Mfumo wa Kudhibiti Betri Maarifa na Kazi ya BMS, Utangulizi

Jina kamili la BMS ni Mfumo wa Kudhibiti Betri.Ni kifaa kinachofuatilia hali ya betri za kuhifadhi nishati.Hutumika hasa kwa ajili ya usimamizi na matengenezo ya akili ya seli mahususi za betri, kuzuia kuchaji zaidi na kutoa chaji kupita kiasi, kuongeza muda wa matumizi ya betri, na kufuatilia hali ya betri.Kwa ujumla, BMS inawakilishwa kama bodi ya mzunguko au sanduku la vifaa.

 

BMS ni mojawapo ya mifumo ndogo ya msingi ya mfumo wa hifadhi ya nishati ya betri, inayohusika na kufuatilia hali ya uendeshaji ya kila betri katika kitengo cha kuhifadhi nishati ya betri na kuhakikisha uendeshaji salama na wa kuaminika wa kitengo cha kuhifadhi nishati.BMS inaweza kufuatilia na kukusanya vigezo vya hali ya betri ya hifadhi ya nishati kwa wakati halisi (ikiwa ni pamoja na lakini sio tu kwa voltage ya seli moja, joto la nguzo ya betri, sasa ya kitanzi cha betri, voltage ya pakiti ya betri, upinzani wa insulation ya mfumo wa betri, n.k.), na fanya uchambuzi na hesabu muhimu kwenye vigezo vya hali husika ili kupata vigezo zaidi vya tathmini ya hali ya mfumo.Inaweza pia kufikia udhibiti mzuri wa betri yenyewe ya hifadhi ya nishati kulingana na mikakati mahususi ya udhibiti wa ulinzi ili kuhakikisha utendakazi salama na unaotegemewa wa kitengo kizima cha hifadhi ya nishati ya betri.Wakati huo huo, BMS inaweza kuingiliana na vifaa vingine vya nje (PCS, EMS, mfumo wa ulinzi wa moto, n.k.) kupitia kiolesura chake cha mawasiliano na kiolesura cha pembejeo cha analogi/digital ili kuunda udhibiti wa kiunganishi cha mifumo midogo midogo katika nguvu nzima ya uhifadhi wa nishati. kituo, kuhakikisha utendakazi salama, unaotegemewa na unaofaa wa kituo cha umeme.

2) Usanifu

Kutoka kwa mtazamo wa usanifu wa topolojia, BMS imegawanywa katika makundi mawili: kati na kusambazwa kulingana na mahitaji tofauti ya mradi.

 

BMS ya kati

Kwa ufupi, BMS ya kati hutumia maunzi moja ya BMS kukusanya seli zote, ambazo zinafaa kwa hali zilizo na seli chache.

BMS ya kati ina faida za gharama ya chini, muundo wa kompakt, na kuegemea juu, na hutumiwa sana katika hali zenye uwezo mdogo, shinikizo la chini la jumla, na kiwango kidogo cha mfumo wa betri, kama vile zana za nguvu, roboti (kushughulikia roboti, roboti za usaidizi). Nyumba mahiri za IOT (roboti zinazofagia, visafisha utupu vya umeme), forklift za umeme, magari ya umeme ya mwendo wa chini (baiskeli za umeme, pikipiki za umeme, magari ya kuona ya umeme, magari ya doria ya umeme, mikokoteni ya gofu ya umeme, n.k.), na magari mepesi ya mseto.

Vifaa vya kati vya BMS vinaweza kugawanywa katika maeneo yenye voltage ya juu na ya chini.Eneo la high-voltage linawajibika kwa kukusanya voltage ya seli moja, voltage ya jumla ya mfumo, na ufuatiliaji wa upinzani wa insulation.Eneo la chini la voltage linajumuisha nyaya za usambazaji wa nguvu, nyaya za CPU, nyaya za mawasiliano za CAN, nyaya za udhibiti, na kadhalika.

Kadiri mfumo wa betri ya nguvu ya magari ya abiria unavyoendelea kukua kuelekea uwezo wa juu, shinikizo la juu la jumla, na kiasi kikubwa, usanifu wa BMS uliosambazwa hutumiwa hasa katika mifano ya mseto ya programu-jalizi na magari safi ya umeme.

BMS iliyosambazwa

Kwa sasa, kuna masharti mbalimbali ya BMS iliyosambazwa katika sekta hiyo, na makampuni tofauti yana majina tofauti.BMS ya betri ya nguvu mara nyingi ina usanifu wa ngazi mbili wa bwana-mtumwa:

 

BMS ya hifadhi ya nishati kwa kawaida ni usanifu wa ngazi tatu kutokana na saizi kubwa ya pakiti ya betri, na safu kuu ya udhibiti juu ya safu ya mtumwa na kuu ya udhibiti.

Kama vile betri huunda makundi ya betri, ambayo nayo huunda rafu, BMS ya viwango vitatu pia hufuata kanuni sawa ya juu:

Kutoka kwa udhibiti: kitengo cha usimamizi wa betri (BMU), ambacho hukusanya taarifa kutoka kwa betri binafsi.

Fuatilia voltage na joto la seli ya betri

Usawazishaji wa betri kwenye kifurushi

Upakiaji wa habari

usimamizi wa joto

Kengele isiyo ya kawaida

Udhibiti mkuu: Kitengo cha usimamizi wa nguzo ya betri: BCU (kitengo cha nguzo ya betri, pia inajulikana kama kitengo cha usimamizi wa volti ya juu HVU, BCMU, n.k.), inayohusika na kukusanya taarifa za BMU na kukusanya taarifa za fungu la betri.

Upataji wa sasa wa nguzo ya betri, upataji wa voltage jumla, ugunduzi wa kuvuja

Ulinzi wa kuzima wakati hali ya betri si ya kawaida

Chini ya usimamizi wa BMS, urekebishaji wa uwezo na urekebishaji wa SOC unaweza kukamilishwa kando kama msingi wa usimamizi unaofuata wa malipo na uondoaji.

Kitengo cha usimamizi wa safu ya betri (BAU) kinawajibika kwa usimamizi wa kati wa betri katika rafu nzima ya betri ya hifadhi ya nishati.Inaunganisha kwa vitengo mbalimbali vya udhibiti wa nguzo za betri na kubadilishana taarifa na vifaa vingine ili kutoa maoni kuhusu hali ya uendeshaji ya safu ya betri.

Udhibiti wa kuchaji na kutokwa kwa safu ya betri

Mfumo wa BMS wa kujiangalia mwenyewe na kengele ya utambuzi wa makosa

Kengele ya utambuzi wa hitilafu ya pakiti ya betri

Ulinzi wa usalama kwa makosa na hitilafu mbalimbali katika safu ya betri

Wasiliana na vifaa vingine kama vile PCS na EMS

Uhifadhi wa data, usambazaji na usindikaji

Safu ya usimamizi wa betri: kuwajibika kwa kukusanya taarifa mbalimbali (voltage, halijoto) ya betri binafsi, kuhesabu na kuchambua SOC na SOH ya betri, kufikia usawazishaji hai wa betri binafsi, na kupakia taarifa zisizo za kawaida za betri binafsi kwenye safu ya kitengo cha pakiti ya betri BCMU.Kupitia mawasiliano ya nje ya CAN, inaunganishwa kupitia mnyororo wa daisy.

Safu ya usimamizi wa betri: ina jukumu la kukusanya taarifa mbalimbali kutoka kwa betri za kibinafsi zilizopakiwa na BMU, kukusanya taarifa mbalimbali kuhusu pakiti ya betri (voltage ya pakiti, joto la pakiti), malipo ya pakiti ya betri na mikondo ya kutoa, kuhesabu na kuchambua SOC na SOH ya pakiti ya betri. , na kupakia taarifa zote kwenye safu ya kitengo cha nguzo ya betri ya BAMS.Kupitia mawasiliano ya nje ya CAN, inaunganishwa kupitia mnyororo wa daisy.

Safu ya usimamizi wa nguzo ya betri: ina jukumu la kukusanya taarifa mbalimbali za betri zilizopakiwa na BCMU na kupakia taarifa zote kwenye mfumo wa ufuatiliaji wa hifadhi ya nishati ya EMS kupitia kiolesura cha RJ45;kuwasiliana na PCS kutuma taarifa muhimu zisizo za kawaida za betri kwa PCS (CAN au kiolesura cha RS485), na iliyo na nodi kavu za maunzi ili kuwasiliana na PCS.Kwa kuongeza, hufanya tathmini ya mfumo wa betri ya BSE (Battery State Estimate), kugundua hali ya mfumo wa umeme, usimamizi wa mawasiliano, usimamizi wa joto, usimamizi wa uendeshaji, usimamizi wa malipo, usimamizi wa uchunguzi, na hufanya usimamizi wa mtandao wa mawasiliano ya ndani na nje.Huwasiliana na wasaidizi kupitia CAN.

3) BMS hufanya nini?

Kazi za BMS ni nyingi, lakini msingi na kile tunachojali zaidi ni mambo matatu:

Moja ni kuhisi (usimamizi wa serikali), ambayo ni kazi ya msingi ya BMS.Inapima voltage, upinzani, joto, na hatimaye huhisi hali ya betri.Tunataka kujua hali ya betri ikoje, ina nishati na uwezo kiasi gani, afya yake ni kiasi gani, inazalisha kiasi gani na ni salama kiasi gani.Hii ni kuhisi.

Ya pili ni usimamizi (usawa usimamizi).Baadhi ya watu wanasema kwamba BMS ni yaya wa betri.Kisha yaya huyu anapaswa kuisimamia.Nini cha kusimamia?Ni kufanya betri vizuri iwezekanavyo.Ya msingi zaidi ni usimamizi wa usawa na usimamizi wa joto.

Tatu ni ulinzi (usalama usimamizi).Yaya pia ana kazi ya kufanya.Ikiwa betri ina hali fulani, inahitaji kulindwa na kengele inahitaji kuinuliwa.

Bila shaka, pia kuna sehemu ya usimamizi wa mawasiliano ambayo huhamisha data ndani au nje ya mfumo kupitia itifaki fulani.

BMS ina kazi nyingine nyingi, kama vile udhibiti wa uendeshaji, ufuatiliaji wa insulation, udhibiti wa joto, nk, ambazo hazijajadiliwa hapa.

 

3.1 Mtazamo - Kipimo na Makadirio

Kazi ya msingi ya BMS ni kupima na kukadiria vigezo vya betri, ikijumuisha vigezo vya msingi kama vile voltage, mkondo, halijoto na hali, pamoja na mahesabu ya data ya hali ya betri kama vile SOC na SOH.Sehemu ya betri za nguvu pia inahusisha mahesabu ya SOP (hali ya nguvu) na SOE (hali ya nishati), ambayo haijajadiliwa hapa.Tutazingatia data mbili za kwanza zinazotumiwa zaidi.

Kipimo cha seli

1) Kipimo cha taarifa za kimsingi: Kazi ya msingi zaidi ya mfumo wa usimamizi wa betri ni kupima voltage, sasa, na halijoto ya seli moja ya betri, ambayo ndiyo msingi wa hesabu zote za kiwango cha juu na mantiki ya udhibiti katika mfumo wa usimamizi wa betri.

2) Majaribio ya upinzani wa insulation: Jaribio la insulation inahitajika kwa mfumo mzima wa betri na mfumo wa voltage ya juu ndani ya mfumo wa usimamizi wa betri.

3) Utambuzi wa kuingiliana kwa voltage ya juu (HVIL): hutumika kuthibitisha uadilifu wa mfumo mzima wa voltage ya juu na kuanzisha hatua za usalama wakati uadilifu wa kitanzi cha mfumo wa juu-voltage umeathirika.

Uhesabuji wa SOC

SOC inarejelea Hali ya Chaji, ambayo ni uwezo uliobaki wa betri.Kwa ufupi, ni nguvu ngapi iliyobaki kwenye betri.

SOC ndio kigezo muhimu zaidi katika BMS, kwani kila kitu kingine kinategemea hiyo.Kwa hivyo, usahihi na uimara wake (pia hujulikana kama uwezo wa kurekebisha makosa) ni muhimu sana.Bila SOC sahihi, hakuna utendakazi wa ulinzi unaoweza kufanya BMS kufanya kazi ipasavyo, kwani mara nyingi betri itakuwa katika hali ya ulinzi, hivyo basi kutowezekana kuongeza muda wa matumizi ya betri.

Kwa sasa, mbinu kuu za ukadiriaji wa SOC ni pamoja na mbinu ya volteji ya mzunguko wazi, mbinu ya uunganishaji ya sasa, mbinu ya kichujio cha Kalman, na mbinu ya mtandao wa neva.Njia mbili za kwanza hutumiwa mara nyingi.Mbinu hizi mbili za mwisho zinahusisha ujuzi wa hali ya juu kama vile mifano ya ujumuishaji na akili bandia, ambazo hazijaelezewa kwa kina hapa.

Katika matumizi ya vitendo, algoriti nyingi hutumiwa mara nyingi kwa pamoja, huku kanuni tofauti zikipitishwa kulingana na hali ya kuchaji na kuchaji ya betri.

njia ya voltage ya mzunguko wazi

Kanuni ya njia ya voltage ya mzunguko wa wazi ni kutumia uhusiano wa kazi uliowekwa kiasi kati ya voltage ya mzunguko wa wazi na SOC chini ya hali ya uwekaji tuli wa muda mrefu wa betri, na hivyo kukadiria SOC kulingana na voltage ya mzunguko wa wazi.Baiskeli ya umeme ya betri ya asidi ya risasi iliyokuwa ikitumika hapo awali hutumia njia hii kukadiria SOC.Njia ya voltage ya mzunguko wa wazi ni rahisi na rahisi, lakini pia kuna shida nyingi:

1. Betri lazima iachwe imesimama kwa muda mrefu, vinginevyo voltage ya mzunguko wa wazi itakuwa vigumu kuimarisha kwa muda mfupi;

2. Kuna mwamba wa voltage katika betri, hasa betri za phosphate ya chuma cha lithiamu, ambapo voltage ya mwisho na curve ya SOC ni takriban linear wakati wa safu ya SOC30% -80%;

3. Betri iko katika viwango tofauti vya joto au hatua tofauti za maisha, na ingawa voltage ya mzunguko wazi ni sawa, tofauti halisi ya SOC inaweza kuwa kubwa;

Kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro hapa chini, tunapotumia baiskeli hii ya umeme, ikiwa SOC ya sasa inaonyeshwa kama 100%, voltage inashuka wakati wa kuongeza kasi, na nguvu inaweza kuonyeshwa kama 80%.Tunapoacha kuongeza kasi, voltage inaongezeka, na nguvu inaruka nyuma hadi 100%.Kwa hivyo onyesho la nguvu la skuta yetu ya umeme si sahihi.Tunaposimama, ina nguvu, lakini tunapoanza, inaisha nguvu.Hili linaweza lisiwe tatizo na betri, lakini linaweza kuwa kutokana na algoriti ya SoC ya BMS kuwa rahisi sana.

Njia muhimu ya An-Shi

Mbinu ya ujumuishaji ya Anshicontinuous huhesabu thamani ya SOC moja kwa moja kwa wakati halisi kupitia ufafanuzi wa SOC.

Kwa kuzingatia thamani ya awali ya SOC, mradi sasa nguvu ya betri inaweza kupimwa (ambapo mkondo wa kutokwa ni chanya), mabadiliko ya uwezo wa betri yanaweza kuhesabiwa kwa usahihi kupitia ujumuishaji wa sasa, na kusababisha SOC iliyobaki.

Njia hii ina matokeo ya makadirio ya kuaminika kwa muda mfupi, lakini kutokana na makosa ya kipimo cha sensor ya sasa na uharibifu wa taratibu wa uwezo wa betri, ushirikiano wa sasa wa muda mrefu utaanzisha upungufu fulani.Kwa hivyo, kwa ujumla hutumiwa pamoja na njia ya voltage ya mzunguko wazi kukadiria thamani ya awali ya ukadiriaji wa SOC na mahitaji ya chini ya usahihi, na pia inaweza kutumika kwa kushirikiana na njia ya kuchuja ya Kalman kwa utabiri wa muda mfupi wa SOC.

SOC (Hali Ya Kutozwa) ni ya kanuni kuu ya udhibiti wa BMS, inayowakilisha hali ya sasa ya uwezo iliyosalia.Hasa hupatikana kupitia njia ya ujumuishaji wa saa-ampere na algorithm ya EKF (Kichujio Kilichoongezwa cha Kalman), pamoja na mikakati ya kusahihisha (kama vile urekebishaji wa voltage ya mzunguko wazi, urekebishaji wa malipo kamili, urekebishaji wa mwisho wa kuchaji, urekebishaji wa uwezo chini ya viwango tofauti vya joto na SOH; na kadhalika.).Njia ya kuunganisha ya saa ya ampere inaaminika kiasi chini ya hali ya kuhakikisha usahihi wa upatikanaji wa sasa, lakini sio imara.Kwa sababu ya mkusanyiko wa makosa, lazima iwe pamoja na mikakati ya kusahihisha.Mbinu ya EKF ni thabiti lakini algorithm ni ngumu kiasi na ni ngumu kutekelezwa.Wazalishaji wa kawaida wa ndani wanaweza kufikia usahihi wa chini ya 6% kwenye joto la kawaida, lakini kukadiria kwa joto la juu na la chini na kupunguza betri ni vigumu.

Marekebisho ya SOC

Kutokana na mabadiliko ya sasa, makadirio ya SOC yanaweza kuwa si sahihi, na mikakati mbalimbali ya kusahihisha inahitaji kujumuishwa katika mchakato wa kukadiria.

 

Hesabu ya SOH

SOH inarejelea Hali ya Afya, ambayo inaonyesha hali ya sasa ya afya ya betri (au kiwango cha uharibifu wa betri).Kwa kawaida huwakilishwa kama thamani kati ya 0 na 100%, na thamani zilizo chini ya 80% kwa ujumla huzingatiwa kuashiria kuwa betri haiwezi kutumika tena.Inaweza kuwakilishwa na mabadiliko katika uwezo wa betri au upinzani wa ndani.Wakati wa kutumia uwezo, uwezo halisi wa betri ya sasa inakadiriwa kulingana na data kutoka kwa mchakato wa uendeshaji wa betri, na uwiano wa hii kwa uwezo uliopimwa ni SOH.SOH sahihi itaboresha usahihi wa makadirio ya moduli zingine wakati betri inaharibika.

Kuna ufafanuzi mbili tofauti wa SOH katika tasnia:

Ufafanuzi wa SOH kulingana na kufifia kwa uwezo

Wakati wa matumizi ya betri za lithiamu-ioni, nyenzo zinazofanya kazi ndani ya betri hupungua hatua kwa hatua, upinzani wa ndani huongezeka, na uwezo huharibika.Kwa hiyo, SOH inaweza kukadiriwa na uwezo wa betri.Hali ya afya ya betri inaonyeshwa kama uwiano wa uwezo wa sasa na uwezo wa awali, na SOH yake inafafanuliwa kama:

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

Ambapo: C_fade ni uwezo uliopotea wa betri;C_standard ni uwezo wa kawaida.

Kiwango cha IEEE 1188-1996 kinasema kwamba wakati uwezo wa betri ya nguvu unaposhuka hadi 80%, betri inapaswa kubadilishwa.Kwa hiyo, kwa kawaida tunazingatia kwamba betri SOH haipatikani wakati iko chini ya 80%.

Ufafanuzi wa SOH kulingana na upunguzaji wa nguvu (Nguvu Kufifia)

Kuzeeka kwa karibu kila aina ya betri itasababisha kuongezeka kwa upinzani wa ndani wa betri.Ya juu ya upinzani wa ndani wa betri, chini ya nguvu zilizopo.Kwa hivyo, SOH inaweza kukadiriwa kwa kutumia upunguzaji wa nguvu.

3.2 Usimamizi – Teknolojia Iliyosawazishwa

Kila betri ina "utu" wake.

Ili kuzungumza juu ya usawa, tunapaswa kuanza na betri.Hata betri zinazozalishwa katika kundi moja na mtengenezaji sawa zina mzunguko wao wa maisha na "utu" - uwezo wa kila betri hauwezi kuwa sawa kabisa.Kuna sababu mbili za kutofautiana huku:

Moja ni kutofautiana kwa uzalishaji wa seli

Moja ni kutofautiana kwa athari za electrochemical.

kutofautiana kwa uzalishaji

Tofauti za uzalishaji ni rahisi kuelewa.Kwa mfano, wakati wa mchakato wa uzalishaji, kutofautiana kwa diaphragm na kutofautiana kwa nyenzo za cathode na anode kunaweza kusababisha kutofautiana kwa uwezo wa betri kwa ujumla.Betri ya kawaida ya 50AH inaweza kuwa 49AH au 51AH.

kutofautiana kwa electrochemical

Utofauti wa kemia ya kielektroniki ni kwamba katika mchakato wa kuchaji na kutoa betri, hata kama utengenezaji na usindikaji wa seli hizo mbili ni sawa, mazingira ya joto hayawezi kamwe kuwa thabiti katika mchakato wa mmenyuko wa elektrokemia.Kwa mfano, wakati wa kufanya moduli za betri, joto la pete inayozunguka lazima iwe chini kuliko ile ya kati.Hii inasababisha kutofautiana kwa muda mrefu kati ya kiasi cha malipo na kutokwa, ambayo husababisha kutofautiana kwa uwezo wa seli ya betri;Wakati mikondo ya malipo na kutokwa kwa filamu ya SEI kwenye seli ya betri haiendani kwa muda mrefu, kuzeeka kwa filamu ya SEI pia itakuwa haiendani.

*Filamu ya SEI: "kiolesura thabiti cha elektroliti" (kiolesura cha elektroliti).Wakati wa mchakato wa kutokwa kwa chaji ya kwanza ya betri ya ioni ya lithiamu kioevu, nyenzo ya elektrodi humenyuka pamoja na elektroliti kwenye kiolesura cha awamu ya kioevu-kioevu kuunda safu ya kupitisha inayofunika uso wa nyenzo ya elektrodi.Filamu ya SEI ni insulator ya elektroniki lakini kondakta bora wa ioni za lithiamu, ambayo sio tu inalinda electrode lakini pia haiathiri kazi ya betri.Kuzeeka kwa filamu ya SEI kuna athari kubwa kwa afya ya betri.

Kwa hiyo, kutokuwa na usawa (au discreteness) ya pakiti za betri ni udhihirisho usioepukika wa uendeshaji wa betri.

Kwa nini usawa unahitajika

Betri ni tofauti, kwa nini usijaribu kuzifanya zifanane?Kwa sababu kutofautiana kutaathiri utendaji wa pakiti ya betri.

Pakiti ya betri katika mfululizo hufuata athari ya pipa fupi: katika mfumo wa pakiti ya betri katika mfululizo, uwezo wa mfumo mzima wa pakiti ya betri imedhamiriwa na kitengo kidogo zaidi.

Tuseme tuna pakiti ya betri inayojumuisha betri tatu:

najua kuwa kuchaji zaidi na kutoa chaji kupita kiasi kunaweza kuharibu betri.Kwa hiyo, wakati betri B imechajiwa kikamilifu wakati wa kuchaji au wakati SoC ya betri B iko chini sana wakati wa kutokwa, ni muhimu kuacha kuchaji na kutoa ili kulinda betri B. Matokeo yake, nguvu za betri A na C haziwezi kuwa kikamilifu. kutumika.

Hii inasababisha:

Uwezo halisi unaoweza kutumika wa pakiti ya betri umepungua: Betri A na C, ambazo zingeweza kutumia uwezo uliopo, sasa haziwezi kufanya hivyo ili kubeba Betri B. Ni kama watu wawili kwa miguu mitatu iliyounganishwa pamoja, na mtu mrefu asiyeweza kuchukua hatua kubwa.

Muda wa matumizi ya betri uliopunguzwa: Urefu wa hatua ndogo unahitaji hatua zaidi na hufanya miguu kuchoka zaidi.Kwa uwezo uliopunguzwa, idadi ya mizunguko ya malipo na kutokwa huongezeka, na kusababisha uharibifu mkubwa wa betri.Kwa mfano, seli moja inaweza kufikia mizunguko 4000 kwa DoD 100%, lakini kwa matumizi halisi haiwezi kufikia 100% na idadi ya mizunguko hakika haitafikia 4000.

*DoD, Kina cha kutokwa, inawakilisha asilimia ya uwezo wa kutokwa kwa betri kwa uwezo uliokadiriwa wa betri.

Kutokubaliana kwa betri husababisha kupungua kwa utendaji wa pakiti ya betri.Wakati ukubwa wa moduli ya betri ni kubwa, masharti mengi ya betri yanaunganishwa katika mfululizo, na tofauti kubwa ya voltage moja itasababisha uwezo wa sanduku zima kupungua.Kadiri betri zinavyounganishwa katika mfululizo, ndivyo uwezo wao unavyopoteza.Hata hivyo, katika programu zetu, hasa katika maombi ya mfumo wa kuhifadhi nishati, kuna mahitaji mawili muhimu:

Ya kwanza ni betri ya muda mrefu, ambayo inaweza kupunguza sana gharama za uendeshaji na matengenezo.Mfumo wa kuhifadhi nishati una mahitaji ya juu kwa maisha ya pakiti ya betri.Nyingi za za ndani zimeundwa kwa miaka 15.Ikiwa tunadhania mizunguko 300 kwa mwaka, miaka 15 ni mizunguko 4500, ambayo bado ni ya juu sana.Tunahitaji kuongeza muda wa matumizi ya kila betri ili maisha ya jumla ya kifurushi chote cha betri yaweze kufikia maisha ya muundo kadri tuwezavyo, na kupunguza athari ya mtawanyiko wa betri kwenye maisha ya pakiti ya betri.

Mzunguko wa pili wa kina, hasa katika hali ya maombi ya kunyoa kilele, ikitoa kWh moja zaidi ya umeme italeta hatua moja zaidi ya mapato.Hiyo ni kusema, tutafanya 80%DoD au 90%DoD.Wakati mzunguko wa kina unatumiwa katika mfumo wa hifadhi ya nishati, mtawanyiko wa betri wakati wa kutokwa kwa mkia utaonyeshwa.Kwa hivyo, ili kuhakikisha kutolewa kamili kwa uwezo wa kila seli moja chini ya hali ya malipo ya kina na kutokwa kwa kina, ni muhimu kuhitaji BMS ya hifadhi ya nishati kuwa na uwezo mkubwa wa usimamizi wa kusawazisha na kukandamiza tukio la uthabiti kati ya seli za betri. .

Mahitaji haya mawili ni kinyume kabisa na kutofautiana kwa betri.Ili kufikia utumizi bora zaidi wa pakiti ya betri, ni lazima tuwe na teknolojia bora zaidi ya kusawazisha ili kupunguza athari za utofauti wa betri.

teknolojia ya usawa

Teknolojia ya kusawazisha betri ni njia ya kufanya betri zenye uwezo tofauti kuwa sawa.Kuna njia mbili za kawaida za kusawazisha: usawazishaji wa usambazaji wa nishati unidirectional (kusawazisha tu) na usawazishaji wa uhamishaji wa nishati mbili (kusawazisha amilifu).

(1) Mizani tulivu

Kanuni ya kusawazisha tulivu ni kusawazisha kipinga kutokwa kinachoweza kubadilika kwenye kila mfuatano wa betri.BMS hudhibiti kizuia kutokwa na uchafu ili kutoa seli za volteji ya juu, na kusambaza nishati ya umeme kama joto.Kwa mfano, wakati betri B inakaribia kuchajiwa kikamilifu, swichi hufunguliwa ili kuruhusu kipingamizi kwenye betri B kutoa nishati ya ziada ya umeme kama joto.Kisha kuchaji kunaendelea hadi betri A na C pia zijazwe kikamilifu.

Njia hii inaweza tu kutoa seli zenye voltage ya juu, na haiwezi kuchaji seli zenye uwezo mdogo.Kwa sababu ya kizuizi cha nguvu cha upinzani wa kutokwa, sasa ya kusawazisha kwa ujumla ni ndogo (chini ya 1A).

Faida za kusawazisha tu ni gharama ya chini na muundo rahisi wa mzunguko;hasara ni kwamba inategemea uwezo wa chini wa betri iliyobaki kwa usawazishaji, ambayo haiwezi kuongeza uwezo wa betri zilizo na uwezo mdogo uliobaki, na kwamba 100% ya nguvu iliyosawazishwa inapotea kwa namna ya joto.

(2) Usawa hai

Kupitia algoriti, mifuatano mingi ya betri huhamisha nishati ya seli za voltage ya juu hadi seli za voltage ya chini kwa kutumia vipengee vya uhifadhi wa nishati, kutoa betri za juu-voltage na kutumia nishati iliyotolewa kuchaji seli za chini-voltage.Nishati huhamishwa hasa badala ya kutawanywa.

Kwa njia hii, wakati wa malipo, betri B, ambayo hufikia voltage 100% kwanza, hutoka kwa A na C, na betri tatu zinashtakiwa kikamilifu pamoja.Wakati wa kutokwa, wakati malipo iliyobaki ya betri B ni ya chini sana, A na C "chaji" B, ili seli B isifikie kizingiti cha SOC kwa kuacha kutokwa haraka sana.

Vipengele kuu vya teknolojia ya kusawazisha hai

(1) Sawazisha voltage ya juu na ya chini ili kuboresha ufanisi wa pakiti ya betri: Wakati wa kuchaji na kutoa chaji na wakati wa kupumzika, betri zenye voltage ya juu zinaweza kutolewa na betri za chini-voltage zinaweza kuchajiwa;

(2) Uhamisho wa nishati ya chini-hasara: nishati huhamishwa hasa badala ya kupotea tu, kuboresha ufanisi wa matumizi ya nguvu;

(3) Msawazo mkubwa wa sasa: Kwa ujumla, mkondo wa msawazo ni kati ya 1 na 10A, na msawazo ni wa haraka zaidi;

Usawazishaji hai unahitaji usanidi wa mizunguko inayolingana na vifaa vya uhifadhi wa nishati, ambayo husababisha kiasi kikubwa na kuongezeka kwa gharama.Masharti haya mawili kwa pamoja yanabainisha kuwa kusawazisha amilifu si rahisi kukuzwa na kutumiwa.

Kwa kuongeza, mchakato amilifu wa malipo na utekelezaji wa kusawazisha huongeza maisha ya mzunguko wa betri.Kwa seli zinazohitaji kuchaji na kutokwa ili kufikia usawa, mzigo wa ziada wa kazi unaweza kuzifanya zizidi kuzeeka kwa seli za kawaida, na hivyo kusababisha pengo kubwa la utendakazi na seli zingine.

Wataalamu wengine wanaamini kwamba maneno mawili hapo juu yanapaswa kuendana na usawa wa kutoweka na usawa usio na usawa.Ikiwa ni amilifu au tulivu inapaswa kutegemea tukio ambalo linaanzisha mchakato wa usawa.Ikiwa mfumo unafikia hali ambayo inapaswa kuwa passiv, ni passive.Ikiwa imewekwa na wanadamu, kuweka mpango wa usawa wakati sio lazima kuwa na usawa inaitwa usawa wa kazi.

Kwa mfano, wakati kutokwa ni mwisho, kiini cha chini cha voltage kimefikia voltage ya kukata-kutokwa, wakati seli nyingine bado zina nguvu.Kwa wakati huu, ili kutekeleza umeme mwingi iwezekanavyo, mfumo huhamisha umeme wa seli za juu za nishati kwenye seli za chini za nishati, kuruhusu mchakato wa kutokwa kuendelea mpaka nguvu zote zitakapotolewa.Huu ni mchakato wa kusawazisha tu.Ikiwa mfumo unatabiri kuwa kutakuwa na usawa mwishoni mwa kutokwa wakati bado kuna 40% ya nguvu iliyosalia, itaanza mchakato amilifu wa kusawazisha.

Usawazishaji hai umegawanywa katika njia za kati na za ugatuzi.Mbinu ya kusawazisha kati hupata nishati kutoka kwa pakiti nzima ya betri, na kisha hutumia kifaa cha kubadilisha nishati ili kuongeza nishati kwenye betri zilizo na nishati kidogo.Usawazishaji uliogatuliwa unahusisha kiunga cha kuhifadhi nishati kati ya betri zilizo karibu, ambacho kinaweza kuwa kiindukta au capacitor, kuruhusu nishati kutiririka kati ya betri zilizo karibu.

Katika mkakati wa sasa wa kudhibiti mizani, kuna wale wanaochukua voltage ya seli kama kigezo lengwa la udhibiti, na pia kuna wale wanaopendekeza kutumia SOC kama kigezo cha lengo la kudhibiti mizani.Kuchukua voltage ya seli kama mfano.

Kwanza, weka jozi ya maadili ya kizingiti kwa kuanzisha na kukomesha kusawazisha: kwa mfano, katika seti ya betri, wakati tofauti kati ya voltage kali ya seli moja na voltage ya wastani ya seti hufikia 50mV, kusawazisha kunaanzishwa, na wakati. inafikia 5mV, usawazishaji umekamilika.

BMS inakusanya voltage ya kila seli kulingana na mzunguko wa upatikanaji wa kudumu, huhesabu thamani ya wastani, na kisha huhesabu tofauti kati ya kila voltage ya seli na thamani ya wastani;

Ikiwa tofauti ya juu inafikia 50mV, BMS inahitaji kuanza mchakato wa kusawazisha;

Endelea hatua ya 2 wakati wa mchakato wa kusawazisha hadi thamani tofauti ziwe chini ya 5mV, na kisha ukamilishe kusawazisha.

Ikumbukwe kwamba sio BMS zote zinahitaji hatua hii, na mikakati inayofuata inaweza kutofautiana kulingana na njia ya usawa.

Teknolojia ya usawa pia inahusiana na aina ya betri.Kwa ujumla inaaminika kuwa LFP inafaa zaidi kwa usawa wa kazi, wakati betri za ternary zinafaa kwa usawa wa passiv.

Hatua ya ushindani mkubwa katika BMS inaungwa mkono zaidi na gharama na kuegemea.Kwa sasa, uthibitishaji wa majaribio wa kusawazisha amilifu bado haujapatikana.Kiwango cha usalama wa utendakazi kinatarajiwa kuelekea ASIL-C na ASIL-D, lakini gharama ni kubwa sana.Kwa hiyo, makampuni makubwa ya sasa ni tahadhari kuhusu utafiti wa kusawazisha hai.Baadhi ya viwanda vikubwa hata wanataka kufuta moduli ya kusawazisha na kusawazisha yote kufanywa nje, sawa na matengenezo ya magari ya mafuta.Kila wakati gari linaposafiri umbali fulani, litaenda kwenye duka la 4S kwa kusawazisha nje.Hii itapunguza gharama ya gari zima la BMS na pia kufaidisha duka linalolingana la 4S.Ni hali ya ushindi kwa pande zote.Kwa hivyo, kibinafsi, ninaelewa kuwa hii inaweza kuwa mwenendo!

3.3 Ulinzi - utambuzi wa makosa na kengele

Ufuatiliaji wa BMS unafanana na vifaa vya mfumo wa umeme, na umegawanywa katika viwango tofauti vya kushindwa (kutofaulu kidogo, kushindwa sana, kushindwa mbaya) kulingana na hali tofauti za utendaji wa betri.Hatua tofauti za kushughulikia huchukuliwa katika viwango tofauti vya kushindwa: onyo, kizuizi cha nguvu au kukatwa kwa voltage ya moja kwa moja.Hitilafu ni pamoja na kupata data na hitilafu za busara, hitilafu za umeme (sensorer na viamilisho), matatizo ya mawasiliano na hitilafu za hali ya betri.

Mfano wa kawaida ni wakati betri ina joto kupita kiasi, BMS huamua kuwa betri ina joto kupita kiasi kulingana na halijoto iliyokusanywa ya betri, kisha inadhibiti mzunguko wa betri hii ili kukata muunganisho, hufanya ulinzi wa joto kupita kiasi, na kutuma arifa kwa mifumo ya usimamizi kama vile EMS.

3.4 Mawasiliano

Uendeshaji wa kawaida wa BMS hauwezi kutenganishwa na kazi yake ya mawasiliano.Iwe ni kudhibiti betri wakati wa usimamizi wa betri, kusambaza hali ya betri kwenye ulimwengu wa nje, au kupokea maagizo ya udhibiti, mawasiliano thabiti yanahitajika.

Katika mfumo wa betri ya nguvu, mwisho mmoja wa BMS umeunganishwa na betri, na mwisho mwingine unaunganishwa na mifumo ya udhibiti na elektroniki ya gari zima.Mazingira ya jumla hutumia itifaki ya CAN, lakini kuna tofauti kati ya kutumia CAN ya ndani kati ya vipengele vya ndani vya pakiti ya betri na kutumia CAN ya gari kati ya pakiti ya betri na gari zima.

Kinyume chake, hifadhi ya nishati ya BMS na mawasiliano ya ndani kimsingi hutumia itifaki ya CAN, lakini mawasiliano yake ya nje (ya nje hasa inahusu mfumo wa utumaji wa kituo cha nishati cha PCS) mara nyingi hutumia fomati za itifaki ya mtandao itifaki ya TCP/IP na itifaki ya modbus.

4) BMS ya kuhifadhi nishati

Watengenezaji wa BMS wa uhifadhi wa nishati kwa ujumla walitokana na BMS ya betri ya nishati, kwa hivyo miundo na masharti mengi yana asili ya kihistoria

Kwa mfano, betri ya nguvu kwa ujumla imegawanywa katika BMU (Kitengo cha Kufuatilia Betri) na BCU (Kitengo cha Udhibiti wa Betri), na data ya zamani ya kukusanya na ya pili inaidhibiti.

Kwa sababu seli ya betri ni mchakato wa kielektroniki, seli nyingi za betri huunda betri.Kutokana na sifa za kila seli ya betri, bila kujali jinsi mchakato wa utengenezaji ulivyo sahihi, kutakuwa na makosa na kutofautiana katika kila seli ya betri kwa muda na kulingana na mazingira.Kwa hivyo, mfumo wa usimamizi wa betri ni kutathmini hali ya sasa ya betri kupitia vigezo vichache, ambavyo ni sawa na daktari wa jadi wa Kichina anayemchunguza mgonjwa kwa kuangalia dalili badala ya dawa za Magharibi zinazohitaji uchambuzi wa kimwili na kemikali.Uchunguzi wa kimwili na kemikali wa mwili wa binadamu ni sawa na sifa za electrochemical ya betri, ambayo inaweza kupimwa kwa vyombo vya majaribio makubwa.Hata hivyo, ni vigumu kwa mifumo iliyopachikwa kutathmini baadhi ya viashiria vya elektrokemia.Kwa hivyo, BMS ni kama daktari wa zamani wa Kichina.

4.1 Usanifu wa safu tatu za hifadhi ya nishati BMS

Kutokana na idadi kubwa ya seli za betri katika mifumo ya kuhifadhi nishati, ili kuokoa gharama, BMS kwa ujumla inatekelezwa katika tabaka, na tabaka mbili au tatu.Kwa sasa, tawala ni tabaka tatu: udhibiti mkuu/udhibiti mkuu/udhibiti wa watumwa.

4.2 Maelezo ya kina ya hifadhi ya nishati ya BMS

5) Hali ya sasa na mwenendo wa siku zijazo

Kuna aina kadhaa za wazalishaji wanaozalisha BMS:

Aina ya kwanza ni mtumiaji wa mwisho aliye na nguvu kubwa zaidi katika betri ya nguvu ya BMS - viwanda vya magari.Kwa kweli, nguvu kubwa ya utengenezaji wa BMS nje ya nchi pia ni viwanda vya magari, kama vile General Motors, Tesla, nk. Nyumbani, kuna BYD, Huating Power, nk.

Aina ya pili ni viwanda vya betri, ikiwa ni pamoja na watengenezaji wa seli na watengenezaji vifurushi, kama vile Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad, n.k.;

Aina ya tatu ya watengenezaji wa BMS ni wale walio na uzoefu wa miaka mingi katika teknolojia ya umeme wa umeme, na wana timu za R&D zilizo na chuo kikuu au asili zinazohusiana na biashara, kama vile Elektroniki za Milele, Elektroniki za Hangzhou Gaote, Teknolojia ya Xie Neng na Kegong Electronics.

Tofauti na BMS ya betri za nguvu, ambayo inaongozwa zaidi na wazalishaji wa magari ya mwisho, inaonekana kwamba watumiaji wa mwisho wa betri za kuhifadhi nishati hawana haja au vitendo maalum vya kushiriki katika utafiti na maendeleo na utengenezaji wa BMS.Pia hakuna uwezekano kwamba watatumia pesa nyingi na nishati kuunda mifumo mikubwa ya usimamizi wa betri.Kwa hiyo, inaweza kuchukuliwa kuwa sekta ya BMS ya kuhifadhi nishati ya betri haina mchezaji muhimu na faida kamili, na kuacha nafasi kubwa ya maendeleo na mawazo kwa wazalishaji wa betri na wachuuzi wanaozingatia BMS ya kuhifadhi nishati.Ikiwa soko la hifadhi ya nishati litaanzishwa, litawapa wazalishaji wa betri na watengenezaji wa kitaalamu wa BMS nafasi kubwa ya maendeleo na upinzani mdogo wa ushindani.

Hivi sasa, kuna wazalishaji wachache wa kitaalamu wa BMS wanaozingatia maendeleo ya hifadhi ya nishati ya BMS, hasa kutokana na ukweli kwamba soko la hifadhi ya nishati bado ni changa na bado kuna mashaka mengi juu ya maendeleo ya baadaye ya hifadhi ya nishati katika soko.Kwa hiyo, wazalishaji wengi hawajatengeneza BMS kuhusiana na hifadhi ya nishati.Katika mazingira halisi ya biashara, pia kuna watengenezaji ambao hununua betri ya gari la umeme BMS kwa matumizi kama BMS kwa betri za kuhifadhi nishati.Inaaminika kuwa katika siku zijazo, watengenezaji wa magari ya kitaalam ya BMS wanaweza pia kuwa sehemu muhimu ya wauzaji wa BMS wanaotumiwa katika miradi mikubwa ya uhifadhi wa nishati.

Katika hatua hii, kuna ukosefu wa viwango sawa vya BMS vinavyotolewa na wasambazaji mbalimbali wa mfumo wa kuhifadhi nishati.Watengenezaji tofauti wana miundo na ufafanuzi tofauti wa BMS, na kulingana na betri tofauti ambazo zinaoana nazo, kanuni za SOX, teknolojia ya kusawazisha, na maudhui ya data ya mawasiliano yaliyopakiwa pia yanaweza kutofautiana.Katika matumizi ya vitendo ya BMS, tofauti hizo zitaongeza gharama za maombi na kuwa na madhara kwa maendeleo ya viwanda.Kwa hivyo, usanifu na urekebishaji wa BMS pia itakuwa mwelekeo muhimu wa maendeleo katika siku zijazo.