ความรู้และฟังก์ชันระบบการจัดการแบตเตอรี่ BMS บทนำ

ชื่อเต็มของ BMS คือระบบการจัดการแบตเตอรี่เป็นอุปกรณ์ที่ติดตามสถานะของแบตเตอรี่กักเก็บพลังงานส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการจัดการอัจฉริยะและการบำรุงรักษาเซลล์แบตเตอรี่แต่ละเซลล์ การป้องกันการชาร์จไฟเกินและการคายประจุแบตเตอรี่มากเกินไป การยืดอายุแบตเตอรี่ และการตรวจสอบสถานะของแบตเตอรี่โดยทั่วไป BMS จะแสดงเป็นแผงวงจรหรือกล่องฮาร์ดแวร์

 

BMS เป็นหนึ่งในระบบย่อยหลักของระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ ซึ่งรับผิดชอบในการตรวจสอบสถานะการทำงานของแบตเตอรี่แต่ละก้อนในหน่วยเก็บพลังงานแบตเตอรี่ และรับรองการทำงานที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ของหน่วยเก็บพลังงานBMS สามารถตรวจสอบและรวบรวมพารามิเตอร์สถานะของแบตเตอรี่เก็บพลังงานแบบเรียลไทม์ (รวมถึงแต่ไม่จำกัดเพียงแรงดันไฟฟ้าเซลล์เดียว อุณหภูมิขั้วแบตเตอรี่ กระแสลูปของแบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของชุดแบตเตอรี่ ความต้านทานของฉนวนของระบบแบตเตอรี่ ฯลฯ) และ ดำเนินการวิเคราะห์และคำนวณที่จำเป็นเกี่ยวกับพารามิเตอร์สถานะที่เกี่ยวข้องเพื่อรับพารามิเตอร์การประเมินสถานะของระบบเพิ่มเติมนอกจากนี้ยังสามารถควบคุมแบตเตอรี่เก็บพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพตามกลยุทธ์การควบคุมการป้องกันเฉพาะ เพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ของหน่วยเก็บพลังงานแบตเตอรี่ทั้งหมดในเวลาเดียวกัน BMS สามารถโต้ตอบกับอุปกรณ์ภายนอกอื่นๆ (PCS, EMS, ระบบป้องกันอัคคีภัย ฯลฯ) ผ่านอินเทอร์เฟซการสื่อสารของตัวเองและอินเทอร์เฟซอินพุตแบบอะนาล็อก/ดิจิทัล เพื่อสร้างการควบคุมการเชื่อมโยงของระบบย่อยต่างๆ ในกำลังการจัดเก็บพลังงานทั้งหมด สถานีไฟฟ้า เพื่อให้มั่นใจว่าการดำเนินงานที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าของสถานีไฟฟ้ามีความปลอดภัย เชื่อถือได้ และมีประสิทธิภาพ

2) สถาปัตยกรรม

จากมุมมองของสถาปัตยกรรมโทโพโลยี BMS แบ่งออกเป็นสองประเภท: แบบรวมศูนย์และแบบกระจายตามความต้องการของโครงการที่แตกต่างกัน

 

BMS แบบรวมศูนย์

พูดง่ายๆ ก็คือ BMS แบบรวมศูนย์ใช้ฮาร์ดแวร์ BMS ตัวเดียวเพื่อรวบรวมเซลล์ทั้งหมด ซึ่งเหมาะสำหรับสถานการณ์ที่มีเซลล์น้อย

BMS แบบรวมศูนย์มีข้อดีคือต้นทุนต่ำ โครงสร้างกะทัดรัด และความน่าเชื่อถือสูง และมักใช้ในสถานการณ์ที่มีความจุต่ำ แรงดันรวมต่ำ และปริมาตรระบบแบตเตอรี่น้อย เช่น เครื่องมือไฟฟ้า หุ่นยนต์ (หุ่นยนต์จัดการ หุ่นยนต์ช่วยเหลือ) บ้านอัจฉริยะ IOT (หุ่นยนต์กวาด เครื่องดูดฝุ่นไฟฟ้า) รถยกไฟฟ้า ยานพาหนะไฟฟ้าความเร็วต่ำ (จักรยานไฟฟ้า รถจักรยานยนต์ไฟฟ้า รถเที่ยวชมสถานที่ด้วยไฟฟ้า รถลาดตระเวนไฟฟ้า รถกอล์ฟไฟฟ้า ฯลฯ) และยานพาหนะไฮบริดขนาดเล็ก

ฮาร์ดแวร์ BMS แบบรวมศูนย์สามารถแบ่งออกเป็นพื้นที่ไฟฟ้าแรงสูงและแรงดันต่ำพื้นที่ไฟฟ้าแรงสูงมีหน้าที่รวบรวมแรงดันไฟฟ้าเซลล์เดียว แรงดันไฟฟ้ารวมของระบบ และการตรวจสอบความต้านทานของฉนวนพื้นที่แรงดันไฟฟ้าต่ำประกอบด้วยวงจรจ่ายไฟ, วงจร CPU, วงจรสื่อสาร CAN, วงจรควบคุม และอื่นๆ

เนื่องจากระบบแบตเตอรี่พลังงานของรถยนต์นั่งส่วนบุคคลยังคงพัฒนาไปสู่ความจุสูง แรงดันรวมสูง และปริมาณมาก สถาปัตยกรรม BMS แบบกระจายส่วนใหญ่จะใช้ในรุ่นปลั๊กอินไฮบริดและรถยนต์ไฟฟ้าล้วน

BMS แบบกระจาย

ปัจจุบันมีคำศัพท์ต่างๆ สำหรับ Distributed BMS ในอุตสาหกรรม และบริษัทต่างๆ ก็มีชื่อที่แตกต่างกันแบตเตอรี่พลังงาน BMS ส่วนใหญ่มีสถาปัตยกรรมสองชั้นแบบมาสเตอร์สเลฟ:

 

BMS ที่เก็บพลังงานมักเป็นสถาปัตยกรรมสามชั้นเนื่องจากมีชุดแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ โดยมีชั้นควบคุมหลักอยู่เหนือชั้นรองและชั้นควบคุมหลัก

เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ที่ก่อตัวเป็นกระจุกแบตเตอรี่ ซึ่งจะก่อตัวซ้อนกัน BMS สามระดับยังเป็นไปตามกฎด้านบนเดียวกัน:

จากการควบคุม: หน่วยจัดการแบตเตอรี่ (BMU) ซึ่งรวบรวมข้อมูลจากแบตเตอรี่แต่ละก้อน

ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิของเซลล์แบตเตอรี่

การปรับสมดุลแบตเตอรี่ในแพ็คเกจ

การอัพโหลดข้อมูล

การจัดการความร้อน

สัญญาณเตือนผิดปกติ

การควบคุมหลัก: หน่วยจัดการคลัสเตอร์แบตเตอรี่: BCU (หน่วยจัดการคลัสเตอร์แบตเตอรี่หรือที่เรียกว่าหน่วยจัดการไฟฟ้าแรงสูง HVU, BCMU ฯลฯ) รับผิดชอบในการรวบรวมข้อมูล BMU และรวบรวมข้อมูลคลัสเตอร์แบตเตอรี่

การได้มาของคลัสเตอร์แบตเตอรี่ในปัจจุบัน, การได้มาซึ่งแรงดันไฟฟ้าทั้งหมด, การตรวจจับการรั่วไหล

ป้องกันการปิดเครื่องเมื่อสถานะแบตเตอรี่ผิดปกติ

ภายใต้การจัดการของ BMS การสอบเทียบความจุและการสอบเทียบ SOC สามารถดำเนินการแยกกันได้เพื่อเป็นพื้นฐานสำหรับการจัดการการชาร์จและการคายประจุในภายหลัง

หน่วยจัดการอาร์เรย์แบตเตอรี่ (BAU) มีหน้าที่รับผิดชอบในการจัดการแบตเตอรี่แบบรวมศูนย์ในกองแบตเตอรี่เก็บพลังงานทั้งหมดโดยเชื่อมต่อกับหน่วยการจัดการคลัสเตอร์แบตเตอรี่ต่างๆ และแลกเปลี่ยนข้อมูลกับอุปกรณ์อื่นๆ เพื่อให้ข้อเสนอแนะเกี่ยวกับสถานะการทำงานของอาร์เรย์แบตเตอรี่

การจัดการการชาร์จและการคายประจุของอาเรย์แบตเตอรี่

การตรวจสอบตัวเองของระบบ BMS และการแจ้งเตือนการวินิจฉัยข้อผิดพลาด

สัญญาณเตือนการวินิจฉัยข้อบกพร่องของแบตเตอรี่

การป้องกันความปลอดภัยสำหรับความผิดปกติและข้อผิดพลาดต่างๆ ในอาร์เรย์แบตเตอรี่

สื่อสารกับอุปกรณ์อื่นๆ เช่น PCS และ EMS

การจัดเก็บข้อมูล การส่งผ่าน และการประมวลผล

ชั้นการจัดการแบตเตอรี่: รับผิดชอบในการรวบรวมข้อมูลต่างๆ (แรงดันไฟฟ้า อุณหภูมิ) ของแบตเตอรี่แต่ละก้อน การคำนวณและการวิเคราะห์ SOC และ SOH ของแบตเตอรี่ บรรลุการปรับสมดุลที่ใช้งานอยู่ของแบตเตอรี่แต่ละก้อน และการอัปโหลดข้อมูลที่ผิดปกติของแบตเตอรี่แต่ละก้อนไปยังชั้นหน่วยชุดแบตเตอรี่ BCMUผ่านการสื่อสารภายนอก CAN อุปกรณ์จะเชื่อมต่อกันผ่านสายโซ่เดซี่

ชั้นการจัดการแบตเตอรี่: รับผิดชอบในการรวบรวมข้อมูลต่างๆ จากแบตเตอรี่แต่ละก้อนที่ BMU อัปโหลด รวบรวมข้อมูลต่างๆ เกี่ยวกับชุดแบตเตอรี่ (แรงดันไฟฟ้าของชุด อุณหภูมิของชุด) การชาร์จและการคายประจุของชุดแบตเตอรี่ การคำนวณและวิเคราะห์ SOC และ SOH ของชุดแบตเตอรี่ และอัปโหลดข้อมูลทั้งหมดไปยังชั้น BAMS ของคลัสเตอร์แบตเตอรี่ผ่านการสื่อสารภายนอก CAN อุปกรณ์จะเชื่อมต่อกันผ่านสายโซ่เดซี่

ชั้นการจัดการคลัสเตอร์แบตเตอรี่: รับผิดชอบในการรวบรวมข้อมูลแบตเตอรี่ต่างๆ ที่อัปโหลดโดย BCMU และอัปโหลดข้อมูลทั้งหมดไปยังระบบ EMS ที่ตรวจสอบการจัดเก็บพลังงานผ่านอินเทอร์เฟซ RJ45การสื่อสารกับ PCS เพื่อส่งข้อมูลผิดปกติที่เกี่ยวข้องของแบตเตอรี่ไปยัง PCS (อินเทอร์เฟซ CAN หรือ RS485) และติดตั้งโหนดแห้งของฮาร์ดแวร์เพื่อสื่อสารกับ PCSนอกจากนี้ ยังทำการประเมินระบบแบตเตอรี่ BSE (การประเมินสถานะแบตเตอรี่) การตรวจจับสถานะระบบไฟฟ้า การจัดการคอนแทคเตอร์ การจัดการความร้อน การจัดการการทำงาน การจัดการการชาร์จ การจัดการการวินิจฉัย และดำเนินการการจัดการเครือข่ายการสื่อสารภายในและภายนอกสื่อสารกับผู้ใต้บังคับบัญชาผ่าน CAN

3) BMS ทำอะไร?

หน้าที่ของ BMS มีมากมาย แต่แกนหลักและสิ่งที่เรากังวลมากที่สุดมีสามด้าน:

ประการหนึ่งคือการตรวจจับ (การจัดการสถานะ) ซึ่งเป็นฟังก์ชันพื้นฐานของ BMSโดยจะวัดแรงดันไฟฟ้า ความต้านทาน อุณหภูมิ และตรวจจับสถานะของแบตเตอรี่ในท้ายที่สุดเราต้องการทราบว่าแบตเตอรี่มีสถานะเป็นอย่างไร มีพลังงานและความจุเท่าใด สุขภาพแข็งแรงแค่ไหน ผลิตพลังงานได้เท่าใด และปลอดภัยเพียงใดนี่คือการรับรู้

ประการที่สองคือการจัดการ (การจัดการความสมดุล)บางคนบอกว่า BMS เป็นพี่เลี้ยงแบตเตอรี่งั้นพี่เลี้ยงคนนี้ควรจะจัดการมันจะจัดการอะไร?ก็คือการทำให้แบตเตอรี่มีคุณภาพดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้พื้นฐานที่สุดคือการจัดการความสมดุลและการจัดการความร้อน

ประการที่สามคือการป้องกัน (การจัดการความปลอดภัย)พี่เลี้ยงก็มีงานทำเช่นกันหากแบตเตอรี่มีสถานะบางอย่าง จำเป็นต้องได้รับการปกป้องและจำเป็นต้องส่งสัญญาณเตือน

แน่นอนว่ายังมีองค์ประกอบการจัดการการสื่อสารที่ถ่ายโอนข้อมูลภายในหรือภายนอกระบบผ่านโปรโตคอลบางอย่าง

BMS มีฟังก์ชันอื่นๆ มากมาย เช่น การควบคุมการทำงาน การตรวจสอบฉนวน การจัดการความร้อน ฯลฯ ซึ่งไม่ได้กล่าวถึงในที่นี้

 

3.1 การรับรู้ – การวัดและการประมาณค่า

ฟังก์ชันพื้นฐานของ BMS คือการวัดและประมาณค่าพารามิเตอร์ของแบตเตอรี่ รวมถึงพารามิเตอร์พื้นฐาน เช่น แรงดัน กระแส อุณหภูมิ และสถานะ ตลอดจนการคำนวณข้อมูลสถานะแบตเตอรี่ เช่น SOC และ SOHสาขาวิชาพลังงานแบตเตอรี่ยังเกี่ยวข้องกับการคำนวณ SOP (สถานะพลังงาน) และ SOE (สถานะพลังงาน) ซึ่งไม่ได้กล่าวถึงในที่นี้เราจะมุ่งเน้นไปที่ข้อมูลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสองรายการแรก

การวัดเซลล์

1) การวัดข้อมูลพื้นฐาน: ฟังก์ชันพื้นฐานที่สุดของระบบการจัดการแบตเตอรี่คือการวัดแรงดัน กระแส และอุณหภูมิของเซลล์แบตเตอรี่แต่ละเซลล์ ซึ่งเป็นรากฐานสำหรับการคำนวณระดับบนสุดและตรรกะการควบคุมในระบบการจัดการแบตเตอรี่

2) การทดสอบความต้านทานของฉนวน: จำเป็นต้องมีการทดสอบฉนวนสำหรับทั้งระบบแบตเตอรี่และระบบไฟฟ้าแรงสูงภายในระบบการจัดการแบตเตอรี่

3) การตรวจจับอินเทอร์ล็อกไฟฟ้าแรงสูง (HVIL): ใช้เพื่อยืนยันความสมบูรณ์ของระบบไฟฟ้าแรงสูงทั้งหมด และเริ่มมาตรการด้านความปลอดภัยเมื่อความสมบูรณ์ของลูประบบไฟฟ้าแรงสูงเสียหาย

การคำนวณ SOC

SOC หมายถึงสถานะการชาร์จ ซึ่งเป็นความจุที่เหลืออยู่ของแบตเตอรี่พูดง่ายๆ ก็คือปริมาณพลังงานที่เหลืออยู่ในแบตเตอรี่

SOC เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดใน BMS เนื่องจากอย่างอื่นจะขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์นั้นดังนั้นความแม่นยำและความทนทาน (หรือที่เรียกว่าความสามารถในการแก้ไขข้อผิดพลาด) จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งหากไม่มี SOC ที่แม่นยำ ฟังก์ชันการป้องกันใดๆ จะไม่สามารถทำให้ BMS ทำงานได้อย่างถูกต้อง เนื่องจากแบตเตอรี่มักจะอยู่ในสถานะที่มีการป้องกัน ทำให้ไม่สามารถยืดอายุของแบตเตอรี่ได้

ปัจจุบัน วิธีการประมาณค่า SOC กระแสหลักประกอบด้วยวิธีแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด วิธีการรวมกระแส วิธีกรองคาลมาน และวิธีการโครงข่ายประสาทเทียมโดยทั่วไปจะใช้สองวิธีแรกสองวิธีหลังเกี่ยวข้องกับความรู้ขั้นสูง เช่น โมเดลบูรณาการและปัญญาประดิษฐ์ ซึ่งไม่ได้ให้รายละเอียดไว้ที่นี่

ในการใช้งานจริง มักใช้อัลกอริธึมหลายตัวร่วมกัน โดยมีการใช้อัลกอริธึมที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับสถานะการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่

วิธีแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด

หลักการของวิธีแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดคือการใช้ความสัมพันธ์เชิงฟังก์ชันที่ค่อนข้างคงที่ระหว่างแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดและ SOC ภายใต้เงื่อนไขของการวางตำแหน่งคงที่ของแบตเตอรี่ในระยะยาว และด้วยเหตุนี้จึงประมาณค่า SOC โดยอิงจากแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดจักรยานไฟฟ้าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดที่ใช้กันทั่วไปก่อนหน้านี้ใช้วิธีนี้ในการประมาณค่า SOCวิธีการใช้แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดนั้นง่ายและสะดวก แต่ก็มีข้อเสียหลายประการเช่นกัน:

1. ต้องทิ้งแบตเตอรี่ไว้เป็นเวลานาน มิฉะนั้นแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดจะรักษาเสถียรภาพได้ยากในช่วงเวลาสั้น ๆ

2. แบตเตอรี่มีแรงดันไฟฟ้าคงที่ โดยเฉพาะแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต โดยแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อและเส้นโค้ง SOC จะเป็นเส้นตรงโดยประมาณในช่วง SOC30%-80%

3. แบตเตอรี่อยู่ที่อุณหภูมิที่แตกต่างกันหรือช่วงอายุการใช้งานที่แตกต่างกัน และแม้ว่าแรงดันไฟฟ้าของวงจรเปิดจะเท่ากัน แต่ความแตกต่างของ SOC ที่แท้จริงอาจมีขนาดใหญ่

ดังแสดงในรูปด้านล่าง เวลาเราใช้จักรยานไฟฟ้านี้ หาก SOC ปัจจุบันแสดงเป็น 100% แรงดันไฟฟ้าจะลดลงเมื่อเร่งความเร็ว และกำลังอาจแสดงเป็น 80%เมื่อเราหยุดเร่งความเร็ว แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น และกำลังจะกระโดดกลับไปเป็น 100%ดังนั้นการแสดงกำลังของสกู๊ตเตอร์ไฟฟ้าของเราจึงไม่ถูกต้องเมื่อเราหยุดมันก็มีพลังงาน แต่พอเราสตาร์ท มันก็หมดพลังนี่อาจไม่เป็นปัญหากับแบตเตอรี่ แต่อาจเนื่องมาจากอัลกอริทึม SoC ของ BMS นั้นง่ายเกินไป

วิธีอินทิกรัลอันชิ

วิธีการบูรณาการแบบ Anshicontinuous จะคำนวณค่า SOC โดยตรงแบบเรียลไทม์ผ่านคำจำกัดความของ SOC

เมื่อพิจารณาค่า SOC เริ่มต้น ตราบใดที่สามารถวัดกระแสแบตเตอรี่ได้ (โดยที่กระแสคายประจุเป็นค่าบวก) การเปลี่ยนแปลงความจุของแบตเตอรี่ก็สามารถคำนวณได้อย่างแม่นยำผ่านการบูรณาการกระแสไฟ ส่งผลให้ SOC ที่เหลืออยู่

วิธีการนี้ให้ผลลัพธ์การประมาณค่าที่เชื่อถือได้ในช่วงเวลาสั้นๆ แต่เนื่องจากข้อผิดพลาดในการวัดของเซ็นเซอร์ปัจจุบันและการเสื่อมสภาพของความจุของแบตเตอรี่อย่างค่อยเป็นค่อยไป การรวมกระแสไฟในระยะยาวจะทำให้เกิดการเบี่ยงเบนบางอย่างดังนั้น โดยทั่วไปจะใช้ร่วมกับวิธีแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดเพื่อประมาณค่าเริ่มต้นสำหรับการประมาณค่า SOC ด้วยข้อกำหนดความแม่นยำต่ำ และยังสามารถใช้ร่วมกับวิธีการกรองคาลมานสำหรับการทำนาย SOC ระยะสั้นได้ด้วย

SOC (สถานะการชาร์จ) เป็นของอัลกอริธึมการควบคุมหลักของ BMS ซึ่งแสดงถึงสถานะความจุที่เหลืออยู่ในปัจจุบันสามารถทำได้โดยหลักด้วยวิธีการรวมแอมแปร์ชั่วโมงและอัลกอริธึม EKF (ตัวกรองคาลมานแบบขยาย) รวมกับกลยุทธ์การแก้ไข (เช่น การแก้ไขแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด การแก้ไขการชาร์จเต็ม การแก้ไขปลายการชาร์จ การแก้ไขความจุภายใต้อุณหภูมิที่แตกต่างกันและ SOH ฯลฯ)วิธีการรวมแอมแปร์-ชั่วโมงค่อนข้างเชื่อถือได้ภายใต้เงื่อนไขของการรับรองความถูกต้องแม่นยำในการรับข้อมูลในปัจจุบัน แต่ก็ไม่มีประสิทธิภาพเนื่องจากมีข้อผิดพลาดสะสมจึงต้องใช้ร่วมกับกลยุทธ์การแก้ไขวิธี EKF นั้นมีประสิทธิภาพ แต่อัลกอริธึมค่อนข้างซับซ้อนและใช้งานยากผู้ผลิตกระแสหลักในประเทศสามารถบรรลุความแม่นยำน้อยกว่า 6% ที่อุณหภูมิห้อง แต่การประมาณที่อุณหภูมิสูงและต่ำและการลดทอนของแบตเตอรี่เป็นเรื่องยาก

การแก้ไข SOC

เนื่องจากความผันผวนในปัจจุบัน SOC โดยประมาณอาจไม่ถูกต้อง และจำเป็นต้องรวมกลยุทธ์การแก้ไขต่างๆ เข้ากับกระบวนการประมาณการ

 

การคำนวณ SOH

SOH หมายถึงสภาวะสุขภาพ ซึ่งระบุสถานะสุขภาพปัจจุบันของแบตเตอรี่ (หรือระดับความเสื่อมของแบตเตอรี่)โดยทั่วไปจะแสดงเป็นค่าระหว่าง 0 ถึง 100% โดยโดยทั่วไปแล้วค่าที่ต่ำกว่า 80% จะถือว่าบ่งชี้ว่าแบตเตอรี่ไม่สามารถใช้งานได้อีกต่อไปสามารถแสดงได้ด้วยการเปลี่ยนแปลงความจุของแบตเตอรี่หรือความต้านทานภายในเมื่อใช้ความจุ ความจุจริงของแบตเตอรี่ปัจจุบันจะประมาณโดยอิงข้อมูลจากขั้นตอนการทำงานของแบตเตอรี่ และอัตราส่วนของความจุนี้ต่อความจุที่กำหนดคือ SOHSOH ที่แม่นยำจะปรับปรุงความแม่นยำในการประมาณค่าของโมดูลอื่นๆ เมื่อแบตเตอรี่เสื่อมสภาพ

คำจำกัดความของ SOH ในอุตสาหกรรมมีคำจำกัดความที่แตกต่างกันสองประการ:

คำจำกัดความ SOH ขึ้นอยู่กับความจุที่จางลง

ในระหว่างการใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน วัสดุออกฤทธิ์ภายในแบตเตอรี่จะค่อยๆ ลดลง ความต้านทานภายในเพิ่มขึ้น และความจุจะลดลงดังนั้น SOH สามารถประมาณได้จากความจุของแบตเตอรี่สถานะความสมบูรณ์ของแบตเตอรี่จะแสดงเป็นอัตราส่วนของความจุกระแสไฟต่อความจุเริ่มต้น และ SOH ของแบตเตอรี่ถูกกำหนดเป็น:

SOH=(C_มาตรฐาน-C_เฟด)/C_มาตรฐาน ×100%

โดยที่: C_fade คือความจุที่สูญเสียไปของแบตเตอรี่C_standard คือความจุที่ระบุ

มาตรฐาน IEEE 1188-1996 กำหนดว่าเมื่อความจุของแบตเตอรี่พลังงานลดลงเหลือ 80% ควรเปลี่ยนแบตเตอรี่ใหม่ดังนั้นเราจึงมักพิจารณาว่าแบตเตอรี่ SOH ไม่พร้อมใช้งานเมื่อต่ำกว่า 80%

คำจำกัดความ SOH ตามการลดทอนพลังงาน (Power Fade)

การเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่เกือบทุกประเภทจะทำให้ความต้านทานภายในแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นยิ่งความต้านทานภายในของแบตเตอรี่สูงเท่าใด พลังงานที่มีอยู่ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้นดังนั้น SOH จึงสามารถประมาณได้โดยใช้การลดทอนกำลัง

3.2 การจัดการ – เทคโนโลยีที่สมดุล

แบตเตอรี่แต่ละก้อนมี “บุคลิกภาพ” ของตัวเอง

เมื่อพูดถึงความสมดุล เราต้องเริ่มจากแบตเตอรี่ก่อนแม้แต่แบตเตอรี่ที่ผลิตในชุดเดียวกันโดยผู้ผลิตรายเดียวกันก็มีวงจรชีวิตและ "บุคลิกภาพ" ของตัวเอง ความจุของแบตเตอรี่แต่ละก้อนก็ไม่สามารถเท่ากันทุกประการได้มีเหตุผลสองประการสำหรับความไม่สอดคล้องกันนี้:

ประการหนึ่งคือความไม่สอดคล้องกันของการผลิตเซลล์

ประการแรกคือความไม่สอดคล้องกันของปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า

ความไม่สอดคล้องกันของการผลิต

ความไม่สอดคล้องกันในการผลิตนั้นง่ายต่อการเข้าใจตัวอย่างเช่น ในระหว่างกระบวนการผลิต ความไม่สอดคล้องกันของไดอะแฟรม และความไม่สอดคล้องกันของวัสดุแคโทดและแอโนดอาจส่งผลให้ความจุแบตเตอรี่โดยรวมไม่สอดคล้องกันแบตเตอรี่มาตรฐาน 50AH อาจกลายเป็น 49AH หรือ 51AH

ความไม่สอดคล้องกันทางเคมีไฟฟ้า

ความไม่สอดคล้องกันของเคมีไฟฟ้าคือในกระบวนการชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่ แม้ว่าการผลิตและการประมวลผลของทั้งสองเซลล์จะเหมือนกัน สภาพแวดล้อมทางความร้อนก็ไม่สามารถสอดคล้องกันในกระบวนการปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าได้ตัวอย่างเช่น ในการผลิตโมดูลแบตเตอรี่ อุณหภูมิของวงแหวนโดยรอบจะต้องต่ำกว่าอุณหภูมิตรงกลางส่งผลให้เกิดความไม่สอดคล้องกันในระยะยาวระหว่างปริมาณการชาร์จและการคายประจุ ซึ่งส่งผลให้ความจุของเซลล์แบตเตอรี่ไม่สอดคล้องกันเมื่อกระแสการชาร์จและการคายประจุของฟิล์ม SEI บนเซลล์แบตเตอรี่ไม่สอดคล้องกันเป็นเวลานาน การเสื่อมสภาพของฟิล์ม SEI ก็จะไม่สอดคล้องกันเช่นกัน

*ฟิล์ม SEI: “ส่วนต่อประสานอิเล็กโทรไลต์แบบแข็ง” (ส่วนต่อประสานอิเล็กโทรไลต์แบบทึบ)ในระหว่างกระบวนการคายประจุแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนของเหลวครั้งแรก วัสดุอิเล็กโทรดจะทำปฏิกิริยากับอิเล็กโทรไลต์บนอินเทอร์เฟซเฟสของแข็งและของเหลวเพื่อสร้างชั้นฟิล์มที่ปกคลุมพื้นผิวของวัสดุอิเล็กโทรดฟิล์ม SEI เป็นฉนวนไฟฟ้า แต่เป็นตัวนำลิเธียมไอออนที่ดีเยี่ยม ซึ่งไม่เพียงแต่ปกป้องอิเล็กโทรดเท่านั้น แต่ยังไม่ส่งผลต่อการทำงานของแบตเตอรี่อีกด้วยการเสื่อมสภาพของฟิล์ม SEI มีผลกระทบอย่างมากต่อสุขภาพของแบตเตอรี่

ดังนั้นความไม่สม่ำเสมอ (หรือความไม่ต่อเนื่อง) ของชุดแบตเตอรี่จึงเป็นอาการที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ของการทำงานของแบตเตอรี่

เหตุใดจึงต้องมีความสมดุล

แบตเตอรี่มีความแตกต่างกัน ดังนั้นทำไมไม่ลองทำให้มันเหมือนกันดูล่ะ?เพราะความไม่สอดคล้องกันจะส่งผลต่อประสิทธิภาพของก้อนแบตเตอรี่

ก้อนแบตเตอรี่ในซีรีย์จะเป็นไปตามเอฟเฟกต์กระบอกสั้น: ในระบบแพ็คแบตเตอรี่แบบอนุกรม ความจุของระบบแพ็คแบตเตอรี่ทั้งหมดจะถูกกำหนดโดยหน่วยเดียวที่เล็กที่สุด

สมมติว่าเรามีก้อนแบตเตอรี่ประกอบด้วยแบตเตอรี่สามก้อน:

โปรดทราบว่าการชาร์จมากเกินไปและการคายประจุมากเกินไปอาจทำให้แบตเตอรี่เสียหายร้ายแรงได้ดังนั้นเมื่อแบตเตอรี่ B ชาร์จเต็มระหว่างการชาร์จ หรือเมื่อ SoC ของแบตเตอรี่ B ต่ำมากระหว่างการคายประจุ จำเป็นต้องหยุดการชาร์จและการคายประจุเพื่อป้องกันแบตเตอรี่ B ส่งผลให้กำลังของแบตเตอรี่ A และ C ไม่สามารถได้เต็มที่ ใช้แล้ว

นี่นำไปสู่:

ความจุที่ใช้งานได้จริงของก้อนแบตเตอรี่ลดลง: แบตเตอรี่ A และ C ซึ่งอาจใช้ความจุที่มีอยู่ได้ในขณะนี้ไม่สามารถทำได้เพื่อรองรับแบตเตอรี่ B เป็นเหมือนคนสองคนบนสามขาผูกติดกันโดยมี คนที่สูงกว่าไม่สามารถก้าวก้าวใหญ่ได้

อายุการใช้งานแบตเตอรี่ลดลง: การก้าวเท้าที่สั้นลงจะต้องก้าวมากขึ้น และทำให้ขาเมื่อยล้ามากขึ้นด้วยความจุที่ลดลง จำนวนรอบการชาร์จและการคายประจุจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้แบตเตอรี่เสื่อมสภาพมากขึ้นตัวอย่างเช่น เซลล์เดียวสามารถบรรลุ 4,000 รอบที่ DoD 100% แต่ในการใช้งานจริงจะไม่สามารถเข้าถึง 100% และจำนวนรอบจะไม่ถึง 4,000 แน่นอน

*DoD หรือความลึกของการคายประจุ หมายถึงเปอร์เซ็นต์ของความสามารถในการคายประจุของแบตเตอรี่ต่อความจุที่กำหนดของแบตเตอรี่

ความไม่สอดคล้องกันของแบตเตอรี่ส่งผลให้ประสิทธิภาพของชุดแบตเตอรี่ลดลงเมื่อขนาดของโมดูลแบตเตอรี่มีขนาดใหญ่ แบตเตอรี่หลายสายจะเชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม และความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าเดี่ยวขนาดใหญ่จะทำให้ความจุของกล่องทั้งหมดลดลงยิ่งแบตเตอรี่เชื่อมต่อแบบอนุกรมมากเท่าใด ความจุก็จะสูญเสียมากขึ้นเท่านั้นอย่างไรก็ตาม ในการใช้งานของเรา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานระบบกักเก็บพลังงาน มีข้อกำหนดที่สำคัญสองประการ:

ประการแรกคือแบตเตอรี่ที่มีอายุการใช้งานยาวนาน ซึ่งสามารถลดต้นทุนการดำเนินงานและการบำรุงรักษาได้อย่างมากระบบกักเก็บพลังงานมีข้อกำหนดสูงสำหรับอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ในประเทศส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบมาเป็นเวลา 15 ปีถ้าเราสมมุติว่า 300 รอบต่อปี 15 ปีก็จะเท่ากับ 4,500 รอบ ซึ่งยังสูงมากอยู่เราจำเป็นต้องเพิ่มอายุการใช้งานของแบตเตอรี่แต่ละก้อนให้สูงสุดเพื่อให้อายุการใช้งานรวมของแบตเตอรี่ทั้งหมดสามารถเข้าถึงอายุการใช้งานที่ออกแบบได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และลดผลกระทบของการกระจายตัวของแบตเตอรี่ต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่

รอบลึกครั้งที่สอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์การใช้งานของการโกนขนสูงสุด การปล่อยไฟฟ้าอีกหนึ่งกิโลวัตต์ชั่วโมงจะนำมาซึ่งรายได้อีกหนึ่งจุดกล่าวคือเราจะทำ 80%DoD หรือ 90%DoDเมื่อใช้วงจรลึกในระบบกักเก็บพลังงาน การกระจายตัวของแบตเตอรี่ในระหว่างการคายประจุส่วนท้ายจะปรากฏขึ้นดังนั้น เพื่อให้แน่ใจว่าความจุของแต่ละเซลล์จะปล่อยออกมาอย่างเต็มที่ภายใต้สภาวะการชาร์จแบบลึกและการคายประจุแบบลึก จึงจำเป็นต้องกำหนดให้ BMS ที่เก็บพลังงานมีความสามารถในการจัดการการปรับสมดุลที่แข็งแกร่ง และระงับการเกิดความสอดคล้องกันระหว่างเซลล์แบตเตอรี่ .

ข้อกำหนดทั้งสองนี้ขัดแย้งกับความไม่สอดคล้องกันของแบตเตอรี่โดยสิ้นเชิงเพื่อให้การใช้งานชุดแบตเตอรี่มีประสิทธิภาพมากขึ้น เราต้องมีเทคโนโลยีการปรับสมดุลที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น เพื่อลดผลกระทบของความไม่สอดคล้องกันของแบตเตอรี่

เทคโนโลยีสมดุล

เทคโนโลยีการปรับสมดุลแบตเตอรี่เป็นวิธีหนึ่งที่ทำให้แบตเตอรี่ที่มีความจุต่างกันเท่ากันมีวิธีการทำให้เท่าเทียมกันทั่วไปสองวิธี: การกระจายพลังงานการทำให้เท่าเทียมกันทิศทางเดียว (การทำให้เท่าเทียมกันแบบพาสซีฟ) และการทำให้เท่าเทียมกันการถ่ายโอนพลังงานแบบสองทิศทาง (การทำให้เท่าเทียมกันที่ใช้งานอยู่)

(1) ยอดคงเหลือแบบพาสซีฟ

หลักการปรับสมดุลแบบพาสซีฟคือการขนานตัวต้านทานดิสชาร์จแบบสลับได้กับแต่ละสายของแบตเตอรี่BMS ควบคุมตัวต้านทานการคายประจุเพื่อคายประจุเซลล์แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น โดยกระจายพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อนตัวอย่างเช่น เมื่อแบตเตอรี่ B ชาร์จเกือบเต็มแล้ว สวิตช์จะเปิดขึ้นเพื่อให้ตัวต้านทานบนแบตเตอรี่ B กระจายพลังงานไฟฟ้าส่วนเกินเป็นความร้อนจากนั้นการชาร์จจะดำเนินต่อไปจนกว่าแบตเตอรี่ A และ C จะชาร์จจนเต็มเช่นกัน

วิธีนี้สามารถคายประจุได้เฉพาะเซลล์ไฟฟ้าแรงสูงเท่านั้น และไม่สามารถชาร์จเซลล์ที่มีความจุต่ำได้เนื่องจากข้อจำกัดด้านพลังงานของความต้านทานการคายประจุ กระแสการทำให้เท่าเทียมกันโดยทั่วไปจึงมีน้อย (น้อยกว่า 1A)

ข้อดีของการปรับอีควอไลเซอร์แบบพาสซีฟคือต้นทุนต่ำและการออกแบบวงจรที่เรียบง่ายข้อเสียคือจะขึ้นอยู่กับความจุแบตเตอรี่ที่เหลืออยู่ต่ำสุดสำหรับการปรับสมดุล ซึ่งไม่สามารถเพิ่มความจุของแบตเตอรี่ที่มีความจุเหลือน้อยได้ และพลังงานที่เท่ากัน 100% จะสูญเปล่าในรูปของความร้อน

(2) ยอดคงเหลือที่ใช้งานอยู่

ด้วยอัลกอริธึม แบตเตอรี่หลายสายจะถ่ายโอนพลังงานของเซลล์ไฟฟ้าแรงสูงไปยังเซลล์ไฟฟ้าแรงต่ำโดยใช้ส่วนประกอบกักเก็บพลังงาน การคายประจุแบตเตอรี่ไฟฟ้าแรงสูง และใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาเพื่อชาร์จเซลล์ไฟฟ้าแรงต่ำพลังงานส่วนใหญ่จะถูกถ่ายโอนแทนที่จะกระจายไป

ด้วยวิธีนี้ ในระหว่างการชาร์จ แบตเตอรี่ B ซึ่งถึงแรงดันไฟฟ้า 100% ก่อน จะคายประจุไปที่ A และ C และแบตเตอรี่ทั้งสามก้อนจะถูกชาร์จพร้อมกันจนเต็มในระหว่างการคายประจุ เมื่อประจุที่เหลืออยู่ของแบตเตอรี่ B ต่ำเกินไป A และ C จะ "ชาร์จ" B เพื่อให้เซลล์ B ไม่ถึงเกณฑ์ SOC สำหรับการหยุดคายประจุอย่างรวดเร็ว

คุณสมบัติหลักของเทคโนโลยีการปรับสมดุลแบบแอคทีฟ

(1) ปรับสมดุลแรงดันไฟฟ้าสูงและต่ำเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของก้อนแบตเตอรี่: ในระหว่างการชาร์จและการคายประจุและที่เหลือ แบตเตอรี่แรงดันสูงสามารถคายประจุได้และสามารถชาร์จแบตเตอรี่แรงดันต่ำได้

(2) การถ่ายโอนพลังงานที่สูญเสียต่ำ: พลังงานส่วนใหญ่ถูกถ่ายโอนมากกว่าการสูญเสียเพียงอย่างเดียว ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของการใช้พลังงาน

(3) กระแสสมดุลขนาดใหญ่: โดยทั่วไป กระแสสมดุลจะอยู่ระหว่าง 1 ถึง 10A และสมดุลจะเร็วขึ้น

การปรับสมดุลแบบแอคทีฟจำเป็นต้องมีการกำหนดค่าวงจรและอุปกรณ์กักเก็บพลังงานที่สอดคล้องกัน ซึ่งทำให้มีปริมาณมากและต้นทุนเพิ่มขึ้นเงื่อนไขทั้งสองนี้รวมกันกำหนดว่าการปรับสมดุลที่ใช้งานอยู่นั้นไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะได้รับการเลื่อนระดับและนำไปใช้

นอกจากนี้ กระบวนการชาร์จและคายประจุการปรับสมดุลที่ใช้งานอยู่จะช่วยเพิ่มอายุการใช้งานของแบตเตอรี่โดยปริยายสำหรับเซลล์ที่ต้องการการชาร์จและการคายประจุเพื่อให้เกิดความสมดุล ปริมาณงานที่เพิ่มขึ้นอาจทำให้เซลล์เหล่านี้มีอายุเกินอายุของเซลล์ปกติ ส่งผลให้มีช่องว่างด้านประสิทธิภาพกับเซลล์อื่นๆ มากขึ้น

ผู้เชี่ยวชาญบางคนเชื่อว่าสองสำนวนข้างต้นควรสอดคล้องกับสมดุลแบบกระจายและสมดุลแบบไม่กระจายไม่ว่าจะเป็นแบบแอคทีฟหรือพาสซีฟก็ขึ้นอยู่กับเหตุการณ์ที่กระตุ้นให้เกิดกระบวนการสมดุลหากระบบเข้าสู่สถานะที่ต้องอยู่เฉยๆ ระบบก็จะอยู่ในสถานะไม่โต้ตอบหากมนุษย์เป็นผู้กำหนด การตั้งค่าโปรแกรมสมดุลเมื่อไม่จำเป็นต้องสมดุล เรียกว่าสภาวะสมดุลแบบแอคทีฟ

ตัวอย่างเช่น เมื่อการคายประจุสิ้นสุดลง เซลล์แรงดันไฟฟ้าต่ำสุดจะถึงแรงดันตัดการคายประจุ ในขณะที่เซลล์อื่นๆ ยังคงมีพลังงานอยู่ในเวลานี้ เพื่อคายประจุไฟฟ้าให้ได้มากที่สุด ระบบจะถ่ายโอนไฟฟ้าของเซลล์พลังงานสูงไปยังเซลล์พลังงานต่ำ เพื่อให้กระบวนการคายประจุดำเนินต่อไปได้จนกว่าไฟฟ้าจะหมดไปทั้งหมดนี่เป็นกระบวนการปรับสมดุลแบบพาสซีฟหากระบบคาดการณ์ว่าจะเกิดความไม่สมดุลเมื่อสิ้นสุดการคายประจุเมื่อยังมีพลังงานเหลืออยู่ 40% ระบบจะเริ่มกระบวนการปรับสมดุลที่ใช้งานอยู่

การปรับสมดุลที่ใช้งานอยู่แบ่งออกเป็นวิธีแบบรวมศูนย์และแบบกระจายอำนาจวิธีการปรับสมดุลแบบรวมศูนย์รับพลังงานจากแบตเตอรี่ทั้งหมด จากนั้นใช้อุปกรณ์แปลงพลังงานเพื่อเสริมพลังงานให้กับแบตเตอรี่ที่มีพลังงานน้อยกว่าการกระจายสมดุลแบบกระจายอำนาจเกี่ยวข้องกับการเชื่อมโยงการจัดเก็บพลังงานระหว่างแบตเตอรี่ที่อยู่ติดกัน ซึ่งอาจเป็นตัวเหนี่ยวนำหรือตัวเก็บประจุ เพื่อให้พลังงานไหลระหว่างแบตเตอรี่ที่อยู่ติดกัน

ในกลยุทธ์การควบคุมความสมดุลในปัจจุบัน มีคนที่ใช้แรงดันไฟฟ้าของเซลล์เป็นพารามิเตอร์เป้าหมายการควบคุม และยังมีผู้ที่เสนอให้ใช้ SOC เป็นพารามิเตอร์เป้าหมายการควบคุมสมดุลด้วยยกตัวอย่างแรงดันไฟฟ้าของเซลล์

ขั้นแรก ให้ตั้งค่าเกณฑ์สำหรับการเริ่มต้นและสิ้นสุดการปรับสมดุล: ตัวอย่างเช่น ในชุดแบตเตอรี่ เมื่อความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของเซลล์เดียวและแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยของชุดถึง 50mV การปรับสมดุลจะเริ่มต้นขึ้น และเมื่อ ถึง 5mV การปรับสมดุลจะสิ้นสุดลง

BMS จะรวบรวมแรงดันไฟฟ้าของแต่ละเซลล์ตามรอบการซื้อคงที่ คำนวณค่าเฉลี่ย จากนั้นคำนวณความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟฟ้าแต่ละเซลล์และค่าเฉลี่ย

หากความแตกต่างสูงสุดถึง 50mV BMS จะต้องเริ่มกระบวนการปรับสมดุล

ดำเนินการขั้นตอนที่ 2 ต่อไปในระหว่างกระบวนการปรับสมดุลจนกว่าค่าความแตกต่างทั้งหมดจะน้อยกว่า 5mV จากนั้นจึงสิ้นสุดการปรับสมดุล

ควรสังเกตว่า BMS ไม่ใช่ทุกเครื่องที่ต้องการขั้นตอนนี้ และกลยุทธ์ที่ตามมาอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวิธีการปรับสมดุล

เทคโนโลยีความสมดุลยังเกี่ยวข้องกับประเภทของแบตเตอรี่ด้วยโดยทั่วไปเชื่อกันว่า LFP เหมาะสำหรับเครื่องชั่งแบบแอคทีฟมากกว่า ในขณะที่แบตเตอรี่แบบไตรภาคเหมาะสำหรับเครื่องชั่งแบบพาสซีฟ

ขั้นตอนของการแข่งขันที่รุนแรงใน BMS ส่วนใหญ่ได้รับการสนับสนุนจากต้นทุนและความน่าเชื่อถือในปัจจุบัน การตรวจสอบเชิงทดลองของการปรับสมดุลแบบแอคทีฟยังไม่บรรลุผลสำเร็จคาดว่าระดับความปลอดภัยในการใช้งานจะมุ่งสู่ ASIL-C และ ASIL-D แต่ค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูงดังนั้นบริษัทขนาดใหญ่ในปัจจุบันจึงระมัดระวังเกี่ยวกับการวิจัยเรื่องการปรับสมดุลเชิงรุกโรงงานขนาดใหญ่บางแห่งถึงกับต้องการยกเลิกโมดูลปรับสมดุลและให้ดำเนินการปรับสมดุลทั้งหมดจากภายนอก คล้ายกับการบำรุงรักษารถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงทุกครั้งที่รถเดินทางในระยะทางที่กำหนด มันจะไปที่ร้าน 4S เพื่อทำการปรับสมดุลภายนอกซึ่งจะช่วยลดต้นทุนของ BMS ของยานพาหนะทั้งหมด และยังเป็นประโยชน์ต่อร้านค้า 4S ที่เกี่ยวข้องอีกด้วยเป็นสถานการณ์ที่ win-win สำหรับทุกฝ่ายดังนั้นโดยส่วนตัวแล้วเข้าใจว่านี่อาจเป็นกระแสได้!

3.3 การป้องกัน – การวินิจฉัยข้อผิดพลาดและการเตือน

การตรวจสอบ BMS นั้นจับคู่กับฮาร์ดแวร์ของระบบไฟฟ้า และแบ่งออกเป็นระดับความล้มเหลวที่แตกต่างกัน (ความล้มเหลวเล็กน้อย ความล้มเหลวร้ายแรง ความล้มเหลวร้ายแรง) ตามสภาพประสิทธิภาพการทำงานที่แตกต่างกันของแบตเตอรี่มาตรการจัดการที่แตกต่างกันจะดำเนินการในระดับความล้มเหลวที่แตกต่างกัน: คำเตือน การจำกัดกำลังไฟฟ้า หรือการตัดไฟฟ้าแรงสูงโดยตรงความล้มเหลวรวมถึงความล้มเหลวในการรับข้อมูลและเหตุผล ความล้มเหลวทางไฟฟ้า (เซ็นเซอร์และแอคชูเอเตอร์) ความล้มเหลวในการสื่อสาร และความล้มเหลวของสถานะแบตเตอรี่

ตัวอย่างทั่วไปคือ เมื่อแบตเตอรี่มีความร้อนสูงเกินไป BMS จะพิจารณาว่าแบตเตอรี่มีความร้อนสูงเกินไปโดยอิงจากอุณหภูมิแบตเตอรี่ที่รวบรวมไว้ จากนั้นจะควบคุมวงจรของแบตเตอรี่นี้ให้ตัดการเชื่อมต่อ ดำเนินการป้องกันความร้อนสูงเกินไป และส่งการแจ้งเตือนไปยังระบบการจัดการ เช่น EMS

3.4 การสื่อสาร

การทำงานปกติของ BMS ไม่สามารถแยกออกจากฟังก์ชันการสื่อสารได้ไม่ว่าจะเป็นการควบคุมแบตเตอรี่ในระหว่างการจัดการแบตเตอรี่ การส่งสถานะแบตเตอรี่ไปยังโลกภายนอก หรือการรับคำแนะนำในการควบคุม การสื่อสารที่มีความเสถียรเป็นสิ่งจำเป็น

ในระบบแบตเตอรี่จ่ายไฟ ปลายด้านหนึ่งของ BMS เชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ และปลายอีกด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับระบบควบคุมและระบบอิเล็กทรอนิกส์ของรถยนต์ทั้งคันสภาพแวดล้อมโดยรวมใช้โปรโตคอล CAN แต่มีความแตกต่างระหว่างการใช้ CAN ภายในระหว่างส่วนประกอบภายในของชุดแบตเตอรี่กับการใช้ CAN ของยานพาหนะระหว่างชุดแบตเตอรี่และยานพาหนะทั้งหมด

ในทางตรงกันข้าม BMS การจัดเก็บพลังงานและการสื่อสารภายในโดยทั่วไปใช้โปรโตคอล CAN แต่การสื่อสารภายนอก (ภายนอกส่วนใหญ่หมายถึงระบบจัดส่งสถานีพลังงานเก็บพลังงาน PCS) มักใช้รูปแบบอินเทอร์เน็ตโปรโตคอล โปรโตคอล TCP/IP และโปรโตคอล Modbus

4) การจัดเก็บพลังงาน BMS

ผู้ผลิต BMS เก็บพลังงานโดยทั่วไปพัฒนามาจากแบตเตอรี่พลังงาน BMS ดังนั้นการออกแบบและคำศัพท์มากมายจึงมีต้นกำเนิดในอดีต

ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่พลังงานโดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็น BMU (หน่วยตรวจสอบแบตเตอรี่) และ BCU (หน่วยควบคุมแบตเตอรี่) โดยชุดแรกจะรวบรวมข้อมูลและชุดหลังจะควบคุมข้อมูล

เนื่องจากเซลล์แบตเตอรี่เป็นกระบวนการไฟฟ้าเคมี เซลล์แบตเตอรี่หลายเซลล์จึงรวมตัวกันเป็นแบตเตอรี่เนื่องจากคุณลักษณะของเซลล์แบตเตอรี่แต่ละเซลล์ไม่ว่ากระบวนการผลิตจะแม่นยำแค่ไหนก็จะมีข้อผิดพลาดและไม่สอดคล้องกันในแต่ละเซลล์แบตเตอรี่เมื่อเวลาผ่านไปและขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมดังนั้นระบบการจัดการแบตเตอรี่จึงเป็นการประเมินสถานะปัจจุบันของแบตเตอรี่ผ่านพารามิเตอร์ที่จำกัด ซึ่งเหมือนกับแพทย์แผนจีนที่วินิจฉัยผู้ป่วยโดยการสังเกตอาการมากกว่าการแพทย์แผนตะวันตกที่ต้องวิเคราะห์ทางกายภาพและเคมีการวิเคราะห์ทางกายภาพและเคมีของร่างกายมนุษย์นั้นคล้ายคลึงกับคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าของแบตเตอรี่ซึ่งสามารถวัดได้ด้วยเครื่องมือทดลองขนาดใหญ่อย่างไรก็ตาม เป็นเรื่องยากสำหรับระบบฝังตัวที่จะประเมินตัวบ่งชี้บางประการของเคมีไฟฟ้าดังนั้น BMS จึงเปรียบเสมือนแพทย์แผนจีนโบราณ

4.1 สถาปัตยกรรมสามชั้นของการจัดเก็บพลังงาน BMS

เนื่องจากมีเซลล์แบตเตอรี่จำนวนมากในระบบจัดเก็บพลังงาน เพื่อประหยัดค่าใช้จ่าย โดยทั่วไป BMS จะถูกนำไปใช้ในชั้นที่มีสองหรือสามชั้นในปัจจุบัน กระแสหลักมีสามชั้น: การควบคุมหลัก/การควบคุมหลัก/การควบคุมรอง

4.2 คำอธิบายโดยละเอียดของการจัดเก็บพลังงาน BMS

5) สถานการณ์ปัจจุบันและแนวโน้มในอนาคต

มีผู้ผลิตหลายประเภทที่ผลิต BMS:

หมวดหมู่แรกคือผู้ใช้ปลายทางที่มีอำนาจเหนือกว่ามากที่สุดในกลุ่มพลังงานแบตเตอรี่ BMS – โรงงานผลิตรถยนต์ความจริงแล้วจุดแข็งด้านการผลิต BMS ที่แข็งแกร่งที่สุดในต่างประเทศก็คือโรงงานผลิตรถยนต์ เช่น General Motors, Tesla เป็นต้น ที่บ้านก็มี BYD, Huating Power เป็นต้น

ประเภทที่สองคือโรงงานแบตเตอรี่ รวมถึงผู้ผลิตเซลล์และผู้ผลิตแพ็ค เช่น Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad เป็นต้น

ผู้ผลิต BMS ประเภทที่สามคือผู้ที่มีประสบการณ์หลายปีในด้านเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลัง และมีทีมงาน R&D ที่มีภูมิหลังระดับมหาวิทยาลัยหรือองค์กรที่เกี่ยวข้อง เช่น Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology และ Kegong Electronics

แตกต่างจาก BMS ของแบตเตอรี่พลังงานซึ่งส่วนใหญ่ถูกครอบงำโดยผู้ผลิตยานพาหนะปลายทาง ดูเหมือนว่าผู้ใช้ปลายทางของแบตเตอรี่เก็บพลังงานไม่จำเป็นต้องหรือดำเนินการเฉพาะเจาะจงในการมีส่วนร่วมในการวิจัยและพัฒนาและการผลิต BMSไม่น่าเป็นไปได้ที่พวกเขาจะใช้เงินและพลังงานจำนวนมากเพื่อพัฒนาระบบการจัดการแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ดังนั้นจึงถือได้ว่าอุตสาหกรรม BMS ของแบตเตอรี่เก็บพลังงานขาดผู้เล่นที่สำคัญและมีข้อได้เปรียบอย่างแท้จริง ทำให้เกิดพื้นที่ขนาดใหญ่สำหรับการพัฒนาและจินตนาการสำหรับผู้ผลิตแบตเตอรี่และผู้ขายที่มุ่งเน้นไปที่ BMS การจัดเก็บพลังงานหากมีการจัดตั้งตลาดการจัดเก็บพลังงานจะทำให้ผู้ผลิตแบตเตอรี่และผู้ผลิต BMS มืออาชีพมีพื้นที่มากมายสำหรับการพัฒนาและต้านทานการแข่งขันน้อยลง

ปัจจุบันมีผู้ผลิต BMS มืออาชีพเพียงไม่กี่รายที่มุ่งเน้นการพัฒนา BMS การจัดเก็บพลังงาน เนื่องจากตลาดการจัดเก็บพลังงานยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นและยังคงมีข้อสงสัยมากมายเกี่ยวกับการพัฒนาในอนาคตของการจัดเก็บพลังงานในตลาดดังนั้นผู้ผลิตส่วนใหญ่จึงยังไม่ได้พัฒนาระบบ BMS ที่เกี่ยวข้องกับการจัดเก็บพลังงานในสภาพแวดล้อมทางธุรกิจจริง ยังมีผู้ผลิตที่ซื้อแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า BMS เพื่อใช้เป็น BMS สำหรับแบตเตอรี่เก็บพลังงานเชื่อกันว่าในอนาคต ผู้ผลิต BMS รถยนต์ไฟฟ้ามืออาชีพก็มีแนวโน้มที่จะกลายเป็นส่วนสำคัญของซัพพลายเออร์ BMS ที่ใช้ในโครงการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่

ในขั้นตอนนี้ ยังขาดมาตรฐานที่สม่ำเสมอสำหรับ BMS ที่จัดหาโดยซัพพลายเออร์ระบบกักเก็บพลังงานหลายรายผู้ผลิตแต่ละรายมีการออกแบบและคำจำกัดความที่แตกต่างกันสำหรับ BMS และขึ้นอยู่กับแบตเตอรี่แต่ละชนิดที่เข้ากันได้ อัลกอริธึม SOX เทคโนโลยีการปรับสมดุล และเนื้อหาข้อมูลการสื่อสารที่อัปโหลดอาจแตกต่างกันเช่นกันในการใช้งานจริงของ BMS ความแตกต่างดังกล่าวจะเพิ่มต้นทุนการใช้งานและเป็นอันตรายต่อการพัฒนาอุตสาหกรรมดังนั้นการกำหนดมาตรฐานและการทำให้เป็นโมดูลของ BMS จะเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญในอนาคต