit aktual me kapacitetin fillestar, dhe SOH e saj përcaktohet si:

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

Ku: C_fade është kapaciteti i humbur i baterisë;C_standard është kapaciteti nominal.

Standardi IEEE 1188-1996 përcakton që kur kapaciteti i baterisë së energjisë bie në 80%, bateria duhet të zëvendësohet.Prandaj, ne zakonisht konsiderojmë se bateria SOH nuk është e disponueshme kur është nën 80%.

Përkufizimi i SOH bazuar në dobësimin e fuqisë (Zbehja e energjisë)

Plakja e pothuajse të gjitha llojeve të baterive do të çojë në një rritje të rezistencës së brendshme të baterisë.Sa më e lartë të jetë rezistenca e brendshme e baterisë, aq më e ulët është fuqia e disponueshme.Prandaj, SOH mund të vlerësohet duke përdorur dobësimin e fuqisë.

3.2 Menaxhimi – Teknologji e balancuar

Çdo bateri ka "personalitetin" e vet

Për të folur për ekuilibrin, duhet të fillojmë me bateritë.Edhe bateritë e prodhuara në të njëjtën seri nga i njëjti prodhues kanë ciklet e tyre të jetës dhe "personalitetet" - kapaciteti i secilës bateri nuk mund të jetë saktësisht i njëjtë.Ka dy arsye për këtë mospërputhje:

Njëra është mospërputhja e prodhimit të qelizave

Njëra është mospërputhja e reaksioneve elektrokimike.

mospërputhja e prodhimit

Mospërputhjet e prodhimit janë të lehta për t'u kuptuar.Për shembull, gjatë procesit të prodhimit, mospërputhjet e diafragmës dhe mospërputhjet e materialit të katodës dhe anodës mund të rezultojnë në mospërputhje të kapacitetit të përgjithshëm të baterisë.Një bateri standarde 50AH mund të bëhet 49AH ose 51AH.

mospërputhje elektrokimike

Mospërputhja e elektrokimisë është se në procesin e karikimit dhe shkarkimit të baterisë, edhe nëse prodhimi dhe përpunimi i dy qelizave janë identike, mjedisi termik nuk mund të jetë kurrë konsistent në procesin e reaksionit elektrokimik.Për shembull, kur bëni module baterie, temperatura e unazës përreth duhet të jetë më e ulët se ajo e mesit.Kjo rezulton në mospërputhje afatgjatë ndërmjet sasive të karikimit dhe shkarkimit, gjë që nga ana tjetër çon në kapacitet të paqëndrueshëm të baterisë;Kur rrymat e karikimit dhe shkarkimit të filmit SEI në qelizën e baterisë janë të paqëndrueshme për një kohë të gjatë, plakja e filmit SEI gjithashtu nuk do të jetë konsistente.

*Filmi SEI: “ndërfaqja e elektrolitit të ngurtë” (ndërfaqja e elektrolitit të ngurtë).Gjatë procesit të parë të shkarkimit të baterisë së litiumit të lëngshëm, materiali i elektrodës reagon me elektrolitin në ndërfaqen e fazës së ngurtë-lëngshme për të formuar një shtresë pasivimi që mbulon sipërfaqen e materialit të elektrodës.Filmi SEI është një izolant elektronik, por një përcjellës i shkëlqyer i joneve të litiumit, i cili jo vetëm mbron elektrodën, por gjithashtu nuk ndikon në funksionimin e baterisë.Plakja e filmit SEI ka një ndikim të rëndësishëm në shëndetin e baterisë.

Prandaj, jo uniformiteti (ose diskretiteti) i paketave të baterive është një manifestim i pashmangshëm i funksionimit të baterisë.

Pse nevojitet ekuilibri

Bateritë janë të ndryshme, kështu që pse të mos përpiqeni t'i bëni ato të njëjta?Sepse mospërputhja do të ndikojë në performancën e paketës së baterisë.

Paketa e baterisë në seri ndjek efektin e fuçisë së shkurtër: në sistemin e paketës së baterisë në seri, kapaciteti i të gjithë sistemit të paketës së baterisë përcaktohet nga njësia më e vogël e vetme.

Supozoni se kemi një paketë baterie të përbërë nga tre bateri:

e dini se ngarkimi dhe shkarkimi i tepërt mund të dëmtojnë seriozisht bateritë.Prandaj, kur bateria B është plotësisht e ngarkuar gjatë karikimit ose kur SoC e baterisë B është shumë e ulët gjatë shkarkimit, është e nevojshme të ndaloni karikimin dhe shkarkimin për të mbrojtur baterinë B. Si rezultat, fuqia e baterive A dhe C nuk mund të jetë plotësisht shfrytëzuar.

Kjo çon në:

Kapaciteti aktual i përdorshëm i paketës së baterisë është zvogëluar: Bateria A dhe C, të cilat mund të kishin përdorur kapacitetin e disponueshëm, tani nuk janë në gjendje ta bëjnë këtë për të akomoduar baterinë B. Është si dy njerëz në tre këmbë të lidhura së bashku, me person më i gjatë i paaftë për të bërë hapa të mëdhenj.

Jetëgjatësia e reduktuar e baterisë: Një gjatësi më e vogël hapi kërkon më shumë hapa dhe i bën këmbët më të lodhura.Me një kapacitet të reduktuar, numri i cikleve të ngarkimit dhe shkarkimit rritet, duke rezultuar në degradim më të madh të baterisë.Për shembull, një qelizë e vetme mund të arrijë 4000 cikle në 100% DoD, por në përdorim aktual nuk mund të arrijë 100% dhe numri i cikleve sigurisht nuk do të arrijë 4000.

*DoD, Thellësia e shkarkimit, përfaqëson përqindjen e kapacitetit të shkarkimit të baterisë ndaj kapacitetit të vlerësuar të baterisë.

Mospërputhja e baterive çon në një ulje të performancës së paketës së baterive.Kur madhësia e modulit të baterisë është e madhe, vargjet e shumta të baterive lidhen në seri dhe një diferencë e madhe e vetme e tensionit do të bëjë që kapaciteti i të gjithë kutisë të ulet.Sa më shumë bateri të lidhura në seri, aq më shumë kapacitet humbasin.Megjithatë, në aplikimet tona, veçanërisht në aplikimet e sistemit të ruajtjes së energjisë, ekzistojnë dy kërkesa të rëndësishme:

E para është bateria me jetëgjatësi, e cila mund të zvogëlojë ndjeshëm kostot e funksionimit dhe mirëmbajtjes.Sistemi i ruajtjes së energjisë ka kërkesa të larta për jetëgjatësinë e paketës së baterisë.Shumica e atyre shtëpiake janë të dizajnuara për 15 vjet.Nëse supozojmë 300 cikle në vit, 15 vjet janë 4500 cikle, që është ende shumë e lartë.Ne duhet të maksimizojmë jetën e çdo baterie në mënyrë që jeta totale e të gjithë paketës së baterisë të arrijë sa më shumë që të jetë e mundur jetëgjatësinë e projektimit dhe të zvogëlojë ndikimin e shpërndarjes së baterisë në jetëgjatësinë e paketës së baterisë.

Cikli i dytë i thellë, veçanërisht në skenarin e aplikimit të rruajtjes së pikut, lëshimi i një kWh më shumë energji elektrike do të sjellë një pikë më shumë të ardhura.Kjo do të thotë, ne do të bëjmë 80% DoD ose 90% DoD.Kur përdoret cikli i thellë në sistemin e ruajtjes së energjisë, shpërndarja e baterisë gjatë shkarkimit të bishtit do të shfaqet.Prandaj, për të siguruar çlirimin e plotë të kapacitetit të secilës qelizë të vetme nën kushtet e karikimit të thellë dhe shkarkimit të thellë, është e nevojshme të kërkohet që BMS-ja e ruajtjes së energjisë të ketë aftësi të forta të menaxhimit të barazimit dhe të shtypë shfaqjen e konsistencës midis qelizave të baterisë. .

Këto dy kërkesa janë saktësisht në kundërshtim me mospërputhjen e baterisë.Për të arritur aplikime më efikase të paketave të baterive, duhet të kemi teknologji më efektive balancimi për të reduktuar ndikimin e mospërputhjes së baterisë.

teknologjia e ekuilibrit

Teknologjia e barazimit të baterive është një mënyrë për t'i bërë të njëjta bateritë me kapacitete të ndryshme.Ekzistojnë dy metoda të zakonshme të barazimit: barazimi i njëanshëm i shpërndarjes së energjisë (barazimi pasiv) dhe barazimi dydrejtimësh i transferimit të energjisë (barazimi aktiv).

(1) Bilanci pasiv

Parimi i barazimit pasiv është paralelizimi i një rezistence shkarkimi të ndërprerë në çdo varg baterish.BMS kontrollon rezistencën e shkarkimit për të shkarkuar qelizat e tensionit më të lartë, duke shpërndarë energjinë elektrike si nxehtësi.Për shembull, kur bateria B është pothuajse plotësisht e ngarkuar, çelësi hapet për të lejuar që rezistenca në baterinë B të shpërndajë energjinë e tepërt elektrike si nxehtësi.Më pas karikimi vazhdon derisa bateritë A dhe C të ngarkohen plotësisht.

Kjo metodë mund të shkarkojë vetëm qeliza me tension të lartë dhe nuk mund të rikarikojë qelizat me kapacitet të ulët.Për shkak të kufizimit të fuqisë së rezistencës së shkarkimit, rryma e barazimit është përgjithësisht e vogël (më pak se 1A).

Përparësitë e barazimit pasiv janë kostoja e ulët dhe dizajni i thjeshtë i qarkut;disavantazhet janë se bazohet në kapacitetin më të ulët të mbetur të baterisë për barazim, i cili nuk mund të rrisë kapacitetin e baterive me kapacitet të ulët të mbetur dhe se 100% e fuqisë së barazuar harxhohet në formën e nxehtësisë.

(2) Bilanci aktiv

Nëpërmjet algoritmeve, vargjet e shumta të baterive transferojnë energjinë e qelizave të tensionit të lartë në qelizat e tensionit të ulët duke përdorur komponentët e ruajtjes së energjisë, duke shkarkuar bateritë me tension më të lartë dhe duke përdorur energjinë e çliruar për të ngarkuar qelizat e tensionit më të ulët.Energjia kryesisht transferohet dhe jo shpërndahet.

Në këtë mënyrë, gjatë karikimit, bateria B, e cila së pari arrin tensionin 100%, shkarkohet në A dhe C dhe të tre bateritë ngarkohen plotësisht së bashku.Gjatë shkarkimit, kur ngarkesa e mbetur e baterisë B është shumë e ulët, A dhe C "karikojnë" B, në mënyrë që qeliza B të mos e arrijë pragun SOC për ndalimin e shkarkimit kaq shpejt.

Karakteristikat kryesore të teknologjisë së balancimit aktiv

(1) Balanconi tensionin e lartë dhe të ulët për të përmirësuar efikasitetin e paketës së baterive: gjatë karikimit dhe shkarkimit dhe në pushim, bateritë e tensionit të lartë mund të shkarkohen dhe bateritë e tensionit të ulët mund të ngarkohen;

(2) Transferimi i energjisë me humbje të ulët: energjia kryesisht transferohet dhe jo thjesht humbet, duke përmirësuar efikasitetin e përdorimit të energjisë;

(3) Rryma e madhe e ekuilibrit: Në përgjithësi, rryma e ekuilibrit është midis 1 dhe 10A, dhe ekuilibri është më i shpejtë;

Barazimi aktiv kërkon konfigurimin e qarqeve përkatëse dhe pajisjeve të ruajtjes së energjisë, gjë që çon në vëllim të madh dhe rritje të kostos.Këto dy kushte së bashku përcaktojnë se barazimi aktiv nuk është i lehtë për t'u promovuar dhe zbatuar.

Përveç kësaj, procesi i ngarkimit dhe shkarkimit të barazimit aktiv rrit në mënyrë implicite jetëgjatësinë e ciklit të baterisë.Për qelizat që kërkojnë ngarkim dhe shkarkim për të arritur ekuilibrin, ngarkesa shtesë e punës mund të bëjë që ato të tejkalojnë plakjen e qelizave të zakonshme, duke rezultuar në një hendek më të madh të performancës me qelizat e tjera.

Disa ekspertë besojnë se dy shprehjet e mësipërme duhet të korrespondojnë me ekuilibrin shpërndarës dhe ekuilibrin jo-shpërndarës.Nëse ai është aktiv apo pasiv duhet të varet nga ngjarja që shkakton procesin e ekuilibrit.Nëse sistemi arrin një gjendje ku duhet të jetë pasiv, ai është pasiv.Nëse vendoset nga njerëzit, vendosja e programit të ekuilibrit kur nuk është e nevojshme të balancohet quhet ekuilibër aktiv.

Për shembull, kur shkarkimi është në fund, qeliza e tensionit më të ulët ka arritur tensionin e ndërprerjes së shkarkimit, ndërsa qelizat e tjera kanë ende energji.Në këtë kohë, për të shkarkuar sa më shumë energji elektrike, sistemi transferon energjinë elektrike të qelizave me energji të lartë në qelizat me energji të ulët, duke lejuar që procesi i shkarkimit të vazhdojë derisa të shkarkohet e gjithë fuqia.Ky është një proces barazimi pasiv.Nëse sistemi parashikon se do të ketë një çekuilibër në fund të shkarkimit kur ka mbetur ende 40% e energjisë, ai do të fillojë një proces aktiv barazimi.

Barazimi aktiv ndahet në metoda të centralizuara dhe të decentralizuara.Metoda e barazimit të centralizuar merr energji nga e gjithë paketa e baterisë dhe më pas përdor një pajisje konvertimi të energjisë për të plotësuar energjinë e baterive me më pak energji.Barazimi i decentralizuar përfshin një lidhje të ruajtjes së energjisë midis baterive ngjitur, e cila mund të jetë një induktor ose një kondensator, duke lejuar që energjia të rrjedhë midis baterive ngjitur.

Në strategjinë aktuale të kontrollit të bilancit, ka nga ata që marrin tensionin e qelizës si parametrin e synuar të kontrollit, dhe ka edhe nga ata që propozojnë përdorimin e SOC si parametrin objektiv të kontrollit të bilancit.Duke marrë si shembull tensionin e qelizës.

Së pari, vendosni një çift vlerash pragu për fillimin dhe përfundimin e barazimit: për shembull, në një grup baterish, kur diferenca midis tensionit ekstrem të një qelize të vetme dhe tensionit mesatar të grupit arrin 50 mV, fillon barazimi dhe kur arrin 5mV, barazimi përfundon.

BMS mbledh tensionin e secilës qelizë sipas një cikli fiks përvetësimi, llogarit vlerën mesatare dhe më pas llogarit diferencën ndërmjet tensionit të çdo qelize dhe vlerës mesatare;

Nëse diferenca maksimale arrin 50 mV, BMS duhet të fillojë procesin e barazimit;

Vazhdoni hapin 2 gjatë procesit të barazimit derisa vlerat e diferencës të jenë të gjitha më pak se 5 mV dhe më pas përfundoni barazimin.

Duhet të theksohet se jo të gjitha BMS-të e kërkojnë këtë hap dhe strategjitë pasuese mund të ndryshojnë në varësi të metodës së balancimit.

Teknologjia e balancës lidhet edhe me llojin e baterisë.Në përgjithësi besohet se LFP është më i përshtatshëm për ekuilibrin aktiv, ndërsa bateritë treshe janë të përshtatshme për ekuilibrin pasiv.

Faza e konkurrencës intensive në BMS mbështetet kryesisht nga kostoja dhe besueshmëria.Aktualisht, verifikimi eksperimental i balancimit aktiv nuk është arritur ende.Niveli i sigurisë funksionale pritet të shkojë drejt ASIL-C dhe ASIL-D, por kostoja është mjaft e lartë.Prandaj, kompanitë e mëdha aktuale janë të kujdesshme në lidhje me kërkimin aktiv të balancimit.Disa fabrika të mëdha madje duan të anulojnë modulin e balancimit dhe të kenë të gjitha balancimet të kryhen nga jashtë, ngjashëm me mirëmbajtjen e automjeteve me karburant.Sa herë që automjeti përshkon një distancë të caktuar, ai do të shkojë në dyqanin 4S për balancim të jashtëm.Kjo do të zvogëlojë koston e të gjithë BMS të automjetit dhe gjithashtu do të përfitojë nga dyqani përkatës 4S.Është një situatë e favorshme për të gjitha palët.Prandaj, personalisht, e kuptoj që kjo mund të bëhet trend!

3.3 Mbrojtja – diagnostikimi i defekteve dhe alarmi

Monitorimi BMS përputhet me harduerin e sistemit elektrik dhe ndahet në nivele të ndryshme dështimi (dështim i vogël, dështim serioz, dështim fatal) sipas kushteve të ndryshme të performancës së baterisë.Masa të ndryshme trajtimi merren në nivele të ndryshme dështimi: paralajmërim, kufizim i energjisë ose ndërprerje direkte e tensionit të lartë.Dështimet përfshijnë dështimet e marrjes së të dhënave dhe racionalitetit, dështimet elektrike (sensorët dhe aktivizuesit), dështimet e komunikimit dhe dështimet e statusit të baterisë.

Një shembull i zakonshëm është kur një bateri mbinxehet, BMS përcakton që bateria po mbinxehet bazuar në temperaturën e grumbulluar të baterisë, më pas kontrollon qarkun e kësaj baterie për t'u shkëputur, kryen mbrojtjen nga mbinxehja dhe dërgon një alarm në sistemet e menaxhimit si EMS.

3.4 Komunikimi

Funksionimi normal i BMS nuk mund të ndahet nga funksioni i tij i komunikimit.Pavarësisht nëse është kontrolli i baterisë gjatë menaxhimit të baterisë, transmetimi i statusit të baterisë në botën e jashtme ose marrja e udhëzimeve të kontrollit, kërkohet një komunikim i qëndrueshëm.

Në sistemin e baterisë së energjisë, njëri skaj i BMS është i lidhur me baterinë, dhe skaji tjetër është i lidhur me sistemin e kontrollit dhe elektronik të të gjithë automjetit.Mjedisi i përgjithshëm përdor protokollin CAN, por ekziston një dallim midis përdorimit të CAN të brendshëm midis komponentëve të brendshëm të paketës së baterisë dhe përdorimit të CAN të automjetit midis paketës së baterisë dhe të gjithë automjetit.

Në të kundërt, BMS e ruajtjes së energjisë dhe komunikimi i brendshëm në thelb përdorin protokollin CAN, por komunikimi i tij i jashtëm (i jashtëm i referohet kryesisht sistemit dispeçues të stacionit të energjisë së ruajtjes së energjisë PCS) shpesh përdor formatet e protokollit të Internetit protokollin TCP/IP dhe protokollin modbus.

4) BMS për ruajtjen e energjisë

Prodhuesit e BMS-ve të ruajtjes së energjisë përgjithësisht evoluan nga BMS e baterive të energjisë, kështu që shumë modele dhe terma kanë origjinë historike

Për shembull, bateria e energjisë zakonisht ndahet në BMU (Njësia e monitorimit të baterisë) dhe BCU (njësia e kontrollit të baterisë), ku e para mbledh të dhëna dhe e dyta i kontrollon ato.

Për shkak se qeliza e baterisë është një proces elektrokimik, qelizat e shumta të baterisë formojnë një bateri.Për shkak të karakteristikave të secilës qelizë baterie, pavarësisht sa i saktë është procesi i prodhimit, me kalimin e kohës dhe në varësi të mjedisit do të ketë gabime dhe mospërputhje në secilën qelizë të baterisë.Prandaj, sistemi i menaxhimit të baterisë duhet të vlerësojë gjendjen aktuale të baterisë përmes parametrave të kufizuar, gjë që është paksa si një mjek i mjekësisë tradicionale kineze që diagnostikon një pacient duke vëzhguar simptomat dhe jo mjekësia perëndimore që kërkon analiza fizike dhe kimike.Analiza fizike dhe kimike e trupit të njeriut është e ngjashme me karakteristikat elektrokimike të baterisë, të cilat mund të maten me instrumente eksperimentale në shkallë të gjerë.Megjithatë, është e vështirë për sistemet e ngulitura të vlerësojnë disa tregues të elektrokimisë.Prandaj, BMS është si një mjek i vjetër i mjekësisë kineze.

4.1 Arkitektura tre-shtresore e BMS-së për ruajtjen e energjisë

Për shkak të numrit të madh të qelizave të baterive në sistemet e ruajtjes së energjisë, për të kursyer kostot, BMS përgjithësisht zbatohet në shtresa, me dy ose tre shtresa.Aktualisht, rryma kryesore është tre shtresa: kontrolli kryesor/kontrolli kryesor/kontrolli skllav.

4.2 Përshkrimi i detajuar i BMS për ruajtjen e energjisë

5) Situata aktuale dhe tendenca e ardhshme

Ekzistojnë disa lloje të prodhuesve që prodhojnë BMS:

Kategoria e parë është përdoruesi fundor me fuqinë më dominuese në baterinë e energjisë BMS - fabrikat e makinave.Në fakt, forca më e fortë e prodhimit të BMS jashtë vendit janë edhe fabrikat e makinave, si General Motors, Tesla etj.. Në shtëpi janë BYD, Huating Power etj.

Kategoria e dytë janë fabrikat e baterive, duke përfshirë prodhuesit e celularëve dhe prodhuesit e paketave, si Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad, etj.;

Lloji i tretë i prodhuesve të BMS janë ata me përvojë shumëvjeçare në teknologjinë e elektronikës së energjisë dhe kanë ekipe R&D me prejardhje universitare ose ndërmarrje të ngjashme, si Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology dhe Kegong Electronics.

Ndryshe nga BMS e baterive të energjisë, e cila dominohet kryesisht nga prodhuesit e automjeteve terminale, duket se përdoruesit përfundimtarë të baterive të ruajtjes së energjisë nuk kanë nevojë ose veprime specifike për të marrë pjesë në kërkimin dhe zhvillimin dhe prodhimin e BMS.Gjithashtu nuk ka gjasa që ata të shpenzojnë shumë para dhe energji për të zhvilluar sisteme të menaxhimit të baterive në shkallë të gjerë.Prandaj, mund të konsiderohet se industrisë BMS të baterive të ruajtjes së energjisë i mungon një lojtar i rëndësishëm me avantazhe absolute, duke lënë një hapësirë ​​të madhe zhvillimi dhe imagjinate për prodhuesit dhe shitësit e baterive që fokusohen në BMS të ruajtjes së energjisë.Nëse krijohet tregu i ruajtjes së energjisë, ai do t'u japë prodhuesve të baterive dhe prodhuesve profesionistë të BMS shumë hapësirë ​​për zhvillim dhe më pak rezistencë konkurruese.

Aktualisht, ka relativisht pak prodhues profesionistë BMS të fokusuar në zhvillimin e BMS për ruajtjen e energjisë, kryesisht për faktin se tregu i ruajtjes së energjisë është ende në fillimet e tij dhe ka ende shumë dyshime për zhvillimin e ardhshëm të ruajtjes së energjisë në treg.Prandaj, shumica e prodhuesve nuk kanë zhvilluar BMS në lidhje me ruajtjen e energjisë.Në mjedisin aktual të biznesit, ka edhe prodhues që blejnë bateri të automjeteve elektrike BMS për t'u përdorur si BMS për bateritë e ruajtjes së energjisë.Besohet se në të ardhmen, prodhuesit profesionistë të automjeteve elektrike BMS gjithashtu ka të ngjarë të bëhen një pjesë e rëndësishme e furnizuesve BMS të përdorura në projektet e ruajtjes së energjisë në shkallë të gjerë.

Në këtë fazë, ka mungesë të standardeve uniforme për BMS të ofruara nga furnizues të ndryshëm të sistemeve të ruajtjes së energjisë.Prodhues të ndryshëm kanë modele dhe përkufizime të ndryshme për BMS, dhe në varësi të baterive të ndryshme me të cilat janë të pajtueshme, algoritmi SOX, teknologjia e barazimit dhe përmbajtja e të dhënave të komunikimit të ngarkuar mund të ndryshojnë gjithashtu.Në aplikimin praktik të BMS, ndryshime të tilla do të rrisin kostot e aplikimit dhe do të jenë të dëmshme për zhvillimin industrial.Prandaj, standardizimi dhe modularizimi i BMS do të jetë gjithashtu një drejtim i rëndësishëm zhvillimi në të ardhmen.