Знання та функції системи керування акумулятором BMS, вступ

Повна назва BMS - Battery Management System.Це пристрій, який контролює стан акумуляторів енергії.Він в основному використовується для інтелектуального керування та обслуговування окремих елементів акумулятора, запобігання перезаряду та надмірного розряду акумуляторів, подовження терміну служби акумулятора та моніторингу стану акумулятора.Як правило, BMS представлено у вигляді друкованої плати або апаратної коробки.

 

BMS є однією з основних підсистем системи накопичення енергії батареї, яка відповідає за моніторинг робочого стану кожної батареї в блоці накопичення енергії батареї та забезпечує безпечну та надійну роботу пристрою накопичення енергії.BMS може відстежувати та збирати параметри стану акумуляторної батареї в режимі реального часу (включаючи, але не обмежуючись, напругу окремого елемента, температуру полюса батареї, струм петлі батареї, напругу на клемах акумуляторної батареї, опір ізоляції системи батареї тощо), і виконати необхідний аналіз і обчислення відповідних параметрів стану, щоб отримати більше параметрів оцінки стану системи.Він також може досягти ефективного контролю самої батареї накопичувача енергії відповідно до певних стратегій контролю захисту, щоб забезпечити безпечну та надійну роботу всього блоку накопичення енергії батареї.У той же час BMS може взаємодіяти з іншими зовнішніми пристроями (PCS, EMS, система протипожежного захисту тощо) через власний комунікаційний інтерфейс та аналоговий/цифровий вхідний інтерфейс для формування зв’язку керування різними підсистемами у всій потужності зберігання енергії. станції, що забезпечує безпечну, надійну та ефективну роботу електростанції в мережі.

2) Архітектура

З точки зору топологічної архітектури BMS поділяється на дві категорії: централізована та розподілена відповідно до різних вимог проекту.

 

Централізована BMS

Простіше кажучи, централізована BMS використовує єдине обладнання BMS для збору всіх комірок, що підходить для сценаріїв із невеликою кількістю комірок.

Централізована BMS має такі переваги, як низька вартість, компактна структура та висока надійність, і зазвичай використовується в сценаріях із низькою ємністю, низьким загальним тиском і невеликим об’ємом акумуляторної системи, наприклад електроінструменти, роботи (роботи-розвантажувачі, допоміжні роботи), Розумні будинки IOT (роботи для підмітання, електричні пилососи), електричні навантажувачі, електричні низькошвидкісні транспортні засоби (електричні велосипеди, електричні мотоцикли, електричні екскурсійні автомобілі, електричні патрульні автомобілі, електричні гольф-кари тощо) та легкі гібридні транспортні засоби.

Централізоване обладнання BMS можна розділити на зони високої та низької напруги.Зона високої напруги відповідає за збір напруги окремої комірки, загальної напруги системи та моніторинг опору ізоляції.Область низької напруги включає ланцюги живлення, ланцюги центрального процесора, ланцюги зв’язку CAN, ланцюги керування тощо.

Оскільки система живлення акумуляторних батарей пасажирських транспортних засобів продовжує розвиватися в напрямку високої ємності, високого загального тиску та великого об’єму, розподілена архітектура BMS в основному використовується в гібридних моделях і чисто електричних автомобілях.

Розподілена BMS

Наразі в галузі існують різні терміни для розподілених BMS, і різні компанії мають різні назви.Акумуляторна батарея BMS здебільшого має дворівневу архітектуру головний-підлеглий:

 

BMS для зберігання енергії зазвичай має трирівневу архітектуру через великий розмір акумуляторної батареї, з головним рівнем керування над підлеглим і основним рівнями керування.

Подібно до того, як батареї утворюють кластери батарей, які, у свою чергу, утворюють стеки, трирівнева BMS також дотримується того самого правила:

З боку контролю: блок керування батареями (BMU), який збирає інформацію з окремих батарей.

Слідкуйте за напругою і температурою елемента батареї

Вирівнювач батареї в комплекті

Завантаження інформації

термоуправління

Аномальна сигналізація

Головне керування: блок керування кластером акумуляторів: BCU (блок кластерів акумуляторів, також відомий як блок керування високою напругою HVU, BCMU тощо), відповідальний за збір інформації BMU та інформації про кластер акумуляторів.

Визначення струму акумуляторної батареї, визначення загальної напруги, виявлення витоку

Захист від вимкнення живлення, коли стан акумулятора ненормальний

Під керуванням BMS калібрування ємності та калібрування SOC можуть бути виконані окремо як основа для подальшого керування заряджанням і розряджанням

Блок керування масивом батарей (BAU) відповідає за централізоване керування батареями в усьому стеку акумуляторних батарей.Він підключається до різних блоків керування кластером акумуляторів і обмінюється інформацією з іншими пристроями, щоб забезпечити зворотний зв’язок щодо робочого стану масиву акумуляторів.

Управління зарядкою та розрядкою акумуляторної батареї

Сигналізація самоперевірки та діагностики несправностей системи BMS

Сигнал діагностики несправності акумуляторної батареї

Безпечний захист від різних аномалій і несправностей в масиві батарей

Спілкуйтеся з іншими пристроями, такими як PCS і EMS

Зберігання, передача та обробка даних

Рівень керування батареями: відповідає за збір різноманітної інформації (напруга, температура) окремих батарей, обчислення та аналіз SOC і SOH батарей, досягнення активного вирівнювання окремих батарей і завантаження ненормальної інформації про окремі батареї на рівень BCMU акумуляторної батареї.За допомогою зовнішнього зв’язку CAN він з’єднаний між собою шлейфовим ланцюгом.

Рівень керування батареєю: відповідає за збір різної інформації про окремі батареї, завантаженої BMU, збір різної інформації про акумулятор (напруга акумулятора, температура акумулятора), струм заряду та розряду акумулятора, обчислення та аналіз SOC і SOH акумулятора. , і завантаження всієї інформації на рівень BAMS кластерного блоку батареї.За допомогою зовнішнього зв’язку CAN він з’єднаний між собою шлейфовим ланцюгом.

Рівень керування кластером батареї: відповідає за збір різноманітної інформації про батареї, завантаженої BCMU, і завантаження всієї інформації до системи EMS моніторингу зберігання енергії через інтерфейс RJ45;зв'язок із PCS для надсилання відповідної ненормальної інформації про батарею до PCS (інтерфейс CAN або RS485) і оснащений апаратними сухими вузлами для зв'язку з PCS.Крім того, він виконує оцінку BSE (Оцінка стану батареї) системи батареї, визначення стану електричної системи, керування контактором, керування температурою, управління роботою, керування заряджанням, керування діагностикою, а також здійснює керування внутрішньою та зовнішньою мережею зв’язку.Спілкується з підлеглими через CAN.

3) Що робить BMS?

Функцій BMS багато, але ядро ​​і те, що нас найбільше хвилює, це три аспекти:

Однією з них є зондування (управління станом), що є основною функцією BMS.Він вимірює напругу, опір, температуру та, зрештою, визначає стан батареї.Ми хочемо знати, у якому стані акумулятор, скільки він має енергії та ємності, наскільки він справний, скільки енергії виробляє та наскільки він безпечний.Це відчуття.

Другий – менеджмент (управління балансом).Деякі люди кажуть, що BMS - це няня акумулятора.Тоді ця няня повинна цим керувати.Чим управляти?Це зробити акумулятор якомога кращим.Найосновнішим є управління балансом і управління температурою.

Третє – захист (управління безпекою).У няні теж є робота.Якщо батарея має якийсь статус, її потрібно захистити і подати сигнал тривоги.

Звичайно, існує також компонент керування зв’язком, який передає дані всередині або поза системою через певні протоколи.

BMS має багато інших функцій, таких як контроль роботи, моніторинг ізоляції, керування теплом тощо, які тут не обговорюються.

 

3.1 Сприйняття – вимірювання та оцінка

Основною функцією BMS є вимірювання та оцінка параметрів батареї, включаючи основні параметри, такі як напруга, струм, температура та стан, а також обчислення даних про стан батареї, таких як SOC та SOH.Сфера енергетичних батарей також передбачає розрахунки SOP (стан потужності) і SOE (стан енергії), які тут не обговорюються.Ми зосередимося на перших двох більш широко використовуваних даних.

Вимірювання клітин

1) Вимірювання основної інформації: найосновнішою функцією системи керування акумулятором є вимірювання напруги, струму та температури окремих елементів акумулятора, що є основою для всіх обчислень верхнього рівня та логіки керування в системі керування акумулятором.

2) Перевірка опору ізоляції: перевірка ізоляції необхідна для всієї системи батареї та високовольтної системи в системі керування батареєю.

3) Виявлення блокування високої напруги (HVIL): використовується для підтвердження цілісності всієї високовольтної системи та ініціювання заходів безпеки, коли цілісність високовольтної петлі системи скомпрометована.

Розрахунок SOC

SOC означає стан заряду, який є залишковою ємністю акумулятора.Простіше кажучи, це скільки заряду залишилося в акумуляторі.

SOC є найважливішим параметром у BMS, оскільки все інше базується на ньому.Тому його точність і надійність (також відома як можливість виправлення помилок) надзвичайно важливі.Без точного SOC жодна функція захисту не зможе забезпечити належну роботу BMS, оскільки батарея часто перебуває в захищеному стані, що унеможливлює продовження терміну служби батареї.

В даний час основні методи оцінки SOC включають метод напруги холостого ходу, метод інтегрування струму, метод фільтра Калмана та метод нейронної мережі.Зазвичай використовуються перші два способи.Останні два методи включають передові знання, такі як інтеграційні моделі та штучний інтелект, які тут не описані.

У практичних застосуваннях багато алгоритмів часто використовуються в комбінації, причому різні алгоритми приймаються залежно від стану зарядки та розрядки батареї.

метод напруги холостого ходу

Принцип методу напруги холостого ходу полягає у використанні відносно фіксованого функціонального зв’язку між напругою холостого ходу та SOC за умови тривалого статичного розміщення батареї, і таким чином оцінити SOC на основі напруги холостого ходу.Раніше широко використовуваний свинцево-кислотний акумуляторний електричний велосипед використовує цей метод для оцінки SOC.Спосіб напруги холостого ходу простий і зручний, але недоліків теж багато:

1. Батарея повинна стояти протягом тривалого часу, інакше напругу холостого ходу буде важко стабілізувати за короткий проміжок часу;

2. Існує плато напруги в батареях, особливо в літій-залізо-фосфатних батареях, де напруга на клемах і крива SOC приблизно лінійні в діапазоні SOC30%-80%;

3. Акумулятор перебуває при різних температурах або на різних стадіях життя, і хоча напруга холостого ходу однакова, фактична різниця SOC може бути значною;

Як показано на малюнку нижче, коли ми використовуємо цей електричний велосипед, якщо поточний SOC відображається як 100%, напруга падає під час прискорення, а потужність може відображатися як 80%.Коли ми припиняємо прискорення, напруга зростає, і потужність повертається до 100%.Тому дисплей потужності нашого електричного скутера є неточним.Коли ми зупиняємося, він має потужність, але коли ми починаємо, він закінчується.Можливо, це не проблема з акумулятором, а може бути пов’язано з тим, що алгоритм SoC BMS занадто простий.

Інтегральний метод Ань-Ші

Метод неперервної інтеграції Anshi безпосередньо обчислює значення SOC у реальному часі за допомогою визначення SOC.

Враховуючи початкове значення SOC, якщо струм батареї можна виміряти (де розрядний струм позитивний), зміна ємності батареї може бути точно розрахована шляхом інтегрування струму, що призводить до залишкового SOC.

Цей метод дає відносно надійні результати оцінки за короткий проміжок часу, але через похибки вимірювання датчика струму та поступове зниження ємності батареї довготривале інтегрування струму призведе до певних відхилень.Тому він зазвичай використовується в поєднанні з методом напруги холостого ходу для оцінки початкового значення для оцінки SOC з низькими вимогами до точності, а також може використовуватися в поєднанні з методом фільтрації Калмана для короткострокового прогнозування SOC.

SOC (State Of Charge) належить до основного алгоритму керування BMS, представляючи поточний стан залишкової ємності.Це в основному досягається за допомогою методу інтеграції ампер-годин і алгоритму EKF (розширеного фільтра Калмана) у поєднанні зі стратегіями корекції (такими як корекція напруги холостого ходу, корекція повного заряду, корекція кінця заряджання, корекція ємності за різних температур і SOH, тощо).Метод інтегрування ампер-годин є відносно надійним за умови забезпечення точності вимірювання струму, але він не надійний.Через накопичення помилок його необхідно поєднувати зі стратегіями корекції.Метод EKF надійний, але алгоритм відносно складний і його важко реалізувати.Вітчизняні основні виробники можуть досягти точності менше 6% за кімнатної температури, але оцінити за високих і низьких температур і затухання батареї важко.

Корекція SOC

Через поточні коливання оцінений SOC може бути неточним, тому в процес оцінки необхідно включити різні стратегії корекції.

 

Розрахунок SOH

SOH означає стан здоров’я, який вказує на поточний стан працездатності батареї (або ступінь її деградації).Зазвичай воно представлено у вигляді значення від 0 до 100%, а значення нижче 80% зазвичай вважаються вказівкою на те, що акумулятор більше не можна використовувати.Це може бути представлено змінами ємності акумулятора або внутрішнього опору.При використанні ємності фактична ємність поточної батареї оцінюється на основі даних про робочий процес батареї, а відношення цього до номінальної ємності є SOH.Точний SOH підвищить точність оцінки інших модулів, коли батарея погіршується.

У галузі існує два різних визначення SOH:

Визначення SOH на основі зменшення ємності

Під час використання літій-іонних акумуляторів активний матеріал всередині акумулятора поступово зменшується, внутрішній опір зростає, а ємність падає.Тому SOH можна оцінити за ємністю акумулятора.Стан працездатності батареї виражається як відношення поточної ємності до початкової ємності, а її SOH визначається як:

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

Де: C_fade – втрачена ємність батареї;C_standard — номінальна потужність.

Стандарт IEEE 1188-1996 передбачає, що коли ємність батареї живлення падає до 80%, її слід замінити.Тому ми зазвичай вважаємо, що SOH акумулятора недоступний, коли він нижче 80%.

Визначення SOH на основі ослаблення потужності (Power Fade)

Старіння майже всіх типів акумуляторів призведе до збільшення внутрішнього опору акумулятора.Чим вищий внутрішній опір батареї, тим менша доступна потужність.Таким чином, SOH можна оцінити за допомогою ослаблення потужності.

3.2 Управління – збалансована технологія

Кожен акумулятор має свою «особистість»

Щоб говорити про баланс, ми повинні почати з батарей.Навіть батареї, виготовлені однією партією одним виробником, мають свій життєвий цикл і «особливості» – ємність кожної батареї не може бути абсолютно однаковою.Існує дві причини цієї невідповідності:

Одним з них є непостійність клітинного виробництва

Одним з них є суперечливість електрохімічних реакцій.

невідповідність виробництва

Невідповідності виробництва легко зрозуміти.Наприклад, під час виробничого процесу невідповідність діафрагми та невідповідність матеріалів катода й анода може призвести до невідповідності загальної ємності акумулятора.Стандартна батарея 50AH може стати 49AH або 51AH.

електрохімічна невідповідність

Неузгодженість електрохімії полягає в тому, що в процесі заряджання та розряджання батареї, навіть якщо виробництво та обробка двох елементів є ідентичними, теплове середовище ніколи не може бути послідовним у процесі електрохімічної реакції.Наприклад, при виготовленні акумуляторних модулів температура навколишнього кільця повинна бути нижчою, ніж середини.Це призводить до довготривалої невідповідності між обсягами заряджання та розряджання, що, у свою чергу, призводить до непослідовної ємності елементів акумулятора;Якщо струми заряджання та розряджання плівки SEI на елементі батареї непостійні протягом тривалого часу, старіння плівки SEI також буде непостійним.

*Плівка SEI: «інтерфейс твердого електроліту» (інтерфейс твердого електроліту).Під час першого процесу розрядки рідкої літій-іонної батареї матеріал електрода реагує з електролітом на межі розділу тверда-рідка фаза, утворюючи пасивуючий шар, що покриває поверхню матеріалу електрода.Плівка SEI є електронним ізолятором, але чудовим провідником іонів літію, який не тільки захищає електрод, але й не впливає на роботу акумулятора.Старіння плівки SEI значно впливає на стан акумулятора.

Тому нерівномірність (або дискретність) акумуляторних блоків є неминучим проявом роботи акумулятора.

Навіщо потрібен баланс

Акумулятори різні, то чому б не спробувати зробити їх однаковими?Оскільки невідповідність вплине на продуктивність акумуляторної батареї.

Акумуляторна батарея в серії відповідає ефекту короткого ствола: у послідовній системі акумуляторної батареї ємність усієї системи акумуляторної батареї визначається найменшим окремим блоком.

Припустимо, у нас є акумуляторна батарея, що складається з трьох батарей:

Знайте, що надмірна зарядка та надмірна розрядка можуть серйозно пошкодити акумулятори.Тому, коли батарея B повністю заряджена під час заряджання або коли SoC батареї B дуже низький під час розрядки, необхідно припинити заряджання та розряджання, щоб захистити батарею B. Як наслідок, потужність батарей A і C не може бути повністю використаний.

Це призводить до:

Фактична корисна ємність акумуляторної батареї зменшилася: батареї A та C, які могли б використати доступну ємність, тепер не можуть цього зробити, щоб розмістити батарею B. Це як дві людини на трьох ногах, зв’язані разом, з висока людина не може робити великі кроки.

Зменшений термін служби батареї: менша довжина кроку вимагає більшої кількості кроків і робить ноги більш втомленими.З меншою ємністю збільшується кількість циклів заряджання та розряджання, що призводить до більшого погіршення якості акумулятора.Наприклад, один елемент може досягти 4000 циклів при 100% DoD, але в реальному використанні він не може досягти 100%, і кількість циклів точно не досягне 4000.

*DoD, Глибина розряду, представляє відсоток розрядної ємності батареї до номінальної ємності батареї.

Невідповідність батарей призводить до зниження продуктивності акумуляторної батареї.Якщо розмір модуля батареї великий, декілька рядків батарей з’єднані послідовно, і велика одиночна різниця напруг призведе до зменшення ємності всієї коробки.Чим більше батарей з’єднано послідовно, тим більше ємності вони втрачають.Однак у наших застосуваннях, особливо в системах накопичення енергії, є дві важливі вимоги:

По-перше, це батарея з тривалим терміном служби, яка може значно знизити витрати на експлуатацію та обслуговування.Система накопичення енергії має високі вимоги до терміну служби акумуляторної батареї.Більшість вітчизняних розраховані на 15 років.Якщо ми припустимо 300 циклів на рік, 15 років — це 4500 циклів, що все ще дуже багато.Нам потрібно максимізувати термін служби кожної батареї, щоб загальний термін служби всієї батареї міг досягти проектного терміну служби, наскільки це можливо, і зменшити вплив дисперсії батареї на термін служби батареї.

Другий глибокий цикл, особливо в прикладному сценарії подолання пікових навантажень, вивільнення ще одного кВт-год електроенергії принесе ще один пункт доходу.Тобто ми будемо робити 80% DoD або 90% DoD.Коли глибокий цикл використовується в системі зберігання енергії, дисперсія батареї під час хвостового розряду буде проявлятися.Таким чином, щоб забезпечити повне вивільнення ємності кожної окремої клітини за умови глибокої зарядки та глибокої розрядки, необхідно вимагати, щоб система зберігання енергії BMS мала потужні можливості керування вирівнюванням і придушувала виникнення узгодженості між елементами батареї. .

Ці дві вимоги прямо суперечать невідповідності батареї.Щоб досягти більш ефективного використання акумуляторних блоків, ми повинні мати ефективнішу технологію балансування, щоб зменшити вплив невідповідності батарей.

технологія рівноваги

Технологія вирівнювання батареї — це спосіб зробити батареї різної ємності однаковими.Існує два поширених методи вирівнювання: односпрямоване вирівнювання розсіювання енергії (пасивне вирівнювання) та двонаправлене вирівнювання передачі енергії (активне вирівнювання).

(1) Пасивний баланс

Принцип пасивного вирівнювання полягає в паралельному підключенні перемикається розрядного резистора до кожної ланцюжка батарей.BMS керує розрядним резистором, щоб розряджати елементи з високою напругою, розсіюючи електричну енергію у вигляді тепла.Наприклад, коли батарея B майже повністю заряджена, перемикач розмикається, щоб дозволити резистору на батареї B розсіювати надлишок електричної енергії у вигляді тепла.Потім заряджання продовжується, поки батареї A і C також не будуть повністю заряджені.

Цей метод може розряджати лише елементи високої напруги та не може перезаряджати елементи малої ємності.Через обмеження потужності опору розряду струм вирівнювання зазвичай малий (менше 1 А).

Перевагами пасивного вирівнювання є низька вартість і проста конструкція схеми;недоліки полягають у тому, що він базується на найменшій залишковій ємності батареї для вирівнювання, яка не може збільшити ємність батарей із низькою залишковою ємністю, і що 100% вирівняної потужності витрачається у вигляді тепла.

(2) Активний баланс

За допомогою алгоритмів кілька рядків акумуляторів передають енергію високовольтних елементів до низьковольтних елементів за допомогою компонентів накопичення енергії, розряджаючи високовольтні батареї та використовуючи вивільнену енергію для заряджання низьковольтних елементів.Енергія в основному передається, а не розсіюється.

Таким чином, під час заряджання батарея B, яка першою досягає 100% напруги, розряджається до A і C, і три батареї повністю заряджаються разом.Під час розряду, коли залишковий заряд батареї B занадто низький, A і C «заряджають» B, щоб елемент B не досягав порогу SOC для припинення розряду так швидко.

Основні особливості технології активного балансування

(1) Збалансуйте високу та низьку напругу, щоб покращити ефективність акумуляторної батареї: під час заряджання та розряджання та в стані спокою високовольтні батареї можна розряджати, а низьковольтні – заряджати;

(2) Передача енергії з низькими втратами: енергія переважно передається, а не просто втрачається, покращуючи ефективність використання енергії;

(3) Великий рівноважний струм: як правило, рівноважний струм становить від 1 до 10 А, і рівновага досягається швидше;

Активне вирівнювання вимагає конфігурації відповідних ланцюгів і накопичувачів енергії, що призводить до великого обсягу і збільшення вартості.Ці дві умови разом визначають, що активне вирівнювання нелегко просувати та застосовувати.

Крім того, процес активного вирівнюючого заряджання та розряджання неявно збільшує термін служби батареї.Для елементів, які потребують заряджання та розряджання для досягнення балансу, додаткове робоче навантаження може призвести до того, що вони старіють, ніж звичайні елементи, що призведе до більшого розриву продуктивності з іншими елементами.

Деякі експерти вважають, що наведені вище два вирази мають відповідати дисипативній рівновазі та недисипативній рівновазі.Чи буде він активним чи пасивним, має залежати від події, яка запускає процес рівноваги.Якщо система досягає стану, коли вона має бути пасивною, вона стає пасивною.Якщо вона встановлюється людиною, то встановлення програми рівноваги, коли не потрібно врівноважуватися, називається активною рівновагою.

Наприклад, коли розряд закінчується, найнижча напруга елемента досягає напруги відсікання розряду, тоді як інші елементи все ще живляться.У цей час, щоб розряджати якомога більше електрики, система передає електроенергію з високоенергетичних елементів на низькоенергетичні, дозволяючи процесу розряду продовжуватися, доки не буде розряджено всю енергію.Це пасивний процес вирівнювання.Якщо система передбачає, що наприкінці розряду буде дисбаланс, коли залишилося 40% потужності, вона розпочне активний процес вирівнювання.

Активне вирівнювання поділяється на централізований і децентралізований методи.Централізований метод вирівнювання отримує енергію від усієї батареї, а потім використовує пристрій для перетворення енергії, щоб доповнити енергією батареї з меншою енергією.Децентралізоване вирівнювання передбачає зв’язок накопичення енергії між сусідніми батареями, який може бути індуктором або конденсатором, що дозволяє енергії перетікати між сусідніми батареями.

У поточній стратегії контролю балансу є ті, хто приймає напругу клітини як цільовий параметр контролю, а також є ті, хто пропонує використовувати SOC як цільовий параметр контролю балансу.Взявши за приклад напругу клітинки.

Спочатку встановіть пару порогових значень для початку та завершення вирівнювання: наприклад, у наборі батарей, коли різниця між крайньою напругою окремого елемента та середньою напругою набору досягає 50 мВ, ініціюється вирівнювання, і коли досягає 5 мВ, вирівнювання закінчено.

BMS збирає напругу кожної комірки відповідно до фіксованого циклу збору даних, обчислює середнє значення, а потім обчислює різницю між напругою кожної комірки та середнім значенням;

Якщо максимальна різниця досягає 50 мВ, BMS потрібно почати процес вирівнювання;

Продовжуйте крок 2 під час процесу вирівнювання, доки значення різниці не стануть меншими за 5 мВ, а потім завершіть вирівнювання.

Слід зазначити, що не всі BMS вимагають цього кроку, і подальші стратегії можуть відрізнятися залежно від методу балансу.

Технологія балансування також пов'язана з типом акумулятора.Загальноприйнято вважати, що LFP більше підходить для активного балансу, тоді як трійкові батареї підходять для пасивного балансу.

Стадія інтенсивної конкуренції в BMS здебільшого підтримується вартістю та надійністю.В даний час експериментальна перевірка активного балансування ще не досягнута.Очікується, що рівень функціональної безпеки буде рухатися до ASIL-C і ASIL-D, але вартість досить висока.Тому нинішні великі компанії обережно ставляться до активних балансувальних досліджень.Деякі великі заводи навіть хочуть скасувати модуль балансування та виконувати всю балансування зовні, подібно до технічного обслуговування транспортних засобів, що працюють на паливі.Кожного разу, коли автомобіль проїжджає певну відстань, він відправляється в магазин 4S для зовнішнього балансування.Це знизить вартість усієї BMS автомобіля, а також принесе користь відповідному магазину 4S.Це безпрограшна ситуація для всіх сторін.Тому особисто я розумію, що це може стати трендом!

3.3 Захист – діагностика несправності та сигналізація

Моніторинг BMS узгоджується з апаратним забезпеченням електричної системи та розподіляється на різні рівні відмови (незначний збій, серйозний збій, фатальний збій) відповідно до різних умов роботи батареї.Для різних рівнів відмови вживаються різні заходи: попередження, обмеження потужності або пряме відключення високої напруги.Збої включають в себе збої в отриманні даних і раціональності, збої в електриці (датчиків і виконавчих механізмів), збої зв'язку та збої стану батареї.

Типовий приклад: коли батарея перегрівається, BMS визначає, що батарея перегрівається на основі зібраної температури батареї, потім контролює ланцюг цієї батареї, щоб від’єднатися, виконує захист від перегріву та надсилає сповіщення системам керування, таким як EMS.

3.4 Спілкування

Нормальна робота BMS не може бути відокремлена від її комунікаційної функції.Незалежно від того, чи це керування батареєю під час керування батареєю, передача стану батареї в зовнішній світ або отримання керуючих інструкцій, потрібен стабільний зв’язок.

У системі силової батареї один кінець BMS підключений до батареї, а інший кінець підключений до системи управління та електронної системи всього автомобіля.Загальне середовище використовує протокол CAN, але існує різниця між використанням внутрішньої CAN між внутрішніми компонентами акумуляторної батареї та використанням транспортної CAN між акумуляторною батареєю та всім транспортним засобом.

Навпаки, BMS накопичувача енергії та внутрішній зв’язок в основному використовують протокол CAN, але його зовнішній зв’язок (зовнішній в основному відноситься до диспетчерської системи PCS накопичувача енергії електростанції) часто використовує формати Інтернет-протоколу TCP/IP та протокол modbus.

4) Накопичувач енергії BMS

Виробники BMS накопичувачів енергії зазвичай еволюціонували від BMS акумуляторів, тому багато проектів і термінів мають історичне походження

Наприклад, батарея живлення зазвичай поділяється на BMU (монітор батареї) і BCU (блок керування батареєю), причому перший збирає дані, а другий контролює їх.

Оскільки елемент батареї є електрохімічним процесом, кілька елементів батареї утворюють батарею.Через характеристики кожного елемента батареї незалежно від того, наскільки точним є виробничий процес, з часом і залежно від навколишнього середовища в кожному елементі батареї будуть виникати помилки та невідповідності.Таким чином, система керування батареєю має оцінювати поточний стан батареї за допомогою обмежених параметрів, що трохи схоже на те, як лікар традиційної китайської медицини ставить діагноз пацієнту, спостерігаючи за симптомами, а не західна медицина, яка вимагає фізичного та хімічного аналізу.Фізико-хімічний аналіз людського тіла подібний до електрохімічних характеристик батареї, які можна виміряти за допомогою великомасштабних експериментальних інструментів.Однак вбудованим системам складно оцінити деякі показники електрохімії.Тому BMS схожий на старовинного китайського лікаря.

4.1 Трирівнева архітектура накопичувача енергії BMS

Через велику кількість елементів батареї в системах накопичення енергії, щоб заощадити кошти, BMS зазвичай реалізується в два або три шари.На даний момент основним є три рівні: головний контроль/головний контроль/підлеглий контроль.

4.2 Детальний опис накопичувача енергії BMS

5) Поточна ситуація та майбутні тенденції

Існує кілька видів виробників, які випускають BMS:

Перша категорія — це кінцеві користувачі з найбільшою потужністю в акумуляторних батареях BMS — автомобільні заводи.Фактично, найпотужнішою виробничою силою BMS за кордоном також є автомобільні заводи, такі як General Motors, Tesla тощо. Вдома є BYD, Huating Power тощо.

Друга категорія – заводи з виробництва акумуляторів, включаючи виробників елементів живлення та упаковок, таких як Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Beijing Purrad тощо;

Третій тип виробників BMS — це ті, хто має багаторічний досвід роботи в технологіях силової електроніки та має команди науково-дослідних розробок з університетським або пов’язаним підприємством, наприклад Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology і Kegong Electronics.

На відміну від BMS акумуляторних батарей, де в основному домінують виробники термінальних транспортних засобів, здається, що кінцеві користувачі акумуляторів енергії не мають потреби або особливих дій брати участь у дослідженнях, розробці та виробництві BMS.Також малоймовірно, що вони будуть витрачати багато грошей і енергії на розробку масштабних систем управління батареями.Таким чином, можна вважати, що в індустрії накопичувальних батарей BMS бракує важливого гравця з абсолютними перевагами, що залишає величезний простір для розвитку та уяви виробникам акумуляторів і постачальникам, які зосереджуються на BMS накопичувачів енергії.Якщо ринок накопичувачів енергії буде створено, це дасть виробникам акумуляторів і професійним виробникам BMS багато можливостей для розвитку та менший конкурентний опір.

В даний час відносно небагато професійних виробників BMS, зосереджених на розробці BMS накопичувачів енергії, в основному через те, що ринок накопичувачів енергії все ще знаходиться в зародковому стані, і все ще є багато сумнівів щодо майбутнього розвитку накопичувачів енергії на ринку.Тому більшість виробників не розробили BMS, пов’язану з накопиченням енергії.У реальному бізнес-середовищі також є виробники, які купують акумулятор BMS для використання в якості BMS для акумуляторів для накопичення енергії.Вважається, що в майбутньому професійні виробники BMS для електромобілів також, ймовірно, стануть важливою частиною постачальників BMS, які використовуються у великомасштабних проектах зберігання енергії.

На даному етапі існує відсутність єдиних стандартів для BMS, що надаються різними постачальниками систем зберігання енергії.Різні виробники мають різні конструкції та визначення для BMS, і залежно від різних акумуляторів, з якими вони сумісні, алгоритм SOX, технологія вирівнювання та вміст завантажених даних зв’язку також можуть відрізнятися.У практичному застосуванні BMS такі відмінності збільшать витрати на застосування та завдадуть шкоди промисловому розвитку.Тому стандартизація та модульність BMS також буде важливим напрямком розвитку в майбутньому.