Batterihanteringssystem BMS Kunskap och funktion, en introduktion

Det fullständiga namnet på BMS är Battery Management System.Det är en enhet som övervakar statusen för energilagringsbatterier.Den används främst för intelligent hantering och underhåll av individuella battericeller, förhindrar överladdning och överurladdning av batterier, förlänger batteritiden och övervakar batteristatus.Generellt representeras BMS som ett kretskort eller en hårdvarubox.

 

BMS är ett av kärnundersystemen i batterienergilagringssystemet, ansvarigt för att övervaka driftsstatusen för varje batteri i batterienergilagringsenheten och säkerställa säker och tillförlitlig drift av energilagringsenheten.BMS kan övervaka och samla in statusparametrarna för energilagringsbatteriet i realtid (inklusive men inte begränsat till encellsspänning, batteripolens temperatur, batterislingans ström, batteripaketets polspänning, batterisystemets isolationsresistans, etc.), och utföra nödvändig analys och beräkning av relevanta statusparametrar för att få fler systemstatusutvärderingsparametrar.Det kan också uppnå effektiv kontroll av själva energilagringsbatteriet enligt specifika skyddskontrollstrategier för att säkerställa säker och pålitlig drift av hela batteriets energilagringsenhet.Samtidigt kan BMS interagera med andra externa enheter (PCS, EMS, brandskyddssystem etc.) genom sitt eget kommunikationsgränssnitt och analog/digital ingångsgränssnitt för att bilda en länkstyrning av olika delsystem i hela energilagringseffekten station, vilket säkerställer säker, pålitlig och effektiv nätansluten drift av kraftverket.

2) Arkitektur

Ur topologiarkitekturens perspektiv är BMS indelat i två kategorier: centraliserat och distribuerat enligt olika projektkrav.

 

Centraliserat BMS

Enkelt uttryckt använder centraliserad BMS en enda BMS-hårdvara för att samla in alla celler, vilket är lämpligt för scenarier med få celler.

Centraliserat BMS har fördelarna med låg kostnad, kompakt struktur och hög tillförlitlighet, och används ofta i scenarier med låg kapacitet, lågt totaltryck och liten batterisystemvolym, såsom elverktyg, robotar (hanteringsrobotar, hjälprobotar), IOT smarta hem (soprobotar, elektriska dammsugare), elektriska gaffeltruckar, elektriska låghastighetsfordon (elcyklar, elmotorcyklar, elektriska sightseeingbilar, elpatrullbilar, elektriska golfbilar etc.) och lätta hybridfordon.

Den centraliserade BMS-hårdvaran kan delas in i högspännings- och lågspänningsområden.Högspänningsområdet är ansvarigt för att samla in encellsspänning, systemets totala spänning och övervakning av isolationsresistans.Lågspänningsområdet inkluderar strömförsörjningskretsar, CPU-kretsar, CAN-kommunikationskretsar, styrkretsar och så vidare.

Eftersom kraftbatterisystemet för passagerarfordon fortsätter att utvecklas mot hög kapacitet, högt totaltryck och stor volym, används distribuerade BMS-arkitekturer främst i plug-in hybrid och rena elfordonsmodeller.

Distribuerad BMS

För närvarande finns det olika termer för distribuerat BMS i branschen och olika företag har olika namn.Strömbatteriet BMS har mestadels en master-slave-arkitektur i två nivåer:

 

Energilagrings-BMS är vanligtvis en arkitektur i tre nivåer på grund av den stora storleken på batteripaketet, med ett masterkontrollskikt ovanför slav- och huvudkontrollskikten.

Precis som batterier bildar batterikluster, som i sin tur bildar stackar, följer BMS med tre nivåer också samma uppåtgående regel:

Från styrningen: batterihanteringsenhet (BMU), som samlar information från enskilda batterier.

Övervaka battericellens spänning och temperatur

Batteriutjämning i paketet

Uppladdning av information

Termisk hantering

Onormalt larm

Huvudstyrning: Batteriklusterhanteringsenhet: BCU (batteriklusterenhet, även känd som högspänningshanteringsenhet HVU, BCMU, etc.), ansvarig för insamling av BMU-information och insamling av batteriklusterinformation.

Batteriklusterströminsamling, total spänningsinsamling, läckagedetektering

Avstängningsskydd när batteristatusen är onormal

Under ledning av BMS kan kapacitetskalibrering och SOC-kalibrering slutföras separat som grund för efterföljande laddnings- och urladdningshantering

Batterihanteringsenheten (BAU) ansvarar för centraliserad hantering av batterierna i hela energilagringsbatteristacken.Den ansluter till olika batteriklusterhanteringsenheter och utbyter information med andra enheter för att ge feedback om batterigruppens driftsstatus.

Laddnings- och urladdningshantering av batteriuppsättning

BMS-system självkontroll och feldiagnoslarm

Feldiagnos larm för batteripaket

Säkerhetsskydd för olika avvikelser och fel i batterimatrisen

Kommunicera med andra enheter som PCS och EMS

Datalagring, överföring och bearbetning

Batterihanteringslager: ansvarig för att samla in olika information (spänning, temperatur) för individuella batterier, beräkna och analysera SOC och SOH för batterier, uppnå aktiv utjämning av individuella batterier och ladda upp onormal information om individuella batterier till batteripaketets enhetslager BCMU.Genom extern CAN-kommunikation är den sammankopplad genom en seriekedja.

Batterihanteringslager: ansvarig för att samla in olika information från individuella batterier som laddats upp av BMU, samla in olika information om batteripaketet (packspänning, packtemperatur), batteripaketets laddnings- och urladdningsströmmar, beräkna och analysera SOC och SOH för batteripaketet och ladda upp all information till batteriklusterenhetslagret BAMS.Genom extern CAN-kommunikation är den sammankopplad genom en seriekedja.

Batteriklusterhanteringsskikt: ansvarig för att samla in olika batteriinformation som laddats upp av BCMU och ladda upp all information till EMS-systemet för energilagringsövervakning via RJ45-gränssnittet;kommunicerar med PCS för att skicka relevant onormal information om batteriet till PCS (CAN- eller RS485-gränssnitt), och utrustad med torra hårdvarunoder för att kommunicera med PCS.Dessutom utför den BSE-utvärdering av batterisystemet (Battery State Estimate), detektering av elsystemstatus, kontaktorhantering, termisk hantering, drifthantering, laddningshantering, diagnostisk hantering och utför intern och extern kommunikationsnätverkshantering.Kommunicerar med underordnade genom CAN.

3) Vad gör BMS?

Funktionerna hos BMS är många, men kärnan och det vi är mest bekymrade över är tre aspekter:

Den ena är avkänning (state management), vilket är BMS:s grundläggande funktion.Den mäter spänning, resistans, temperatur och känner i slutändan av batteriets tillstånd.Vi vill veta hur batteriet är, hur mycket energi och kapacitet det har, hur hälsosamt det är, hur mycket ström det producerar och hur säkert det är.Det här är avkänning.

Det andra är management (balanshantering).Vissa säger att BMS är barnsköterskan för batteriet.Då borde den här barnskötaren klara det.Vad ska man hantera?Det är för att göra batteriet så bra som möjligt.Det mest grundläggande är balanshantering och termisk hantering.

Det tredje är skydd (säkerhetshantering).Barnskötaren har också ett jobb att göra.Om batteriet har någon status behöver det skyddas och ett larm måste utlösas.

Naturligtvis finns det också en kommunikationshanteringskomponent som överför data inom eller utanför systemet genom vissa protokoll.

BMS har många andra funktioner, såsom driftkontroll, isoleringsövervakning, termisk hantering etc. som inte diskuteras här.

 

3.1 Perception – Mätning och uppskattning

Den grundläggande funktionen för BMS är att mäta och uppskatta batteriparametrar, inklusive grundläggande parametrar som spänning, ström, temperatur och tillstånd, samt beräkningar av batteristatusdata som SOC och SOH.Området kraftbatterier innefattar också beräkningar av SOP (state of power) och SOE (state of energy), som inte diskuteras här.Vi kommer att fokusera på de två första mer allmänt använda data.

Cellmätning

1) Grundläggande informationsmätning: Batterihanteringssystemets mest grundläggande funktion är att mäta spänningen, strömmen och temperaturen hos de enskilda battericellerna, vilket är grunden för alla toppnivåberäkningar och styrlogik i batterihanteringssystemet.

2) Isolationsresistanstestning: Isolationstestning krävs för hela batterisystemet och högspänningssystemet inom batterihanteringssystemet.

3) Högspänningsförreglingsdetektering (HVIL): används för att bekräfta hela högspänningssystemets integritet och initiera säkerhetsåtgärder när integriteten hos högspänningssystemslingan äventyras.

SOC-beräkning

SOC hänvisar till laddningstillståndet, vilket är batteriets återstående kapacitet.Enkelt uttryckt är det hur mycket ström som finns kvar i batteriet.

SOC är den viktigaste parametern i BMS, eftersom allt annat är baserat på det.Därför är dess noggrannhet och robusthet (även känd som felkorrigeringsförmåga) extremt viktiga.Utan korrekt SOC kan ingen skyddsfunktion få BMS att fungera korrekt, eftersom batteriet ofta är i ett skyddat tillstånd, vilket gör det omöjligt att förlänga batteriets livslängd.

För närvarande inkluderar de vanliga SOC-uppskattningsmetoderna öppen kretsspänningsmetod, strömintegreringsmetod, Kalman-filtermetod och neurala nätverksmetod.De två första metoderna används ofta.De två sistnämnda metoderna involverar avancerad kunskap som integrationsmodeller och artificiell intelligens, som inte beskrivs i detalj här.

I praktiska tillämpningar används ofta flera algoritmer i kombination, där olika algoritmer används beroende på batteriets laddnings- och urladdningsstatus.

öppen krets spänningsmetod

Principen för öppen kretsspänningsmetoden är att använda det relativt fasta funktionsförhållandet mellan öppen kretsspänning och SOC under villkoret av långvarig statisk placering av batteriet, och därmed uppskatta SOC baserat på öppen kretsspänning.Den tidigare vanliga elcykeln med blysyrabatteri använder denna metod för att uppskatta SOC.Öppna kretsspänningsmetoden är enkel och bekväm, men det finns också många nackdelar:

1. Batteriet måste stå kvar länge, annars kommer den öppna kretsspänningen vara svår att stabilisera på kort tid;

2. Det finns en spänningsplatå i batterier, särskilt litiumjärnfosfatbatterier, där terminalspänningen och SOC-kurvan är ungefär linjära under SOC30%-80%-intervallet;

3. Batteriet har olika temperaturer eller olika livsstadier, och även om öppen kretsspänningen är densamma kan den faktiska SOC-skillnaden vara stor;

Som visas i figuren nedan, när vi använder den här elcykeln, om den aktuella SOC visas som 100%, sjunker spänningen vid acceleration, och effekten kan visas som 80%.När vi slutar accelerera stiger spänningen, och effekten hoppar tillbaka till 100%.Så vår elscooters effektdisplay är inte korrekt.När vi stannar har den ström, men när vi startar tar den slut.Detta kanske inte är ett problem med batteriet, men kan bero på att SoC-algoritmen för BMS är för enkel.

An-Shi integral metod

Anshicontinuous integrationsmetoden beräknar SOC-värdet direkt i realtid genom definitionen av SOC.

Givet det initiala SOC-värdet, så länge som batteriströmmen kan mätas (där urladdningsströmmen är positiv), kan förändringen i batterikapacitet beräknas exakt genom strömintegrering, vilket resulterar i återstående SOC.

Denna metod har relativt tillförlitliga uppskattningsresultat på kort tid, men på grund av mätfel hos strömsensorn och gradvis försämring av batterikapaciteten kommer långvarig strömintegrering att införa vissa avvikelser.Därför används den i allmänhet tillsammans med öppen kretsspänningsmetod för att uppskatta initialvärdet för SOC-uppskattning med låga noggrannhetskrav, och kan också användas i samband med Kalman-filtreringsmetoden för kortsiktig SOC-prediktion.

SOC (State Of Charge) tillhör kärnstyrningsalgoritmen för BMS, som representerar den aktuella återstående kapacitetsstatusen.Det uppnås huvudsakligen genom amperetimmarsintegrationsmetoden och EKF (Extended Kalman Filter) algoritm, kombinerat med korrigeringsstrategier (såsom tomgångsspänningskorrigering, fullladdningskorrigering, laddningsslutkorrigering, kapacitetskorrigering under olika temperaturer och SOH, etc.).Integreringsmetoden för amperetimmar är relativt tillförlitlig under förutsättning att den säkerställer strömförvärvningsnoggrannhet, men den är inte robust.På grund av ackumuleringen av fel måste det kombineras med korrigeringsstrategier.EKF-metoden är robust men algoritmen är relativt komplex och svår att implementera.Inhemska vanliga tillverkare kan uppnå en noggrannhet på mindre än 6 % vid rumstemperatur, men det är svårt att uppskatta vid höga och låga temperaturer och batteridämpning.

SOC-korrigering

På grund av nuvarande fluktuationer kan den uppskattade SOC vara felaktig, och olika korrigeringsstrategier måste införlivas i uppskattningsprocessen.

 

SOH-beräkning

SOH hänvisar till hälsotillståndet, som anger batteriets aktuella hälsostatus (eller graden av batterinedbrytning).Det representeras vanligtvis som ett värde mellan 0 och 100 %, med värden under 80 % som allmänt anses indikera att batteriet inte längre är användbart.Det kan representeras av förändringar i batterikapacitet eller internt motstånd.Vid användning av kapacitet uppskattas den faktiska kapaciteten för det aktuella batteriet baserat på data från batteriets driftprocess, och förhållandet mellan denna och den nominella kapaciteten är SOH.En exakt SOH kommer att förbättra uppskattningsnoggrannheten för andra moduler när batteriet försämras.

Det finns två olika definitioner av SOH i branschen:

SOH-definition baserad på kapacitetsblekning

Under användningen av litiumjonbatterier minskar det aktiva materialet inuti batteriet gradvis, det interna motståndet ökar och kapaciteten avtar.Därför kan SOH uppskattas av batterikapaciteten.Batteriets hälsostatus uttrycks som förhållandet mellan den nuvarande kapaciteten och den initiala kapaciteten, och dess SOH definieras som:

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

Där: C_fade är batteriets förlorade kapacitet;C_standard är den nominella kapaciteten.

IEEE-standarden 1188-1996 föreskriver att när kapaciteten på kraftbatteriet sjunker till 80 %, ska batteriet bytas ut.Därför brukar vi anse att batteriet SOH inte är tillgängligt när det är under 80%.

SOH-definition baserad på effektdämpning (Power Fade)

Åldrandet av nästan alla typer av batterier kommer att leda till en ökning av batteriets inre motstånd.Ju högre inre resistans batteriet har, desto lägre är tillgänglig effekt.Därför kan SOH uppskattas med hjälp av effektdämpning.

3.2 Management – ​​Balanserad teknik

Varje batteri har sin egen "personlighet"

För att prata om balans måste vi börja med batterier.Även batterier som produceras i samma parti av samma tillverkare har sina egna livscykler och "personligheter" - kapaciteten för varje batteri kan inte vara exakt densamma.Det finns två skäl till denna inkonsekvens:

En är inkonsekvensen av cellproduktion

En är inkonsekvensen av elektrokemiska reaktioner.

produktionsinkonsekvens

Produktionsinkonsekvenser är lätta att förstå.Till exempel, under produktionsprocessen, kan inkonsekvenser i membranet och inkonsekvenser av katod- och anodmaterial resultera i inkonsekvenser i övergripande batterikapacitet.Ett standardbatteri på 50AH kan bli 49AH eller 51AH.

elektrokemisk inkonsekvens

Inkonsekvensen med elektrokemi är att i processen för batteriladdning och urladdning, även om produktionen och bearbetningen av de två cellerna är identiska, kan den termiska miljön aldrig vara konsekvent i processen för elektrokemisk reaktion.Till exempel, när man tillverkar batterimoduler måste temperaturen på den omgivande ringen vara lägre än den i mitten.Detta resulterar i långvarig inkonsekvens mellan laddnings- och urladdningsmängder, vilket i sin tur leder till inkonsekvent battericellkapacitet;När laddnings- och urladdningsströmmarna för SEI-filmen på battericellen är inkonsekventa under lång tid, kommer åldrandet av SEI-filmen också att vara inkonsekvent.

*SEI-film: "fast elektrolytgränssnitt" (fast elektrolytgränssnitt).Under den första laddningsurladdningsprocessen av ett flytande litiumjonbatteri, reagerar elektrodmaterialet med elektrolyten på fast-vätskefasgränsytan för att bilda ett passiveringsskikt som täcker ytan av elektrodmaterialet.SEI-film är en elektronisk isolator men en utmärkt ledare av litiumjoner, som inte bara skyddar elektroden utan påverkar inte heller batteriets funktion.Åldrandet av SEI-film har en betydande inverkan på batteriets hälsa.

Därför är olikformighet (eller diskrethet) hos batteripaket en oundviklig manifestation av batteridrift.

Varför balans behövs

Batterierna är olika, så varför inte försöka göra dem likadana?Eftersom inkonsekvens kommer att påverka batteriets prestanda.

Batteripaketet i serie följer kortrörseffekten: i batteripaketsystemet i serie bestäms kapaciteten för hela batteripaketet av den minsta enstaka enheten.

Anta att vi har ett batteripaket som består av tre batterier:

e vet att överladdning och överurladdning kan allvarligt skada batterierna.Därför, när batteri B är fulladdat under laddning eller när SoC för batteri B är mycket låg under urladdning, är det nödvändigt att avbryta laddning och urladdning för att skydda batteri B. Som ett resultat kan strömmen för batterierna A och C inte vara helt utnyttjas.

Det här leder till:

Den faktiska användbara kapaciteten för batteripaketet har minskat: Batteri A och C, som kunde ha utnyttjat den tillgängliga kapaciteten, kan nu inte göra det för att få plats med Batteri B. Det är som två personer på tre ben bundna tillsammans, med längre person som inte kan ta stora steg.

Minskad batteritid: En mindre steglängd kräver fler steg och gör benen tröttare.Med en reducerad kapacitet ökar antalet laddnings- och urladdningscykler, vilket resulterar i större batteriförsämring.Till exempel kan en enskild cell uppnå 4000 cykler vid 100% DoD, men i faktisk användning kan den inte nå 100% och antalet cykler kommer säkerligen inte att nå 4000.

*DoD, Depth of Discharge, representerar procentandelen av batteriets urladdningskapacitet i förhållande till batteriets nominella kapacitet.

Inkonsekvensen av batterier leder till en minskning av batteripaketets prestanda.När storleken på batterimodulen är stor kopplas flera strängar av batterier i serie, och en stor enstaka spänningsskillnad gör att kapaciteten på hela lådan minskar.Ju fler batterier kopplade i serie, desto mer kapacitet förlorar de.Men i våra applikationer, särskilt i energilagringssystem, finns det två viktiga krav:

Den första är ett batteri med lång livslängd, vilket avsevärt kan minska drift- och underhållskostnaderna.Energilagringssystemet har höga krav på batteripaketets livslängd.De flesta av de inhemska är designade för 15 år.Om vi ​​antar 300 cykler per år är 15 år 4500 cykler, vilket fortfarande är mycket högt.Vi måste maximera livslängden för varje batteri så att den totala livslängden för hela batteripaketet kan nå designlivslängden så mycket som möjligt, och minska effekten av batterispridning på batteripaketets livslängd.

Den andra djupa cykeln, särskilt i tillämpningsscenariot med peak shaving, kommer att släppa ut ytterligare en kWh el kommer att ge ytterligare en inkomstpunkt.Det vill säga, vi kommer att göra 80% DoD eller 90% DoD.När den djupa cykeln används i energilagringssystemet kommer spridningen av batteriet under svansurladdningen att manifesteras.Därför, för att säkerställa att kapaciteten för varje enskild cell frigörs fullt ut under tillstånd av djupladdning och djupurladdning, är det nödvändigt att kräva att energilagrings-BMS har starka utjämningshanteringsmöjligheter och undertrycker förekomsten av konsistens mellan battericeller .

Dessa två krav strider exakt mot batteriinkonsekvens.För att uppnå effektivare batteripaketsapplikationer måste vi ha mer effektiv balanseringsteknik för att minska effekten av batteriinkonsekvens.

jämviktsteknik

Batteriutjämningsteknik är ett sätt att göra batterier med olika kapacitet lika.Det finns två vanliga utjämningsmetoder: energiavledning enkelriktad utjämning (passiv utjämning) och energiöverföring dubbelriktad utjämning (aktiv utjämning).

(1) Passiv balans

Den passiva utjämningsprincipen är att parallellkoppla ett omkopplingsbart urladdningsmotstånd på varje sträng av batterier.BMS styr urladdningsmotståndet för att ladda ur de högre spänningscellerna och avleda den elektriska energin som värme.Till exempel, när batteri B är nästan fulladdat, öppnas omkopplaren för att tillåta motståndet på batteri B att avleda överskott av elektrisk energi som värme.Sedan fortsätter laddningen tills batterierna A och C också är fulladdade.

Denna metod kan bara ladda ur högspänningsceller och kan inte ladda lågkapacitetsceller.På grund av urladdningsmotståndets effektbegränsning är utjämningsströmmen i allmänhet liten (mindre än 1A).

Fördelarna med passiv utjämning är låg kostnad och enkel kretsdesign;nackdelarna är att den baseras på lägsta återstående batterikapacitet för utjämning, vilket inte kan öka kapaciteten på batterier med låg återstående kapacitet, samt att 100 % av den utjämnade effekten går till spillo i form av värme.

(2) Aktivt saldo

Genom algoritmer överför flera strängar av batterier energin från högspänningsceller till lågspänningsceller med hjälp av energilagringskomponenter, laddar ur högspänningsbatterierna och använder energin som frigörs för att ladda lågspänningscellerna.Energin överförs i huvudsak snarare än försvinner.

På så sätt laddas batteri B, som först når 100% spänning, under laddningen till A och C, och de tre batterierna är fulladdade tillsammans.Under urladdning, när återstående laddning av batteri B är för låg, "laddar" A och C B, så att cell B inte når SOC-tröskeln för att stoppa urladdningen så snabbt.

Huvuddragen hos aktiv balanseringsteknik

(1) Balansera hög- och lågspänningen för att förbättra batteripaketets effektivitet: Under laddning och urladdning och i vila kan högspänningsbatterierna laddas ur och lågspänningsbatterierna kan laddas;

(2) Energiöverföring med låga förluster: energi överförs huvudsakligen snarare än bara förloras, vilket förbättrar effektiviteten i kraftutnyttjandet;

(3) Stor jämviktsström: I allmänhet är jämviktsströmmen mellan 1 och 10A, och jämvikten är snabbare;

Aktiv utjämning kräver konfiguration av motsvarande kretsar och energilagringsenheter, vilket leder till stor volym och ökade kostnader.Dessa två villkor tillsammans avgör att aktiv utjämning inte är lätt att främja och tillämpa.

Dessutom ökar den aktiva utjämningsladdningen och urladdningsprocessen implicit batteriets livslängd.För celler som kräver laddning och urladdning för att uppnå balans kan den extra arbetsbelastningen göra att de överskrider åldrandet av vanliga celler, vilket resulterar i en större prestandagap med andra celler.

Vissa experter anser att de två uttrycken ovan bör motsvara dissipativ jämvikt och icke-dissipativ jämvikt.Om den är aktiv eller passiv bör bero på händelsen som utlöser jämviktsprocessen.Om systemet når ett tillstånd där det måste vara passivt är det passivt.Om det ställs in av människor kallas det aktiv jämvikt att ställa in jämviktsprogrammet när det inte är nödvändigt att vara balanserat.

Till exempel, när urladdningen är i slutet, har den lägsta spänningscellen nått urladdningsgränsspänningen, medan andra celler fortfarande har ström.Vid denna tidpunkt, för att ladda ur så mycket elektricitet som möjligt, överför systemet elektriciteten från högenergiceller till lågenergiceller, vilket tillåter urladdningsprocessen att fortsätta tills all ström är urladdad.Detta är en passiv utjämningsprocess.Om systemet förutspår att det kommer att uppstå en obalans i slutet av urladdningen när det fortfarande finns 40 % av effekten kvar, kommer det att starta en aktiv utjämningsprocess.

Aktiv utjämning är uppdelad i centraliserade och decentraliserade metoder.Den centraliserade utjämningsmetoden hämtar energi från hela batteripaketet och använder sedan en energiomvandlingsanordning för att komplettera energi till batterierna med mindre energi.Decentraliserad utjämning innebär en energilagringslänk mellan intilliggande batterier, som kan vara en induktor eller en kondensator, vilket gör att energi kan flöda mellan intilliggande batterier.

I den nuvarande balanskontrollstrategin finns det de som tar cellspänningen som styrmålparameter, och det finns också de som föreslår att använda SOC som balansstyrmålparameter.Ta cellspänningen som ett exempel.

Ställ först in ett par tröskelvärden för att initiera och avsluta utjämning: till exempel i en uppsättning batterier, när skillnaden mellan extremspänningen för en enskild cell och medelspänningen för uppsättningen når 50mV, initieras utjämning, och när den når 5mV, utjämningen avslutas.

BMS samlar in spänningen för varje cell enligt en fast insamlingscykel, beräknar medelvärdet och beräknar sedan skillnaden mellan varje cellspänning och medelvärdet;

Om den maximala skillnaden når 50mV måste BMS starta utjämningsprocessen;

Fortsätt steg 2 under utjämningsprocessen tills skillnadsvärdena alla är mindre än 5mV, och avsluta sedan utjämningen.

Det bör noteras att inte alla BMS kräver detta steg, och efterföljande strategier kan variera beroende på balansmetoden.

Balanstekniken är också relaterad till typen av batteri.Det anses allmänt att LFP är mer lämpligt för aktiv balans, medan ternära batterier är lämpliga för passiv balans.

Stadiet av intensiv konkurrens inom BMS stöds till största delen av kostnad och tillförlitlighet.För närvarande har den experimentella verifieringen av aktiv balansering ännu inte uppnåtts.Nivån på funktionell säkerhet förväntas röra sig mot ASIL-C och ASIL-D, men kostnaden är ganska hög.Därför är de nuvarande storföretagen försiktiga med aktiv balanserande forskning.Vissa stora fabriker vill till och med avbryta balanseringsmodulen och låta all balansering utföras externt, liknande underhåll av bränslefordon.Varje gång fordonet färdas en viss sträcka går det till 4S-butiken för extern balansering.Detta kommer att minska kostnaderna för hela fordonets BMS och även gynna motsvarande 4S-butik.Det är en win-win-situation för alla parter.Därför förstår jag personligen att detta kan bli en trend!

3.3 Skydd – feldiagnos och larm

BMS-övervakningen matchas med det elektriska systemets hårdvara, och den är uppdelad i olika felnivåer (mindre fel, allvarligt fel, dödligt fel) beroende på batteriets olika prestandaförhållanden.Olika hanteringsåtgärder vidtas i olika felnivåer: varning, effektbegränsning eller direkt högspänningsavbrott.Fel inkluderar datainsamling och rationalitetsfel, elektriska fel (sensorer och ställdon), kommunikationsfel och batteristatusfel.

Ett vanligt exempel är när ett batteri överhettas, BMS fastställer att batteriet överhettas baserat på den insamlade batteritemperaturen, kontrollerar sedan kretsen för detta batteri för att kopplas från, utför överhettningsskydd och skickar en varning till ledningssystem som EMS.

3.4 Kommunikation

Den normala driften av BMS kan inte separeras från dess kommunikationsfunktion.Oavsett om det handlar om att kontrollera batteriet under batterihantering, överföra batteristatus till omvärlden eller ta emot kontrollinstruktioner, krävs stabil kommunikation.

I kraftbatterisystemet är ena änden av BMS ansluten till batteriet och den andra änden är ansluten till hela fordonets styr- och elektroniska system.Den övergripande miljön använder CAN-protokoll, men det finns en skillnad mellan att använda intern CAN mellan interna komponenter i batteripaketet och att använda fordons-CAN mellan batteripaketet och hela fordonet.

Däremot använder energilagrings-BMS och intern kommunikation i princip CAN-protokoll, men dess externa kommunikation (extern hänvisar huvudsakligen till energilagringskraftverkets sändningssystem PCS) använder ofta Internetprotokollformat TCP/IP-protokoll och modbus-protokoll.

4) Energilagring BMS

Energilagring BMS-tillverkare har i allmänhet utvecklats från BMS för kraftbatterier, så många konstruktioner och termer har historiskt ursprung

Till exempel är strömbatteriet generellt uppdelat i BMU (Battery Monitor Unit) och BCU (Battery Control Unit), där den förra samlar in data och den senare kontrollerar den.

Eftersom battericellen är en elektrokemisk process bildar flera battericeller ett batteri.På grund av egenskaperna hos varje battericell, oavsett hur exakt tillverkningsprocessen är, kommer det att finnas fel och inkonsekvenser i varje battericell över tid och beroende på miljön.Därför är batterihanteringssystemet att utvärdera batteriets nuvarande tillstånd genom begränsade parametrar, vilket är lite som en traditionell kinesisk medicinläkare som diagnostiserar en patient genom att observera symtom snarare än västerländsk medicin som kräver fysisk och kemisk analys.Den fysiska och kemiska analysen av människokroppen liknar batteriets elektrokemiska egenskaper, som kan mätas med storskaliga experimentella instrument.Det är dock svårt för inbyggda system att utvärdera vissa indikatorer för elektrokemi.Därför är BMS som en gammal kinesisk medicinläkare.

4.1 Treskiktsarkitektur för energilagrings-BMS

På grund av det stora antalet battericeller i energilagringssystem, för att spara kostnader, implementeras BMS vanligtvis i lager, med två eller tre lager.För närvarande är mainstream tre lager: masterkontroll/masterkontroll/slavkontroll.

4.2 Detaljerad beskrivning av energilagrings-BMS

5) Nuvarande läge och framtida trend

Det finns flera typer av tillverkare som producerar BMS:

Den första kategorin är slutanvändaren med den mest dominerande kraften i kraftbatteriet BMS – bilfabriker.Faktum är att den starkaste BMS-tillverkningsstyrkan utomlands är också bilfabrikerna, såsom General Motors, Tesla, etc. Hemma finns det BYD, Huating Power osv.

Den andra kategorin är batterifabriker, inklusive celltillverkare och pakettillverkare, såsom Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad, etc.;

Den tredje typen av BMS-tillverkare är de med många års erfarenhet av kraftelektronikteknik och har FoU-team med universitetsbakgrund eller relaterad företagsbakgrund, såsom Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology och Kegong Electronics.

Till skillnad från BMS för kraftbatterier, som huvudsakligen domineras av terminalfordonstillverkare, verkar det som om slutanvändarna av energilagringsbatterier inte har något behov eller specifika åtgärder för att delta i forskning och utveckling och tillverkning av BMS.Det är också osannolikt att de kommer att lägga mycket pengar och energi på att utveckla storskaliga batterihanteringssystem.Därför kan det anses att BMS-industrin för energilagringsbatterier saknar en viktig aktör med absoluta fördelar, vilket lämnar ett enormt utrymme för utveckling och fantasi för batteritillverkare och -leverantörer som fokuserar på energilagrings-BMS.Om energilagringsmarknaden etableras kommer det att ge batteritillverkare och professionella BMS-tillverkare stort utrymme för utveckling och mindre konkurrensmotstånd.

För närvarande finns det relativt få professionella BMS-tillverkare fokuserade på utvecklingen av energilagrings-BMS, främst beroende på att energilagringsmarknaden fortfarande är i sin linda och det finns fortfarande många tvivel om den framtida utvecklingen av energilagring på marknaden.Därför har de flesta tillverkare inte utvecklat BMS relaterat till energilagring.I den faktiska affärsmiljön finns det även tillverkare som köper elbilsbatteri BMS för användning som BMS för energilagringsbatterier.Man tror att professionella elfordons BMS-tillverkare i framtiden sannolikt också kommer att bli en viktig del av BMS-leverantörerna som används i storskaliga energilagringsprojekt.

I detta skede saknas enhetliga standarder för BMS från olika leverantörer av energilagringssystem.Olika tillverkare har olika design och definitioner för BMS, och beroende på de olika batterierna de är kompatibla med kan SOX-algoritmen, utjämningstekniken och det uppladdade kommunikationsdatainnehållet också variera.I den praktiska tillämpningen av BMS kommer sådana skillnader att öka tillämpningskostnaderna och vara skadliga för industriell utveckling.Därför kommer standardisering och modularisering av BMS också att vara en viktig utvecklingsriktning i framtiden.