1) Ano ang BMS?
Ang buong pangalan ng BMS ay Battery Management System.Ito ay isang aparato na sinusubaybayan ang katayuan ng mga baterya ng pag-iimbak ng enerhiya.Pangunahing ginagamit ito para sa matalinong pamamahala at pagpapanatili ng mga indibidwal na selula ng baterya, na pumipigil sa sobrang pagsingil at labis na pagdiskarga ng mga baterya, pagpapahaba ng buhay ng baterya, at pagsubaybay sa katayuan ng baterya.Sa pangkalahatan, ang BMS ay kinakatawan bilang isang circuit board o isang hardware box.
Ang BMS ay isa sa mga pangunahing subsystem ng sistema ng pag-iimbak ng enerhiya ng baterya, na responsable para sa pagsubaybay sa katayuan ng pagpapatakbo ng bawat baterya sa yunit ng imbakan ng enerhiya ng baterya at pagtiyak ng ligtas at maaasahang operasyon ng yunit ng imbakan ng enerhiya.Maaaring subaybayan at kolektahin ng BMS ang mga parameter ng katayuan ng baterya ng imbakan ng enerhiya sa real time (kabilang ang ngunit hindi limitado sa solong boltahe ng cell, temperatura ng poste ng baterya, kasalukuyang loop ng baterya, boltahe ng terminal ng baterya pack, resistensya ng pagkakabukod ng system ng baterya, atbp.), at magsagawa ng kinakailangang pagsusuri at pagkalkula sa mga nauugnay na parameter ng status upang makakuha ng higit pang mga parameter ng pagsusuri sa status ng system.Makakamit din nito ang epektibong kontrol sa mismong baterya ng imbakan ng enerhiya ayon sa mga partikular na diskarte sa pagkontrol ng proteksyon upang matiyak ang ligtas at maaasahang operasyon ng buong yunit ng imbakan ng enerhiya ng baterya.Kasabay nito, maaaring makipag-ugnayan ang BMS sa iba pang mga panlabas na device (PCS, EMS, fire protection system, atbp.) sa pamamagitan ng sarili nitong interface ng komunikasyon at analog/digital input interface upang bumuo ng linkage control ng iba't ibang subsystem sa buong energy storage power. istasyon, tinitiyak ang ligtas, maaasahan, at mahusay na operasyong konektado sa grid ng istasyon ng kuryente.
2) Arkitektura
Mula sa perspektibo ng arkitektura ng topology, ang BMS ay nahahati sa dalawang kategorya: sentralisado at ibinahagi ayon sa iba't ibang pangangailangan ng proyekto.
Sentralisadong BMS
Sa madaling salita, ang sentralisadong BMS ay gumagamit ng isang BMS hardware upang kolektahin ang lahat ng mga cell, na angkop para sa mga sitwasyong may kaunting mga cell.
Ang sentralisadong BMS ay may mga pakinabang ng mababang gastos, compact na istraktura, at mataas na pagiging maaasahan, at karaniwang ginagamit sa mga senaryo na may mababang kapasidad, mababang kabuuang presyon, at maliit na dami ng system ng baterya, tulad ng mga power tool, robot (paghawak ng mga robot, pantulong na robot), IOT smart home (mga sweeping robot, electric vacuum cleaner), electric forklift, electric low-speed vehicle (electric bicycle, electric motorcycle, electric sightseeing car, electric patrol car, electric golf cart, atbp.), at light hybrid na sasakyan.
Ang sentralisadong BMS hardware ay maaaring nahahati sa mataas na boltahe at mababang boltahe na mga lugar.Ang lugar na may mataas na boltahe ay responsable para sa pagkolekta ng boltahe ng solong cell, kabuuang boltahe ng system, at pagsubaybay sa resistensya ng pagkakabukod.Kasama sa low-voltage area ang mga power supply circuit, CPU circuit, CAN communication circuit, control circuit, at iba pa.
Habang patuloy na umuunlad ang sistema ng baterya ng kuryente ng mga pampasaherong sasakyan patungo sa mataas na kapasidad, mataas na kabuuang presyon, at malaking volume, ang mga nakabahaging arkitektura ng BMS ay pangunahing ginagamit sa mga plug-in na hybrid at purong electric vehicle na mga modelo.
Ibinahagi ang BMS
Sa kasalukuyan, mayroong iba't ibang mga termino para sa ipinamahagi na BMS sa industriya, at iba't ibang mga kumpanya ang may iba't ibang pangalan.Ang power battery na BMS ay kadalasang mayroong master-slave two-tier architecture:
Ang energy storage BMS ay karaniwang isang three-tier architecture dahil sa malaking sukat ng battery pack, na may master control layer sa itaas ng slave at main control layers.
Tulad ng mga baterya na bumubuo ng mga kumpol ng baterya, na bumubuo naman ng mga stack, ang tatlong-tier na BMS ay sumusunod din sa parehong paitaas na panuntunan:
Mula sa kontrol: unit ng pamamahala ng baterya (BMU), na nangongolekta ng impormasyon mula sa mga indibidwal na baterya.
Subaybayan ang boltahe at temperatura ng cell ng baterya
Pagpapantay ng baterya sa pakete
Pag-upload ng impormasyon
pamamahala ng thermal
Abnormal na alarma
Master control: Battery cluster management unit: BCU (battery cluster unit, kilala rin bilang high voltage management unit HVU, BCMU, atbp.), responsable sa pagkolekta ng impormasyon ng BMU at pangangalap ng impormasyon ng cluster ng baterya.
Baterya cluster kasalukuyang pagkuha, kabuuang boltahe acquisition, pagtagas detection
Proteksyon sa power-off kapag abnormal ang status ng baterya
Sa ilalim ng pamamahala ng BMS, ang capacity calibration at SOC calibration ay maaaring kumpletuhin nang hiwalay bilang batayan para sa kasunod na pamamahala sa pagsingil at pagdiskarga.
Ang unit ng pamamahala ng array ng baterya (BAU) ay responsable para sa sentralisadong pamamahala ng mga baterya sa buong stack ng baterya ng imbakan ng enerhiya.Kumokonekta ito sa iba't ibang unit ng pamamahala ng cluster ng baterya at nakikipagpalitan ng impormasyon sa iba pang mga device upang magbigay ng feedback sa status ng operating ng array ng baterya.
Pamamahala ng pag-charge at pagdiskarga ng hanay ng baterya
BMS system self-checking at fault diagnosis alarm
Baterya pack fault diagnosis alarma
Proteksyon sa kaligtasan para sa iba't ibang abnormalidad at pagkakamali sa hanay ng baterya
Makipag-ugnayan sa ibang mga device gaya ng PCS at EMS
Imbakan, paghahatid at pagproseso ng data
Layer ng pamamahala ng baterya: responsable para sa pagkolekta ng iba't ibang impormasyon (boltahe, temperatura) ng mga indibidwal na baterya, pagkalkula at pagsusuri ng SOC at SOH ng mga baterya, pagkamit ng aktibong pagkakapantay-pantay ng mga indibidwal na baterya, at pag-upload ng abnormal na impormasyon ng mga indibidwal na baterya sa layer ng unit ng pack ng baterya na BCMU.Sa pamamagitan ng CAN external na komunikasyon, ito ay magkakaugnay sa pamamagitan ng daisy chain.
Layer ng pamamahala ng baterya: responsable sa pagkolekta ng iba't ibang impormasyon mula sa mga indibidwal na baterya na na-upload ng BMU, pagkolekta ng iba't ibang impormasyon tungkol sa pack ng baterya (boltahe ng pack, temperatura ng pack), pag-charge at pagdiskarga ng mga alon ng baterya pack, pagkalkula at pagsusuri sa SOC at SOH ng pack ng baterya , at pag-upload ng lahat ng impormasyon sa layer ng unit ng cluster ng baterya na BAMS.Sa pamamagitan ng CAN external na komunikasyon, ito ay magkakaugnay sa pamamagitan ng daisy chain.
Layer ng pamamahala ng cluster ng baterya: responsable para sa pagkolekta ng iba't ibang impormasyon ng baterya na na-upload ng BCMU at pag-upload ng lahat ng impormasyon sa EMS system ng pagsubaybay sa imbakan ng enerhiya sa pamamagitan ng interface ng RJ45;pakikipag-ugnayan sa PCS upang magpadala ng may-katuturang abnormal na impormasyon ng baterya sa PCS (CAN o RS485 interface), at nilagyan ng mga dry node ng hardware upang makipag-ugnayan sa PCS.Bilang karagdagan, nagsasagawa ito ng pagsusuri ng BSE (Baterya State Estimate) ng sistema ng baterya, pagtukoy ng katayuan ng sistema ng kuryente, pamamahala ng contactor, pamamahala ng thermal, pamamahala ng operasyon, pamamahala sa pagsingil, pamamahala ng diagnostic, at nagsasagawa ng pamamahala sa panloob at panlabas na network ng komunikasyon.Nakikipag-usap sa mga nasasakupan sa pamamagitan ng CAN.
3) Ano ang ginagawa ng BMS?
Ang mga function ng BMS ay marami, ngunit ang pangunahing at kung ano ang pinaka-pinag-aalala natin ay tatlong aspeto:
Ang isa ay sensing (pamamahala ng estado), na siyang pangunahing pag-andar ng BMS.Sinusukat nito ang boltahe, paglaban, temperatura, at sa huli ay nararamdaman ang estado ng baterya.Gusto naming malaman kung ano ang estado ng baterya, kung gaano karaming enerhiya at kapasidad ang mayroon ito, kung gaano ito kalusog, gaano kalakas ang ginagawa nito, at kung gaano ito kaligtas.Ito ay sensing.
Ang pangalawa ay ang pamamahala (balanse management).May mga nagsasabi na si BMS ang yaya ng baterya.Kung gayon ang yaya na ito ay dapat na pamahalaan ito.Ano ang dapat pamahalaan?Ito ay upang gawing mas mahusay ang baterya hangga't maaari.Ang pinaka-basic ay ang pamamahala ng balanse at pamamahala ng thermal.
Ang pangatlo ay proteksyon (safety management).May trabaho din si yaya.Kung ang baterya ay may ilang katayuan, kailangan itong protektahan at kailangang magtaas ng alarma.
Siyempre, mayroon ding bahagi ng pamamahala ng komunikasyon na naglilipat ng data sa loob o labas ng system sa pamamagitan ng ilang mga protocol.
Ang BMS ay may maraming iba pang mga pag-andar, tulad ng kontrol sa operasyon, pagsubaybay sa pagkakabukod, pamamahala ng thermal, atbp., na hindi tinalakay dito.
3.1 Pagdama – Pagsukat at Pagtantiya
Ang pangunahing function ng BMS ay upang sukatin at tantyahin ang mga parameter ng baterya, kabilang ang mga pangunahing parameter tulad ng boltahe, kasalukuyang, temperatura, at estado, pati na rin ang mga kalkulasyon ng data ng estado ng baterya tulad ng SOC at SOH.Kasama rin sa larangan ng mga baterya ng kuryente ang mga kalkulasyon ng SOP (state of power) at SOE (state of energy), na hindi tinalakay dito.Magtutuon kami sa unang dalawang mas malawak na ginagamit na data.
Pagsukat ng cell
1) Pangunahing pagsukat ng impormasyon: Ang pinakapangunahing function ng sistema ng pamamahala ng baterya ay upang sukatin ang boltahe, kasalukuyang, at temperatura ng mga indibidwal na cell ng baterya, na siyang pundasyon para sa lahat ng pinakamataas na antas ng pagkalkula at kontrol ng lohika sa sistema ng pamamahala ng baterya.
2) Pagsubok sa paglaban sa pagkakabukod: Kinakailangan ang pagsubok sa pagkakabukod para sa buong sistema ng baterya at sistema ng mataas na boltahe sa loob ng sistema ng pamamahala ng baterya.
3) High-voltage interlock detection (HVIL): ginagamit upang kumpirmahin ang integridad ng buong high-voltage system at simulan ang mga hakbang sa kaligtasan kapag nakompromiso ang integridad ng high-voltage system loop.
Pagkalkula ng SOC
Ang SOC ay tumutukoy sa State of Charge, na siyang natitirang kapasidad ng baterya.Sa madaling salita, ito ay kung gaano karaming lakas ang natitira sa baterya.
Ang SOC ang pinakamahalagang parameter sa BMS, dahil lahat ng iba ay nakabatay dito.Samakatuwid, ang katumpakan at katatagan nito (kilala rin bilang kakayahan sa pagwawasto ng error) ay lubhang mahalaga.Kung walang tumpak na SOC, walang gaanong function ng proteksyon ang makakapagpagana ng BMS nang maayos, dahil kadalasang nasa protektadong estado ang baterya, na ginagawang imposibleng pahabain ang buhay ng baterya.
Sa kasalukuyan, ang mga pangunahing pamamaraan ng pagtatantya ng SOC ay kinabibilangan ng open-circuit na paraan ng boltahe, kasalukuyang paraan ng pagsasama, pamamaraan ng filter ng Kalman, at pamamaraan ng neural network.Ang unang dalawang pamamaraan ay karaniwang ginagamit.Ang huling dalawang pamamaraan ay nagsasangkot ng mga advanced na kaalaman tulad ng mga modelo ng pagsasama at artificial intelligence, na hindi detalyado dito.
Sa mga praktikal na aplikasyon, maraming algorithm ang kadalasang ginagamit sa kumbinasyon, na may iba't ibang algorithm na pinagtibay depende sa status ng pag-charge at pagdiskarga ng baterya.
paraan ng boltahe ng bukas na circuit
Ang prinsipyo ng open-circuit voltage method ay ang paggamit ng relatibong fixed functional na relasyon sa pagitan ng open-circuit na boltahe at SOC sa ilalim ng kondisyon ng pangmatagalang static na pagkakalagay ng baterya, at sa gayon ay tantiyahin ang SOC batay sa open-circuit na boltahe.Ang dating karaniwang ginagamit na lead-acid na baterya na de-kuryenteng bisikleta ay gumagamit ng paraang ito upang tantiyahin ang SOC.Ang pamamaraan ng boltahe ng open-circuit ay simple at maginhawa, ngunit mayroon ding maraming mga kawalan:
1. Ang baterya ay dapat iwanang nakatayo nang mahabang panahon, kung hindi, ang boltahe ng bukas na circuit ay magiging mahirap na patatagin sa maikling panahon;
2. Mayroong boltahe na talampas sa mga baterya, lalo na ang mga baterya ng lithium iron phosphate, kung saan ang terminal voltage at SOC curve ay humigit-kumulang linear sa panahon ng SOC30%-80% range;
3. Ang baterya ay nasa iba't ibang temperatura o iba't ibang yugto ng buhay, at bagaman ang boltahe ng bukas na circuit ay pareho, ang aktwal na pagkakaiba ng SOC ay maaaring malaki;
Tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba, kapag ginamit namin ang electric bicycle na ito, kung ang kasalukuyang SOC ay ipinapakita bilang 100%, ang boltahe ay bumaba kapag bumibilis, at ang kapangyarihan ay maaaring ipakita bilang 80%.Kapag huminto kami sa pagpapabilis, ang boltahe ay tumataas, at ang kapangyarihan ay tumalon pabalik sa 100%.Kaya hindi tumpak ang power display ng aming electric scooter.Kapag tayo ay huminto, ito ay may kapangyarihan, ngunit kapag tayo ay nagsimula, ito ay nauubusan ng kapangyarihan.Maaaring hindi ito problema sa baterya, ngunit maaaring dahil sa pagiging masyadong simple ng SoC algorithm ng BMS.
An-Shi integral na paraan
Direktang kinakalkula ng paraan ng Anshicontinuous integration ang halaga ng SOC sa real time sa pamamagitan ng kahulugan ng SOC.
Dahil sa paunang halaga ng SOC, hangga't ang kasalukuyang baterya ay maaaring masukat (kung saan ang discharge current ay positibo), ang pagbabago sa kapasidad ng baterya ay maaaring tumpak na kalkulahin sa pamamagitan ng kasalukuyang pagsasama, na nagreresulta sa natitirang SOC.
Ang pamamaraang ito ay may relatibong maaasahang mga resulta ng pagtatantya sa isang maikling panahon, ngunit dahil sa mga error sa pagsukat ng kasalukuyang sensor at unti-unting pagkasira ng kapasidad ng baterya, ang pangmatagalang kasalukuyang pagsasama ay magpapakilala ng ilang mga paglihis.Samakatuwid, ito ay karaniwang ginagamit kasabay ng open-circuit na paraan ng boltahe upang matantya ang paunang halaga para sa pagtatantya ng SOC na may mababang mga kinakailangan sa katumpakan, at maaari ding gamitin kasabay ng paraan ng pag-filter ng Kalman para sa panandaliang hula ng SOC.
Ang SOC (State Of Charge) ay kabilang sa core control algorithm ng BMS, na kumakatawan sa kasalukuyang natitirang katayuan ng kapasidad.Ito ay pangunahing nakakamit sa pamamagitan ng ampere-hour integration method at EKF (Extended Kalman Filter) algorithm, na sinamahan ng mga diskarte sa pagwawasto (tulad ng open-circuit voltage correction, full-charge correction, charging end correction, capacity correction sa ilalim ng iba't ibang temperatura at SOH, atbp.).Ang paraan ng pagsasanib ng ampere-hour ay medyo maaasahan sa ilalim ng kundisyon ng pagtiyak ng katumpakan ng kasalukuyang pagkuha, ngunit hindi ito matatag.Dahil sa akumulasyon ng mga pagkakamali, dapat itong isama sa mga diskarte sa pagwawasto.Ang pamamaraan ng EKF ay matatag ngunit ang algorithm ay medyo kumplikado at mahirap ipatupad.Maaaring makamit ng mga domestic mainstream na manufacturer ang katumpakan na mas mababa sa 6% sa temperatura ng kuwarto, ngunit mahirap ang pagtantya sa mataas at mababang temperatura at pagpapahina ng baterya.
Pagwawasto ng SOC
Dahil sa mga kasalukuyang pagbabagu-bago, ang tinantyang SOC ay maaaring hindi tumpak, at ang iba't ibang mga diskarte sa pagwawasto ay kailangang isama sa proseso ng pagtatantya.
Pagkalkula ng SOH
Ang SOH ay tumutukoy sa Estado ng Kalusugan, na nagpapahiwatig ng kasalukuyang kalagayan ng kalusugan ng baterya (o ang antas ng pagkasira ng baterya).Ito ay karaniwang kinakatawan bilang isang halaga sa pagitan ng 0 at 100%, na may mga halagang mas mababa sa 80% sa pangkalahatan ay itinuturing na nagpapahiwatig na ang baterya ay hindi na magagamit.Maaari itong katawanin ng mga pagbabago sa kapasidad ng baterya o panloob na resistensya.Kapag gumagamit ng kapasidad, ang aktwal na kapasidad ng kasalukuyang baterya ay tinatantya batay sa data mula sa proseso ng pagpapatakbo ng baterya, at ang ratio nito sa na-rate na kapasidad ay ang SOH.Ang isang tumpak na SOH ay magpapahusay sa katumpakan ng pagtatantya ng iba pang mga module kapag ang baterya ay lumalala.
Mayroong dalawang magkaibang kahulugan ng SOH sa industriya:
Depinisyon ng SOH batay sa capacity fade
Sa panahon ng paggamit ng mga baterya ng lithium-ion, unti-unting bumababa ang aktibong materyal sa loob ng baterya, tumataas ang panloob na resistensya, at nabubulok ang kapasidad.Samakatuwid, ang SOH ay maaaring tantyahin sa pamamagitan ng kapasidad ng baterya.Ang katayuan ng kalusugan ng baterya ay ipinahayag bilang ratio ng kasalukuyang kapasidad sa paunang kapasidad, at ang SOH nito ay tinukoy bilang:
SOH=(C_standard-C_fade)/C_standard ×100%
Kung saan: Ang C_fade ay ang nawalang kapasidad ng baterya;Ang C_standard ay ang nominal na kapasidad.
Isinasaad ng IEEE standard 1188-1996 na kapag bumaba ang kapasidad ng power battery sa 80%, dapat palitan ang baterya.Samakatuwid, karaniwan naming isinasaalang-alang na ang baterya SOH ay hindi magagamit kapag ito ay mas mababa sa 80%.
Depinisyon ng SOH batay sa power attenuation (Power Fade)
Ang pagtanda ng halos lahat ng uri ng mga baterya ay hahantong sa pagtaas ng panloob na resistensya ng baterya.Kung mas mataas ang panloob na resistensya ng baterya, mas mababa ang magagamit na kapangyarihan.Samakatuwid, ang SOH ay maaaring matantya gamit ang power attenuation.
3.2 Pamamahala – Balanseng Teknolohiya
Ang bawat baterya ay may sariling "pagkatao"
Upang pag-usapan ang tungkol sa balanse, kailangan nating magsimula sa mga baterya.Kahit na ang mga baterya na ginawa sa parehong batch ng parehong tagagawa ay may sariling mga siklo ng buhay at "mga personalidad" - ang kapasidad ng bawat baterya ay hindi maaaring eksaktong pareho.Mayroong dalawang dahilan para sa hindi pagkakatugma na ito:
Ang isa ay ang hindi pagkakapare-pareho ng paggawa ng cell
Ang isa ay ang hindi pagkakapare-pareho ng mga electrochemical reactions.
hindi pagkakapare-pareho ng produksyon
Ang mga hindi pagkakapare-pareho ng produksyon ay madaling maunawaan.Halimbawa, sa panahon ng proseso ng produksyon, ang mga hindi pagkakapare-pareho ng diaphragm at mga hindi pagkakapare-pareho ng materyal ng cathode at anode ay maaaring magresulta sa pangkalahatang hindi pagkakapare-pareho ng kapasidad ng baterya.Ang karaniwang 50AH na baterya ay maaaring maging 49AH o 51AH.
hindi pagkakapare-pareho ng electrochemical
Ang hindi pagkakapare-pareho ng electrochemistry ay na sa proseso ng pag-charge at pagdiskarga ng baterya, kahit na ang produksyon at pagproseso ng dalawang cell ay magkapareho, ang thermal environment ay hindi kailanman magiging pare-pareho sa proseso ng electrochemical reaction.Halimbawa, kapag gumagawa ng mga module ng baterya, ang temperatura ng nakapalibot na singsing ay dapat na mas mababa kaysa sa gitna.Nagreresulta ito sa pangmatagalang hindi pagkakapare-pareho sa pagitan ng mga halaga ng pagsingil at pagdiskarga, na humahantong naman sa hindi pare-parehong kapasidad ng cell ng baterya;Kapag ang pag-charge at pagdiskarga ng mga alon ng SEI film sa cell ng baterya ay hindi pare-pareho sa mahabang panahon, ang pagtanda ng SEI film ay hindi rin magkakatugma.
*SEI film: "solid electrolyte interface" (solid electrolyte interface).Sa unang proseso ng paglabas ng singil ng likidong lithium ion na baterya, ang electrode material ay tumutugon sa electrolyte sa solid-liquid phase interface upang bumuo ng passivation layer na sumasaklaw sa ibabaw ng electrode material.Ang SEI film ay isang electronic insulator ngunit isang mahusay na conductor ng lithium ions, na hindi lamang pinoprotektahan ang elektrod ngunit hindi rin nakakaapekto sa pag-andar ng baterya.Ang pagtanda ng SEI film ay may malaking epekto sa kalusugan ng baterya.
Samakatuwid, ang hindi pagkakapareho (o discreteness) ng mga battery pack ay isang hindi maiiwasang pagpapakita ng pagpapatakbo ng baterya.
Bakit kailangan ang balanse
Magkaiba ang mga baterya, kaya bakit hindi subukang gawing pareho ang mga ito?Dahil ang hindi pagkakapare-pareho ay makakaapekto sa performance ng battery pack.
Ang battery pack sa serye ay sumusunod sa short-barrel effect: sa battery pack system sa serye, ang kapasidad ng buong battery pack system ay tinutukoy ng pinakamaliit na solong unit.
Ipagpalagay na mayroon tayong battery pack na binubuo ng tatlong baterya:
Alam kong ang sobrang pagsingil at labis na pagdiskarga ay maaaring makapinsala sa mga baterya.Samakatuwid, kapag ang baterya B ay ganap na na-charge habang nagcha-charge o kapag ang SoC ng baterya B ay napakababa habang nagdi-discharge, kailangang ihinto ang pag-charge at pagdiskarga upang maprotektahan ang baterya B. Bilang resulta, ang kapangyarihan ng mga baterya A at C ay hindi maaaring ganap na nagamit.Ito ay humahantong sa:
Ang aktwal na magagamit na kapasidad ng battery pack ay nabawasan: Ang Baterya A at C, na maaaring gumamit ng magagamit na kapasidad, ay hindi na ngayon magawa ito upang mapaunlakan ang Baterya B. Ito ay tulad ng dalawang tao sa tatlong paa na nakatali, kasama ang mas matangkad na tao na hindi nakakagawa ng malalaking hakbang.
Pinababang buhay ng baterya: Ang isang mas maliit na haba ng hakbang ay nangangailangan ng higit pang mga hakbang at ginagawang mas pagod ang mga binti.Sa pinababang kapasidad, tumataas ang bilang ng mga cycle ng pag-charge at paglabas, na nagreresulta sa mas malaking pagkasira ng baterya.Halimbawa, ang isang cell ay maaaring makamit ang 4000 cycle sa 100% DoD, ngunit sa aktwal na paggamit ay hindi ito maaaring umabot sa 100% at ang bilang ng mga cycle ay tiyak na hindi aabot sa 4000.
*Ang DoD, Lalim ng discharge, ay kumakatawan sa porsyento ng kapasidad ng paglabas ng baterya sa na-rate na kapasidad ng baterya.
Ang hindi pagkakapare-pareho ng mga baterya ay humahantong sa pagbaba sa pagganap ng pack ng baterya.Kapag ang laki ng module ng baterya ay malaki, maraming mga string ng mga baterya ay konektado sa serye, at ang isang malaking pagkakaiba sa boltahe ay magiging sanhi ng pagbaba ng kapasidad ng buong kahon.Ang mas maraming baterya na konektado sa serye, mas maraming kapasidad ang mawawala sa kanila.Gayunpaman, sa aming mga aplikasyon, lalo na sa mga application ng system ng pag-iimbak ng enerhiya, mayroong dalawang mahalagang kinakailangan:
Ang una ay ang mahabang buhay na baterya, na maaaring lubos na mabawasan ang mga gastos sa pagpapatakbo at pagpapanatili.Ang sistema ng pag-iimbak ng enerhiya ay may mataas na mga kinakailangan para sa buhay ng pack ng baterya.Karamihan sa mga domestic ay dinisenyo para sa 15 taon.Kung ipagpalagay natin na 300 cycle bawat taon, ang 15 taon ay 4500 cycle, na napakataas pa rin.Kailangan nating i-maximize ang buhay ng bawat baterya upang ang kabuuang buhay ng buong battery pack ay maabot ang buhay ng disenyo hangga't maaari, at mabawasan ang epekto ng dispersion ng baterya sa buhay ng battery pack.
Ang pangalawang malalim na cycle, lalo na sa sitwasyon ng aplikasyon ng peak shaving, ang pagpapakawala ng isa pang kWh ng kuryente ay magdadala ng isa pang punto ng kita.Ibig sabihin, 80%DoD o 90%DoD ang gagawin natin.Kapag ginamit ang malalim na cycle sa sistema ng pag-iimbak ng enerhiya, ang pagpapakalat ng baterya sa panahon ng paglabas ng buntot ay makikita.Samakatuwid, upang matiyak ang buong paglabas ng kapasidad ng bawat solong cell sa ilalim ng kondisyon ng malalim na pagsingil at malalim na paglabas, kinakailangan na hilingin sa BMS na imbakan ng enerhiya na magkaroon ng malakas na mga kakayahan sa pamamahala ng pagkakapantay-pantay at sugpuin ang paglitaw ng pagkakapare-pareho sa mga cell ng baterya .
Ang dalawang kinakailangang ito ay eksaktong salungat sa hindi pagkakapare-pareho ng baterya.Upang makamit ang mas mahusay na mga application ng battery pack, dapat tayong magkaroon ng mas epektibong teknolohiya sa pagbabalanse upang mabawasan ang epekto ng hindi pagkakapare-pareho ng baterya.
teknolohiya ng ekwilibriyo
Ang teknolohiya sa pag-equal ng baterya ay isang paraan upang gawing pareho ang mga baterya na may iba't ibang kapasidad.Mayroong dalawang karaniwang paraan ng equalization: energy dissipation unidirectional equalization (passive equalization) at energy transfer bidirectional equalization (active equalization).
(1) Passive na balanse
Ang prinsipyo ng passive equalization ay parallel ang switchable discharge resistor sa bawat string ng mga baterya.Kinokontrol ng BMS ang discharge resistor upang idiskarga ang mas mataas na boltahe na mga cell, na nagwawaldas ng elektrikal na enerhiya bilang init.Halimbawa, kapag ang baterya B ay halos ganap na na-charge, ang switch ay bubukas upang payagan ang risistor sa baterya B na mawala ang labis na elektrikal na enerhiya bilang init.Pagkatapos ay magpapatuloy ang pag-charge hanggang sa ganap na ma-charge ang mga baterya A at C.
Ang pamamaraang ito ay maaari lamang mag-discharge ng mga high-voltage na cell, at hindi makakapag-recharge ng mga cell na mababa ang kapasidad.Dahil sa limitasyon ng kapangyarihan ng discharge resistance, ang equalization current ay karaniwang maliit (mas mababa sa 1A).
Ang mga bentahe ng passive equalization ay mababang gastos at simpleng disenyo ng circuit;ang mga disadvantages ay na ito ay batay sa pinakamababang natitirang kapasidad ng baterya para sa equalization, na hindi maaaring tumaas ang kapasidad ng mga baterya na may mababang natitirang kapasidad, at ang 100% ng equalized na kapangyarihan ay nasayang sa anyo ng init.
(2) Aktibong balanse
Sa pamamagitan ng mga algorithm, maraming string ng mga baterya ang naglilipat ng enerhiya ng mga high-voltage na cell sa mga low-voltage na cell gamit ang mga bahagi ng pag-iimbak ng enerhiya, na naglalabas ng mas mataas na boltahe na mga baterya at ginagamit ang enerhiya na inilabas para i-charge ang mga lower-voltage na mga cell.Ang enerhiya ay pangunahing inililipat sa halip na mawala.
Sa ganitong paraan, habang nagcha-charge, ang baterya B, na unang umabot sa 100% boltahe, ay naglalabas sa A at C, at ang tatlong baterya ay ganap na na-charge nang magkasama.Sa panahon ng pag-discharge, kapag ang natitirang singil ng baterya B ay masyadong mababa, ang A at C ay "nag-charge" B, upang ang cell B ay hindi maabot ang SOC threshold para sa pagpapahinto ng paglabas nang napakabilis.
Mga pangunahing tampok ng aktibong teknolohiya ng pagbabalanse
(1) Balansehin ang mataas at mababang boltahe upang mapabuti ang kahusayan ng pack ng baterya: Sa panahon ng pagcha-charge at pagdiskarga at sa pagpapahinga, ang mga mataas na boltahe na baterya ay maaaring ma-discharge at ang mga mababang boltahe na baterya ay maaaring ma-charge;
(2) Low-loss energy transfer: ang enerhiya ay higit sa lahat ay inililipat sa halip na basta na lang nawala, na nagpapahusay sa kahusayan ng paggamit ng kuryente;
(3) Malaking equilibrium current: Sa pangkalahatan, ang equilibrium current ay nasa pagitan ng 1 at 10A, at ang equilibrium ay mas mabilis;
Ang aktibong pagkakapantay-pantay ay nangangailangan ng pagsasaayos ng mga kaukulang circuit at mga kagamitan sa pag-iimbak ng enerhiya, na humahantong sa malaking volume at pagtaas ng gastos.Tinutukoy ng dalawang kundisyong ito na ang aktibong pagkakapantay-pantay ay hindi madaling isulong at ilapat.
Bilang karagdagan, ang aktibong proseso ng pag-charge at pagdiskarga ng aktibong pagkakapantay-pantay ay tahasang pinapataas ang cycle ng buhay ng baterya.Para sa mga cell na nangangailangan ng pag-charge at pagdiskarga upang makamit ang balanse, ang karagdagang workload ay maaaring maging sanhi ng mga ito na lumampas sa pagtanda ng mga ordinaryong cell, na nagreresulta sa isang mas malaking agwat sa pagganap sa iba pang mga cell.
Naniniwala ang ilang eksperto na ang dalawang expression sa itaas ay dapat tumutugma sa dissipative equilibrium at non-dissipative equilibrium.Kung ito ay aktibo o pasibo ay dapat na depende sa kaganapan na nag-trigger sa proseso ng equilibrium.Kung ang sistema ay umabot sa isang estado kung saan dapat itong maging pasibo, ito ay pasibo.Kung ito ay itinakda ng mga tao, ang pagtatakda ng programa ng ekwilibriyo kapag hindi kinakailangan na balanse ay tinatawag na aktibong ekwilibriyo.
Halimbawa, kapag ang discharge ay nasa dulo, ang pinakamababang boltahe na cell ay umabot sa discharge cut-off na boltahe, habang ang ibang mga cell ay may kapangyarihan pa rin.Sa oras na ito, para makapag-discharge ng mas maraming kuryente hangga't maaari, inililipat ng system ang kuryente ng mga high-energy na cell sa mga low-energy na cell, na nagpapahintulot sa proseso ng discharge na magpatuloy hanggang sa ma-discharge ang lahat ng power.Ito ay isang passive equalization na proseso.Kung hinuhulaan ng system na magkakaroon ng imbalance sa pagtatapos ng discharge kapag may natitira pang 40% ng power, magsisimula ito ng aktibong proseso ng equalization.
Ang aktibong pagkakapantay-pantay ay nahahati sa sentralisadong at desentralisadong pamamaraan.Ang sentralisadong paraan ng equalization ay kumukuha ng enerhiya mula sa buong battery pack, at pagkatapos ay gumagamit ng energy conversion device upang madagdagan ang enerhiya sa mga baterya na may mas kaunting enerhiya.Ang desentralisadong equalization ay nagsasangkot ng isang link ng pag-iimbak ng enerhiya sa pagitan ng mga katabing baterya, na maaaring isang inductor o isang kapasitor, na nagpapahintulot sa enerhiya na dumaloy sa pagitan ng mga katabing baterya.
Sa kasalukuyang diskarte sa pagkontrol ng balanse, may mga kumukuha ng boltahe ng cell bilang parameter ng target na kontrol, at mayroon ding mga nagmumungkahi na gamitin ang SOC bilang parameter ng target na kontrol sa balanse.Ang pagkuha ng cell boltahe bilang isang halimbawa.
Una, magtakda ng isang pares ng mga halaga ng threshold para sa pagsisimula at pagtatapos ng equalization: halimbawa, sa isang set ng mga baterya, kapag ang pagkakaiba sa pagitan ng matinding boltahe ng isang cell at ang average na boltahe ng set ay umabot sa 50mV, ang equalization ay sinisimulan, at kapag umabot ito sa 5mV, natapos ang equalization.
Kinokolekta ng BMS ang boltahe ng bawat cell ayon sa isang nakapirming cycle ng pagkuha, kinakalkula ang average na halaga, at pagkatapos ay kinakalkula ang pagkakaiba sa pagitan ng bawat boltahe ng cell at ang average na halaga;
Kung ang maximum na pagkakaiba ay umabot sa 50mV, ang BMS ay kailangang simulan ang proseso ng equalization;
Ipagpatuloy ang hakbang 2 sa panahon ng proseso ng equalization hanggang ang mga halaga ng pagkakaiba ay mas mababa sa 5mV, at pagkatapos ay tapusin ang equalization.
Dapat tandaan na hindi lahat ng BMS ay nangangailangan ng hakbang na ito, at ang mga kasunod na diskarte ay maaaring mag-iba depende sa paraan ng balanse.
Ang teknolohiya ng balanse ay nauugnay din sa uri ng baterya.Karaniwang pinaniniwalaan na ang LFP ay mas angkop para sa aktibong balanse, habang ang mga ternary na baterya ay angkop para sa passive na balanse.
Ang yugto ng matinding kompetisyon sa BMS ay halos sinusuportahan ng gastos at pagiging maaasahan.Sa kasalukuyan, ang pang-eksperimentong pag-verify ng aktibong pagbabalanse ay hindi pa nakakamit.Ang antas ng functional na kaligtasan ay inaasahang aabot sa ASIL-C at ASIL-D, ngunit ang gastos ay medyo mataas.Samakatuwid, ang kasalukuyang malalaking kumpanya ay maingat tungkol sa aktibong pagsasaliksik sa pagbabalanse.Gusto pa nga ng ilang malalaking pabrika na kanselahin ang balancing module at gawin ang lahat ng pagbabalanse sa labas, katulad ng pagpapanatili ng mga sasakyang panggatong.Sa tuwing bibiyahe ang sasakyan sa isang tiyak na distansya, pupunta ito sa tindahan ng 4S para sa panlabas na pagbabalanse.Mababawasan nito ang gastos ng buong BMS ng sasakyan at makikinabang din sa kaukulang tindahan ng 4S.Ito ay isang win-win situation para sa lahat ng partido.Samakatuwid, sa personal, naiintindihan ko na ito ay maaaring maging isang trend!
3.3 Proteksyon – diagnosis ng pagkakamali at alarma
Ang pagsubaybay sa BMS ay itinugma sa hardware ng electrical system, at nahahati ito sa iba't ibang antas ng pagkabigo (minor failure, serious failure, fatal failure) ayon sa iba't ibang kondisyon ng performance ng baterya.Ang iba't ibang mga hakbang sa paghawak ay ginagawa sa iba't ibang antas ng pagkabigo: babala, limitasyon ng kuryente o direktang pagputol ng mataas na boltahe.Kasama sa mga pagkabigo ang mga pagkabigo sa pagkuha ng data at rasyonalidad, mga pagkasira ng kuryente (mga sensor at actuator), mga pagkabigo sa komunikasyon, at mga pagkabigo sa katayuan ng baterya.
Ang isang karaniwang halimbawa ay kapag nag-overheat ang baterya, tinutukoy ng BMS na nag-overheat ang baterya batay sa nakolektang temperatura ng baterya, pagkatapos ay kinokontrol ang circuit ng bateryang ito upang madiskonekta, nagsasagawa ng overheating na proteksyon, at nagpapadala ng alerto sa mga management system gaya ng EMS.
3.4 Komunikasyon
Ang normal na operasyon ng BMS ay hindi maaaring ihiwalay sa function ng komunikasyon nito.Kinokontrol man nito ang baterya sa panahon ng pamamahala ng baterya, pagpapadala ng katayuan ng baterya sa labas ng mundo, o pagtanggap ng mga tagubilin sa kontrol, kinakailangan ang matatag na komunikasyon.
Sa power battery system, ang isang dulo ng BMS ay konektado sa baterya, at ang kabilang dulo ay konektado sa control at electronic system ng buong sasakyan.Ang pangkalahatang kapaligiran ay gumagamit ng CAN protocol, ngunit may pagkakaiba sa pagitan ng paggamit ng panloob na CAN sa pagitan ng mga panloob na bahagi ng battery pack at paggamit ng sasakyan na CAN sa pagitan ng battery pack at ng buong sasakyan.
Sa kabaligtaran, ang BMS ng imbakan ng enerhiya at panloob na komunikasyon ay karaniwang gumagamit ng CAN protocol, ngunit ang panlabas na komunikasyon nito (pangunahing tumutukoy sa power storage power station na nagpapadala ng system PCS) ay kadalasang gumagamit ng mga format ng Internet protocol na TCP/IP protocol at modbus protocol.
4) BMS ng pag-iimbak ng enerhiya
Ang mga tagagawa ng BMS sa pag-imbak ng enerhiya ay karaniwang nag-evolve mula sa power battery BMS, kaya maraming mga disenyo at termino ang may makasaysayang pinagmulan
Halimbawa, ang power battery ay karaniwang nahahati sa BMU (Battery Monitor Unit) at BCU (Battery Control Unit), kung saan ang dating nangongolekta ng data at ang huli ang kumokontrol dito.
Dahil ang cell ng baterya ay isang prosesong electrochemical, maraming mga cell ng baterya ang bumubuo ng isang baterya.Dahil sa mga katangian ng bawat cell ng baterya, gaano man katumpak ang proseso ng pagmamanupaktura, magkakaroon ng mga error at hindi pagkakapare-pareho sa bawat cell ng baterya sa paglipas ng panahon at depende sa kapaligiran.Samakatuwid, ang sistema ng pamamahala ng baterya ay upang suriin ang kasalukuyang estado ng baterya sa pamamagitan ng limitadong mga parameter, na medyo katulad ng isang tradisyunal na Chinese medicine na doktor na nag-diagnose ng isang pasyente sa pamamagitan ng pagmamasid sa mga sintomas sa halip na Western medicine na nangangailangan ng pisikal at kemikal na pagsusuri.Ang pisikal at kemikal na pagsusuri ng katawan ng tao ay katulad ng mga electrochemical na katangian ng baterya, na maaaring masukat ng malakihang mga eksperimentong instrumento.Gayunpaman, mahirap para sa mga naka-embed na system na suriin ang ilang mga tagapagpahiwatig ng electrochemistry.Samakatuwid, ang BMS ay parang isang matandang Chinese medicine na doktor.
4.1 Tatlong-layer na arkitektura ng BMS na imbakan ng enerhiya
Dahil sa malaking bilang ng mga cell ng baterya sa mga sistema ng imbakan ng enerhiya, upang makatipid ng mga gastos, ang BMS ay karaniwang ipinapatupad sa mga layer, na may dalawa o tatlong layer.Sa kasalukuyan, ang mainstream ay tatlong layer: master control/master control/slave control.
4.2 Detalyadong paglalarawan ng BMS ng imbakan ng enerhiya
5) Kasalukuyang sitwasyon at trend sa hinaharap
Mayroong ilang mga uri ng mga tagagawa na gumagawa ng BMS:
Ang unang kategorya ay ang end-user na may pinakamakapangyarihang kapangyarihan sa power battery BMS - mga pabrika ng kotse.Sa katunayan, ang pinakamalakas na lakas ng pagmamanupaktura ng BMS sa ibang bansa ay ang mga pabrika ng kotse, tulad ng General Motors, Tesla, atbp. Sa bahay, mayroong BYD, Huating Power, atbp.
Ang pangalawang kategorya ay mga pabrika ng baterya, kabilang ang mga tagagawa ng cell at mga tagagawa ng pack, tulad ng Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad, atbp.;
Ang ikatlong uri ng mga manufacturer ng BMS ay ang mga may maraming taon ng karanasan sa teknolohiya ng power electronics, at may mga R&D team na may unibersidad o nauugnay na mga background ng negosyo, gaya ng Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology, at Kegong Electronics.
Hindi tulad ng BMS ng mga power batteries, na pangunahing pinangungunahan ng mga tagagawa ng terminal na sasakyan, tila ang mga end user ng mga bateryang nag-iimbak ng enerhiya ay walang pangangailangan o mga partikular na aksyon para lumahok sa pananaliksik at pagpapaunlad at pagmamanupaktura ng BMS.Hindi rin malamang na gumastos sila ng maraming pera at enerhiya upang bumuo ng malakihang mga sistema ng pamamahala ng baterya.Samakatuwid, maaari itong isaalang-alang na ang industriya ng BMS ng baterya ng pag-imbak ng enerhiya ay kulang sa isang mahalagang manlalaro na may ganap na mga pakinabang, na nag-iiwan ng malaking espasyo para sa pag-unlad at imahinasyon para sa mga tagagawa at vendor ng baterya na tumutuon sa BMS ng imbakan ng enerhiya.Kung itinatag ang merkado ng pag-iimbak ng enerhiya, bibigyan nito ang mga tagagawa ng baterya at mga propesyonal na tagagawa ng BMS ng maraming puwang para sa pag-unlad at hindi gaanong mapagkumpitensyang pagtutol.
Sa kasalukuyan, medyo kakaunti ang mga propesyonal na tagagawa ng BMS na nakatuon sa pagbuo ng BMS na imbakan ng enerhiya, pangunahin dahil sa katotohanan na ang merkado ng pag-iimbak ng enerhiya ay nasa simula pa lamang at marami pa ring mga pagdududa tungkol sa hinaharap na pag-unlad ng pag-iimbak ng enerhiya sa merkado.Samakatuwid, karamihan sa mga tagagawa ay hindi nakabuo ng BMS na may kaugnayan sa pag-iimbak ng enerhiya.Sa aktwal na kapaligiran ng negosyo, mayroon ding mga tagagawa na bumibili ng BMS na baterya ng de-kuryenteng sasakyan para gamitin bilang BMS para sa mga bateryang imbakan ng enerhiya.Ito ay pinaniniwalaan na sa hinaharap, ang mga propesyonal na tagagawa ng BMS na de-koryenteng sasakyan ay malamang na maging isang mahalagang bahagi ng mga supplier ng BMS na ginagamit sa malalaking proyekto ng pag-iimbak ng enerhiya.
Sa yugtong ito, may kakulangan ng pare-parehong pamantayan para sa BMS na ibinibigay ng iba't ibang mga supplier ng sistema ng pag-iimbak ng enerhiya.Ang iba't ibang mga tagagawa ay may iba't ibang mga disenyo at mga kahulugan para sa BMS, at depende sa iba't ibang mga baterya na katugma sa kanila, ang SOX algorithm, teknolohiya ng equalization, at nilalaman ng data ng komunikasyon na na-upload ay maaari ding mag-iba.Sa praktikal na aplikasyon ng BMS, ang gayong mga pagkakaiba ay magpapataas ng mga gastos sa aplikasyon at makakasama sa pag-unlad ng industriya.Samakatuwid, ang standardisasyon at modularisasyon ng BMS ay magiging isang mahalagang direksyon sa pag-unlad sa hinaharap.
Oras ng post: Ene-15-2024