Batareyani boshqarish tizimi BMS bilimlari va funktsiyasi, Kirish

BMS ning to'liq nomi - Batareyani boshqarish tizimi.Bu energiya saqlash batareyalari holatini kuzatuvchi qurilma.U asosan alohida akkumulyator hujayralarini aqlli boshqarish va texnik xizmat ko'rsatish, batareyalarning haddan tashqari zaryadlanishi va zaryadsizlanishining oldini olish, batareyaning ishlash muddatini uzaytirish va batareya holatini kuzatish uchun ishlatiladi.Odatda, BMS elektron plata yoki apparat qutisi sifatida taqdim etiladi.

 

BMS batareya quvvatini saqlash tizimining asosiy quyi tizimlaridan biri bo'lib, batareya quvvatini saqlash blokidagi har bir batareyaning ish holatini kuzatish va energiya saqlash blokining xavfsiz va ishonchli ishlashini ta'minlash uchun javobgardir.BMS real vaqt rejimida energiya saqlash akkumulyatorining holat parametrlarini (shu jumladan, lekin ular bilan cheklanmagan holda, bitta hujayra kuchlanishi, batareya qutbi harorati, batareya halqa oqimi, batareya terminali kuchlanishi, batareya tizimining izolyatsiyasi qarshiligi va boshqalar) kuzatishi va to'plashi mumkin. ko'proq tizim holatini baholash parametrlarini olish uchun tegishli holat parametrlari bo'yicha zarur tahlil va hisob-kitoblarni amalga oshirish.Shuningdek, u butun batareya quvvatini saqlash blokining xavfsiz va ishonchli ishlashini ta'minlash uchun maxsus himoya nazorati strategiyalariga muvofiq energiya saqlash batareyasining o'zini samarali boshqarishga erishishi mumkin.Shu bilan birga, BMS o'zining aloqa interfeysi va analog/raqamli kirish interfeysi orqali boshqa tashqi qurilmalar (PCS, EMS, yong'indan himoya qilish tizimi va boshqalar) bilan o'zaro aloqada bo'lishi mumkin, bu esa butun energiya saqlash quvvatida turli quyi tizimlarning ulanish boshqaruvini shakllantirishi mumkin. stansiya, elektr stantsiyasining xavfsiz, ishonchli va samarali tarmoqqa ulangan ishlashini ta'minlash.

2) Arxitektura

Topologiya arxitekturasi nuqtai nazaridan BMS ikki toifaga bo'linadi: markazlashtirilgan va turli loyiha talablariga muvofiq taqsimlanadi.

 

Markazlashtirilgan BMS

Oddiy qilib aytganda, markazlashtirilgan BMS barcha hujayralarni yig'ish uchun bitta BMS uskunasidan foydalanadi, bu bir nechta hujayrali stsenariylarga mos keladi.

Markazlashtirilgan BMS arzon narxlardagi, ixcham tuzilish va yuqori ishonchlilik afzalliklariga ega va odatda past sig'imli, past umumiy bosim va kichik batareya tizimi hajmi bo'lgan stsenariylarda qo'llaniladi, masalan, elektr asboblari, robotlar (robotlar, yordamchi robotlar), IOT aqlli uylari (supurish robotlari, elektr changyutgichlar), elektr yuk ko'targichlar, past tezlikda harakatlanadigan elektr transport vositalari (elektr velosipedlar, elektr mototsikllar, elektr ekskursiya mashinalari, elektr patrul mashinalari, elektr golf aravalari va boshqalar) va engil gibrid transport vositalari.

Markazlashtirilgan BMS apparati yuqori kuchlanishli va past kuchlanishli hududlarga bo'linishi mumkin.Yuqori kuchlanish zonasi bitta hujayra kuchlanishini, tizimning umumiy kuchlanishini yig'ish va izolyatsiya qarshiligini kuzatish uchun javobgardir.Past kuchlanishli hududga elektr ta'minoti sxemalari, CPU sxemalari, CAN aloqa sxemalari, boshqaruv sxemalari va boshqalar kiradi.

Yo'lovchi transport vositalarining quvvat akkumulyatori tizimi yuqori sig'imga, yuqori umumiy bosimga va katta hajmga qarab rivojlanishda davom etar ekan, taqsimlangan BMS arxitekturalari asosan plug-in gibrid va sof elektr avtomobil modellarida qo'llaniladi.

Tarqalgan BMS

Hozirgi vaqtda sanoatda tarqatilgan BMS uchun turli xil atamalar mavjud va turli kompaniyalar turli nomlarga ega.Quvvat akkumulyatori BMS asosan master-slave ikki darajali arxitekturaga ega:

 

Energiyani saqlash BMS odatda akkumulyator to'plamining katta o'lchamlari tufayli uch bosqichli arxitektura bo'lib, asosiy boshqaruv qatlami qul va asosiy boshqaruv qatlamlari ustida joylashgan.

Batareyalar batareya klasterlarini hosil qilganidek, ular o'z navbatida stacklarni hosil qiladi, uch bosqichli BMS ham xuddi shunday yuqoriga ko'tarilish qoidasiga amal qiladi:

Boshqaruvdan: alohida batareyalardan ma'lumot to'playdigan batareya boshqaruv bloki (BMU).

Batareya elementining kuchlanishini va haroratini kuzatib boring

Paketdagi batareyani tenglashtirish

Ma'lumotni yuklash

termal boshqaruv

Anormal signal

Asosiy boshqaruv: Batareya klasterini boshqarish bloki: BCU (batareya klasteri birligi, shuningdek, yuqori kuchlanish boshqaruv bloki HVU, BCMU va boshqalar sifatida ham tanilgan), BMU ma'lumotlarini to'plash va batareya klasteri ma'lumotlarini yig'ish uchun mas'uldir.

Batareya klasterining oqimini olish, umumiy kuchlanishni olish, qochqinni aniqlash

Batareya holati anormal bo'lsa, quvvatni o'chirish himoyasi

BMS boshqaruvi ostida quvvatni kalibrlash va SOC kalibrlash keyingi zaryadlash va tushirishni boshqarish uchun asos sifatida alohida bajarilishi mumkin.

Batareya massivlarini boshqarish bloki (BAU) butun energiya saqlash batareyalari to'plamidagi batareyalarni markazlashtirilgan boshqarish uchun javobgardir.U turli xil batareya klasterlarini boshqarish bloklariga ulanadi va batareyalar massivining ish holati haqida fikr-mulohazalarni taqdim etish uchun boshqa qurilmalar bilan ma'lumot almashadi.

Batareya massivini zaryadlash va zaryadsizlantirishni boshqarish

BMS tizimi o'z-o'zini tekshirish va nosozliklarni aniqlash signalizatsiyasi

Batareya paketidagi xato diagnostikasi signali

Batareya qatoridagi turli xil anormallik va nosozliklar uchun xavfsizlik himoyasi

PCS va EMS kabi boshqa qurilmalar bilan bog'laning

Ma'lumotlarni saqlash, uzatish va qayta ishlash

Batareyani boshqarish qatlami: alohida akkumulyatorlarning turli xil ma'lumotlarini (kuchlanish, harorat) to'plash, batareyalarning SOC va SOH ni hisoblash va tahlil qilish, alohida batareyalarni faol tenglashtirishga erishish va alohida batareyalarning g'ayritabiiy ma'lumotlarini BCMU batareya to'plami birligi qatlamiga yuklash uchun javobgardir.CAN tashqi aloqasi orqali u romashka zanjiri orqali o'zaro bog'langan.

Batareyani boshqarish qatlami: BMU tomonidan yuklangan alohida batareyalardan turli xil ma'lumotlarni to'plash, batareya to'plami haqida turli ma'lumotlarni to'plash (paket kuchlanishi, paket harorati), batareya paketini zaryadlash va zaryadsizlantirish oqimlari, batareya paketining SOC va SOH ni hisoblash va tahlil qilish uchun javobgardir. , va barcha ma'lumotlarni BAMS batareya klasteri qatlamiga yuklash.CAN tashqi aloqasi orqali u romashka zanjiri orqali o'zaro bog'langan.

Batareya klasterini boshqarish qatlami: BCMU tomonidan yuklangan turli xil batareya ma'lumotlarini to'plash va barcha ma'lumotlarni RJ45 interfeysi orqali energiyani saqlash monitoringi EMS tizimiga yuklash uchun javobgar;akkumulyatorning tegishli g'ayritabiiy ma'lumotlarini PCS ga (CAN yoki RS485 interfeysi) yuborish uchun PCS bilan aloqa qilish va PCS bilan aloqa qilish uchun apparat quruq tugunlari bilan jihozlangan.Bundan tashqari, u akkumulyator tizimini BSE (Batareya holatini baholash) baholash, elektr tizimining holatini aniqlash, kontaktorlarni boshqarish, issiqlik boshqaruvi, operatsiyani boshqarish, zaryadlashni boshqarish, diagnostika boshqaruvini amalga oshiradi va ichki va tashqi aloqa tarmoqlarini boshqarishni amalga oshiradi.CAN orqali bo'ysunuvchilar bilan muloqot qiladi.

3) BMS nima qiladi?

BMS funktsiyalari juda ko'p, ammo asosiy va bizni eng ko'p tashvishga soladigan narsa uchta jihatdir:

Ulardan biri BMS ning asosiy funktsiyasi bo'lgan sezish (davlat boshqaruvi).U kuchlanish, qarshilik, haroratni o'lchaydi va oxir-oqibat batareyaning holatini sezadi.Biz akkumulyatorning holati, uning qancha energiya va quvvatga ega ekanligini, u qanchalik sog'lom, qancha quvvat ishlab chiqaradi va qanchalik xavfsiz ekanligini bilishni istaymiz.Bu sezish.

Ikkinchisi - boshqaruv (balansni boshqarish).Ba'zi odamlar BMS batareyaning enagasi deb aytishadi.Keyin bu enaga uni boshqarishi kerak.Nimani boshqarish kerak?Bu batareyani iloji boricha yaxshi qilishdir.Eng asosiysi - muvozanatni boshqarish va issiqlikni boshqarish.

Uchinchisi - himoya (xavfsizlikni boshqarish).Enaganing ham ishi bor.Batareya qandaydir holatga ega bo'lsa, uni himoya qilish va signalni ko'tarish kerak.

Albatta, ma'lum protokollar orqali tizim ichida yoki undan tashqarida ma'lumotlarni uzatuvchi aloqa boshqaruv komponenti ham mavjud.

BMS ko'plab boshqa funktsiyalarga ega, masalan, operatsiyani boshqarish, izolyatsiyani kuzatish, issiqlikni boshqarish va boshqalar, ular bu erda muhokama qilinmaydi.

 

3.1 Idrok - o'lchash va baholash

BMS ning asosiy vazifasi batareya parametrlarini, jumladan kuchlanish, oqim, harorat va holat kabi asosiy parametrlarni, shuningdek, SOC va SOH kabi batareya holati ma'lumotlarini hisoblashni o'lchash va baholashdir.Quvvat batareyalari sohasi, shuningdek, bu erda muhokama qilinmaydigan SOP (quvvat holati) va SOE (energiya holati) hisoblarini o'z ichiga oladi.Biz yana keng qo'llaniladigan dastlabki ikkita ma'lumotlarga e'tibor qaratamiz.

Hujayra o'lchovi

1) Asosiy ma'lumotni o'lchash: Batareyani boshqarish tizimining eng asosiy funktsiyasi batareyani boshqarish tizimidagi barcha yuqori darajadagi hisob-kitoblar va nazorat mantig'i uchun asos bo'lgan alohida batareya hujayralarining kuchlanishini, oqimini va haroratini o'lchashdir.

2) Izolyatsiyaga chidamlilik sinovi: Izolyatsiya sinovi batareyani boshqarish tizimidagi butun akkumulyator tizimi va yuqori kuchlanish tizimi uchun talab qilinadi.

3) Yuqori kuchlanishli blokirovkani aniqlash (HVIL): butun yuqori voltli tizimning yaxlitligini tasdiqlash va yuqori voltli tizim halqasining yaxlitligi buzilganda xavfsizlik choralarini boshlash uchun ishlatiladi.

SOCni hisoblash

SOC batareyaning qolgan quvvati bo'lgan zaryad holatiga ishora qiladi.Oddiy qilib aytganda, bu batareyada qancha quvvat qolganligi.

SOC BMSdagi eng muhim parametrdir, chunki qolgan hamma narsa unga asoslanadi.Shuning uchun uning aniqligi va mustahkamligi (xatolarni tuzatish qobiliyati deb ham ataladi) juda muhimdir.To'g'ri SOC bo'lmasa, hech qanday himoya funktsiyasi BMS ni to'g'ri ishlashiga imkon bermaydi, chunki batareya ko'pincha himoyalangan holatda bo'ladi va batareyaning ishlash muddatini uzaytirib bo'lmaydi.

Hozirgi vaqtda SOCni baholashning asosiy usullari ochiq zanjirli kuchlanish usuli, oqim integratsiyasi usuli, Kalman filtri usuli va neyron tarmoq usulini o'z ichiga oladi.Birinchi ikkita usul odatda qo'llaniladi.Oxirgi ikkita usul integratsiya modellari va sun'iy intellekt kabi ilg'or bilimlarni o'z ichiga oladi, bu erda batafsil bayon etilmaydi.

Amaliy ilovalarda ko'pincha bir nechta algoritmlar birgalikda qo'llaniladi, batareyaning zaryadlash va zaryadsizlanish holatiga qarab turli xil algoritmlar qabul qilinadi.

ochiq zanjirli kuchlanish usuli

Ochiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanish usuli printsipi batareyaning uzoq muddatli statik joylashuvi sharoitida ochiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanish va SOC o'rtasidagi nisbatan qat'iy belgilangan funktsional munosabatlardan foydalanish va shu bilan ochiq kontaktlarning zanglashiga qarab SOCni baholashdir.Ilgari keng tarqalgan qo'rg'oshinli akkumulyatorli elektr velosiped SOCni baholash uchun ushbu usuldan foydalanadi.Ochiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanish usuli oddiy va qulay, ammo ko'plab kamchiliklar mavjud:

1. Batareyani uzoq vaqt davomida turish kerak, aks holda ochiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanishini qisqa vaqt ichida barqarorlashtirish qiyin bo'ladi;

2. Batareyalarda, ayniqsa lityum temir fosfat batareyalarida kuchlanish platosi mavjud bo'lib, u erda terminal kuchlanishi va SOC egri SOC30% -80% oralig'ida taxminan chiziqli bo'ladi;

3. Batareya turli haroratlarda yoki turli xil hayot bosqichlarida va ochiq elektron kuchlanish bir xil bo'lsa-da, haqiqiy SOC farqi katta bo'lishi mumkin;

Quyidagi rasmda ko'rsatilganidek, biz ushbu elektr velosipeddan foydalanganda, agar joriy SOC 100% ko'rsatilsa, tezlashganda kuchlanish pasayadi va quvvat 80% sifatida ko'rsatilishi mumkin.Tezlashishni to'xtatganimizda, kuchlanish ko'tariladi va quvvat 100% ga qaytadi.Shunday qilib, bizning elektr skuterimizning quvvat ko'rsatkichi aniq emas.Biz to'xtaganimizda, uning kuchi bor, lekin biz ishga tushirganimizda, uning quvvati tugaydi.Bu batareya bilan bog'liq muammo bo'lmasligi mumkin, lekin BMS ning SoC algoritmi juda oddiy bo'lishi mumkin.

An-Shi integral usuli

Anshicontinuous integratsiya usuli SOC ta'rifi orqali real vaqt rejimida SOC qiymatini bevosita hisoblab chiqadi.

Dastlabki SOC qiymatini hisobga olgan holda, batareya oqimini o'lchash mumkin ekan (deyarli oqim ijobiy bo'lgan joyda), batareya quvvatining o'zgarishi joriy integratsiya orqali aniq hisoblab chiqilishi mumkin, natijada SOC qolgan.

Ushbu usul qisqa vaqt ichida nisbatan ishonchli baholash natijalariga ega, ammo joriy sensorning o'lchash xatolari va batareya quvvatining asta-sekin pasayishi tufayli uzoq muddatli oqim integratsiyasi muayyan og'ishlarni keltirib chiqaradi.Shuning uchun, odatda, past aniqlik talablari bilan SOCni baholash uchun boshlang'ich qiymatini baholash uchun ochiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanish usuli bilan birgalikda qo'llaniladi va qisqa muddatli SOCni bashorat qilish uchun Kalman filtrlash usuli bilan birgalikda ishlatilishi mumkin.

SOC (State Of Charge) BMS ning asosiy boshqaruv algoritmiga tegishli bo'lib, joriy qolgan quvvat holatini ifodalaydi.Bunga asosan amper-soat integratsiya usuli va EKF (kengaytirilgan Kalman filtri) algoritmi orqali erishiladi, tuzatish strategiyalari (masalan, ochiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanishni to'g'irlash, to'liq zaryadni to'g'rilash, zaryadlash oxirini to'g'irlash, turli haroratlarda quvvatni to'g'irlash va SOH, va boshqalar.).Amper-soat integratsiya usuli joriy sotib olishning aniqligini ta'minlash sharti bilan nisbatan ishonchli, ammo u mustahkam emas.Xatolarning to'planishi tufayli uni tuzatish strategiyalari bilan birlashtirish kerak.EKF usuli mustahkam, lekin algoritm nisbatan murakkab va amalga oshirish qiyin.Mahalliy asosiy ishlab chiqaruvchilar xona haroratida 6% dan kamroq aniqlikka erishishlari mumkin, ammo yuqori va past haroratlarda va batareyaning zaiflashishini baholash qiyin.

SOC tuzatish

Joriy tebranishlar tufayli, taxmin qilingan SOC noto'g'ri bo'lishi mumkin va turli tuzatish strategiyalarini baholash jarayoniga kiritish kerak.

 

SOH hisoblash

SOH akkumulyatorning hozirgi sog'lig'i holatini (yoki batareyaning yomonlashuv darajasini) ko'rsatadigan Sog'liqni saqlash holatiga ishora qiladi.Odatda 0 dan 100% gacha bo'lgan qiymat sifatida ifodalanadi, 80% dan past bo'lgan qiymatlar odatda batareyadan endi foydalanish mumkin emasligini ko'rsatadi.U batareya quvvati yoki ichki qarshilikdagi o'zgarishlar bilan ifodalanishi mumkin.Imkoniyatlardan foydalanilganda, joriy batareyaning haqiqiy quvvati batareyaning ishlash jarayoni ma'lumotlari asosida baholanadi va buning nominal quvvatga nisbati SOH hisoblanadi.To'g'ri SOH batareya quvvati yomonlashganda boshqa modullarning taxminiy aniqligini oshiradi.

Sanoatda SOHning ikki xil ta'rifi mavjud:

Imkoniyatlar pasayishiga asoslangan SOH ta'rifi

Lityum-ion batareyalardan foydalanish jarayonida akkumulyator ichidagi faol moddalar asta-sekin kamayadi, ichki qarshilik kuchayadi va quvvati pasayadi.Shuning uchun SOH batareya quvvati bilan baholanishi mumkin.Batareyaning sog'liq holati joriy quvvatning dastlabki quvvatga nisbati sifatida ifodalanadi va uning SOH qiymati quyidagicha aniqlanadi:

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

Bu erda: C_fade - batareyaning yo'qolgan quvvati;C_standart - nominal sig'im.

IEEE standarti 1188-1996 quvvat akkumulyatorining quvvati 80% ga tushganda batareyani almashtirish kerakligini ta'kidlaydi.Shuning uchun biz odatda batareya SOH 80% dan past bo'lganda mavjud emas deb hisoblaymiz.

Quvvatning pasayishiga asoslangan SOH ta'rifi (Power Fade)

Deyarli barcha turdagi batareyalarning qarishi batareyaning ichki qarshiligining oshishiga olib keladi.Batareyaning ichki qarshiligi qanchalik baland bo'lsa, mavjud quvvat shunchalik past bo'ladi.Shuning uchun, SOH quvvatni pasaytirish yordamida baholanishi mumkin.

3.2 Menejment - Balanslangan texnologiya

Har bir akkumulyator o'zining "shaxsiyatiga" ega.

Balans haqida gapirish uchun biz batareyalardan boshlashimiz kerak.Xuddi shu ishlab chiqaruvchi tomonidan bir partiyada ishlab chiqarilgan batareyalar ham o'zlarining hayot davrlari va "shaxsiyatlari" ga ega - har bir batareyaning quvvati mutlaqo bir xil bo'lishi mumkin emas.Ushbu nomuvofiqlikning ikkita sababi bor:

Ulardan biri hujayra ishlab chiqarishning nomuvofiqligi

Ulardan biri elektrokimyoviy reaksiyalarning nomuvofiqligidir.

ishlab chiqarishning nomuvofiqligi

Ishlab chiqarishdagi nomuvofiqliklarni tushunish oson.Misol uchun, ishlab chiqarish jarayonida diafragma nomuvofiqliklari va katod va anod materiallarining nomuvofiqligi umumiy batareya quvvatining nomuvofiqligiga olib kelishi mumkin.Standart 50AH batareya 49AH yoki 51AH bo'lishi mumkin.

elektrokimyoviy nomuvofiqlik

Elektrokimyoning nomuvofiqligi shundaki, batareyani zaryadlash va zaryadsizlantirish jarayonida, hatto ikkita hujayraning ishlab chiqarilishi va qayta ishlanishi bir xil bo'lsa ham, issiqlik muhiti elektrokimyoviy reaktsiya jarayonida hech qachon izchil bo'lishi mumkin emas.Masalan, batareya modullarini ishlab chiqarishda atrofdagi halqaning harorati o'rtadagidan past bo'lishi kerak.Bu zaryadlash va tushirish miqdori o'rtasidagi uzoq muddatli nomuvofiqlikka olib keladi, bu esa o'z navbatida batareya xujayrasining sig'imiga mos kelmasligiga olib keladi;Batareya xujayrasidagi SEI filmining zaryadlash va tushirish oqimlari uzoq vaqt davomida mos kelmasa, SEI filmining qarishi ham mos kelmaydi.

*SEI filmi: "qattiq elektrolitlar interfeysi" (qattiq elektrolitlar interfeysi).Suyuq lityum ion batareyasining birinchi zaryadsizlanish jarayonida elektrod moddasi elektrod materialining sirtini qoplaydigan passivatsiya qatlamini hosil qilish uchun qattiq-suyuq faza interfeysidagi elektrolitlar bilan reaksiyaga kirishadi.SEI plyonkasi elektron izolyator, lekin lityum ionlarining ajoyib o'tkazgichidir, bu nafaqat elektrodni himoya qiladi, balki batareyaning ishlashiga ham ta'sir qilmaydi.SEI filmining qarishi batareyaning sog'lig'iga sezilarli ta'sir ko'rsatadi.

Shuning uchun batareya paketlarining bir xilligi (yoki diskretligi) batareyaning ishlashining muqarrar namoyonidir.

Nima uchun muvozanat kerak

Batareyalar har xil, nega ularni bir xil qilishga harakat qilmaysiz?Chunki nomuvofiqlik batareya to'plamining ishlashiga ta'sir qiladi.

Ketma-ket batareyalar to'plami qisqa barrel effektiga ega: ketma-ket batareyalar to'plami tizimida butun batareyalar to'plami tizimining sig'imi eng kichik bitta blok tomonidan belgilanadi.

Aytaylik, bizda uchta batareyadan iborat batareya to'plami bor:

e bilingki, ortiqcha zaryadlash va ortiqcha zaryadlash batareyalarga jiddiy zarar etkazishi mumkin.Shuning uchun, zaryadlash vaqtida B batareyasi to'liq zaryadlangan bo'lsa yoki zaryadsizlanish vaqtida B batareyasining SoC darajasi juda past bo'lsa, B batareyasini himoya qilish uchun zaryadlash va zaryadsizlanishni to'xtatish kerak. Natijada, A va C batareyalarining quvvati to'liq bo'lishi mumkin emas. foydalanilgan.

Bu quyidagilarga olib keladi:

Batareya to'plamining haqiqiy foydalanish quvvati kamaydi: mavjud quvvatdan foydalanishi mumkin bo'lgan A va C batareyalari endi B batareyasini sig'dira olmaydi. baland bo'yli odam katta qadamlar tashlashga qodir emas.

Batareyaning ishlash muddatini qisqartirish: kichikroq qadam uzunligi ko'proq qadamlarni talab qiladi va oyoqlarni yanada charchatadi.Imkoniyatlarning pasayishi bilan zaryadlash va tushirish davrlari soni ortadi, bu esa batareyaning yomonlashishiga olib keladi.Misol uchun, bitta hujayra 100% DoD bilan 4000 tsiklga erishishi mumkin, ammo haqiqiy foydalanishda u 100% ga erisha olmaydi va tsikllar soni, albatta, 4000 ga etmaydi.

*DoD, Depth of decharge, batareya zaryadsizlanish hajmining batareyaning nominal quvvatiga nisbatini ifodalaydi.

Batareyalarning nomuvofiqligi batareyalar to'plamining ishlashini pasayishiga olib keladi.Batareya modulining o'lchami katta bo'lsa, batareyalarning bir nechta qatorlari ketma-ket ulanadi va katta bitta kuchlanish farqi butun qutining hajmini pasayishiga olib keladi.Ketma-ket ulangan batareyalar qanchalik ko'p bo'lsa, ular ko'proq quvvatni yo'qotadilar.Biroq, bizning ilovalarimizda, ayniqsa energiya saqlash tizimi ilovalarida ikkita muhim talab mavjud:

Birinchisi, uzoq umr batareyadir, bu foydalanish va texnik xizmat ko'rsatish xarajatlarini sezilarli darajada kamaytiradi.Energiyani saqlash tizimi batareya paketining ishlash muddati uchun yuqori talablarga ega.Mahalliy bo'lganlarning aksariyati 15 yilga mo'ljallangan.Agar yiliga 300 tsiklni nazarda tutadigan bo'lsak, 15 yil - 4500 tsikl, bu hali ham juda yuqori.Biz har bir batareyaning ishlash muddatini maksimal darajada oshirishimiz kerak, shunda butun batareya to'plamining umumiy ishlash muddati dizayn muddatiga imkon qadar yetib borishi va batareyaning tarqalishining batareya to'plamining ishlash muddatiga ta'sirini kamaytirishi kerak.

Ikkinchi chuqur sikl, ayniqsa, soqol olishning eng yuqori cho'qqisini qo'llash stsenariysida, yana bir kVt / soat elektr energiyasini chiqarish yana bir daromad nuqtasini olib keladi.Ya'ni, biz 80% DoD yoki 90% DoD qilamiz.Energiyani saqlash tizimida chuqur aylanishdan foydalanilganda, quyruq zaryadsizlanishi paytida batareyaning tarqalishi namoyon bo'ladi.Shuning uchun, chuqur zaryadlash va chuqur zaryadsizlanish sharoitida har bir hujayraning quvvatini to'liq chiqarishni ta'minlash uchun energiyani saqlash BMS ning kuchli tenglashtirishni boshqarish qobiliyatiga ega bo'lishini va batareya xujayralari o'rtasida mustahkamlik paydo bo'lishini bostirishni talab qilish kerak. .

Ushbu ikki talab batareyaning mos kelmasligiga mutlaqo ziddir.Batareya paketini yanada samarali qo'llashga erishish uchun batareyaning nomuvofiqligi ta'sirini kamaytirish uchun yanada samarali muvozanatlash texnologiyasiga ega bo'lishimiz kerak.

muvozanat texnologiyasi

Batareyani tenglashtirish texnologiyasi turli quvvatga ega batareyalarni bir xil qilish usulidir.Ikkita umumiy tenglashtirish usuli mavjud: energiya tarqalishini bir tomonlama tenglashtirish (passiv tenglashtirish) va energiya uzatishni ikki tomonlama tenglashtirish (faol tenglashtirish).

(1) Passiv balans

Passiv tenglashtirish printsipi batareyalarning har bir qatorida almashtiriladigan deşarj qarshiligini parallel qilishdir.BMS elektr energiyasini issiqlik sifatida tarqatib, yuqori kuchlanishli hujayralarni zaryadsizlantirish uchun tushirish rezistorini boshqaradi.Misol uchun, B batareyasi deyarli to'liq zaryadlangan bo'lsa, B batareyasidagi rezistor ortiqcha elektr energiyasini issiqlik sifatida tarqatish uchun kalit ochiladi.Keyin zaryadlash A va C batareyalari ham to'liq zaryadlanmaguncha davom etadi.

Bu usul faqat yuqori kuchlanishli xujayralarni zaryadsizlantirishi mumkin va past quvvatli hujayralarni qayta zaryad qila olmaydi.Chiqarish qarshiligining quvvat chegarasi tufayli tenglashtirish oqimi odatda kichik (1A dan kam).

Passiv tenglashtirishning afzalliklari past narx va oddiy sxema dizayni;Kamchiliklari shundaki, u tenglashtirish uchun eng kam qolgan batareya quvvatiga asoslangan bo'lib, qolgan quvvati past bo'lgan batareyalarning quvvatini oshira olmaydi va tenglashtirilgan quvvatning 100% issiqlik shaklida isrof qilinadi.

(2) Faol balans

Algoritmlar orqali bir nechta batareya qatorlari energiya saqlash komponentlari yordamida yuqori kuchlanishli hujayralar energiyasini past kuchlanishli hujayralarga o'tkazadi, yuqori kuchlanishli batareyalarni zaryadsizlaydi va quyi kuchlanishli hujayralarni zaryad qilish uchun chiqarilgan energiyadan foydalanadi.Energiya asosan tarqalishdan ko'ra uzatiladi.

Shunday qilib, zaryad olayotganda, birinchi navbatda, 100% kuchlanishga etgan B batareyasi A va C ga tushadi va uchta batareya birgalikda to'liq zaryadlanadi.Zaryadlash paytida, B batareyasining qolgan zaryadi juda kam bo'lsa, A va C B "zaryadlanadi", shuning uchun B hujayrasi zaryadsizlanishni tezda to'xtatish uchun SOC chegarasiga etib bormaydi.

Faol balanslash texnologiyasining asosiy xususiyatlari

(1) Batareya to'plamining samaradorligini oshirish uchun yuqori va past kuchlanishni muvozanatlash: Zaryadlash va tushirish vaqtida va dam olish vaqtida yuqori kuchlanishli batareyalar zaryadsizlanishi va past kuchlanishli batareyalar zaryadlanishi mumkin;

(2) Kam yo'qotilgan energiya uzatish: energiya yo'qolgandan ko'ra asosan uzatiladi, energiyadan foydalanish samaradorligini oshiradi;

(3) Katta muvozanat oqimi: Umuman olganda, muvozanat oqimi 1 va 10A oralig'ida va muvozanat tezroq bo'ladi;

Faol tenglashtirish mos keladigan sxemalar va energiyani saqlash moslamalarini sozlashni talab qiladi, bu esa katta hajmga va narxning oshishiga olib keladi.Ushbu ikki shart birgalikda faol tenglashtirishni targ'ib qilish va qo'llash oson emasligini aniqlaydi.

Bundan tashqari, faol tenglashtirish zaryadlash va zaryadsizlantirish jarayoni batareyaning aylanish muddatini bilvosita oshiradi.Muvozanatga erishish uchun zaryadlash va zaryadsizlanishni talab qiladigan hujayralar uchun qo'shimcha ish yuki ularning oddiy hujayralarning qarishidan oshib ketishiga olib kelishi mumkin, bu esa boshqa hujayralar bilan ishlashda katta bo'shliqqa olib kelishi mumkin.

Ba'zi ekspertlar yuqoridagi ikkita ibora dissipativ muvozanat va tarqalmaydigan muvozanatga mos kelishi kerak deb hisoblashadi.Uning faol yoki passiv bo'lishi muvozanat jarayonini qo'zg'atadigan hodisaga bog'liq bo'lishi kerak.Agar tizim passiv bo'lishi kerak bo'lgan holatga kelsa, u passivdir.Agar u odamlar tomonidan o'rnatilsa, muvozanatni saqlash kerak bo'lmaganda muvozanat dasturini o'rnatish faol muvozanat deb ataladi.

Misol uchun, zaryadsizlanish oxirida bo'lganda, eng past kuchlanish elementi zaryadsizlanishni kesish kuchlanishiga yetdi, boshqa hujayralar esa hali ham quvvatga ega.Bu vaqtda, iloji boricha ko'proq elektr energiyasini chiqarish uchun tizim yuqori energiyali hujayralarning elektr energiyasini past energiyali hujayralarga o'tkazadi, bu esa zaryadsizlanish jarayonini barcha quvvat zaryadsizlanguncha davom ettirishga imkon beradi.Bu passiv tenglashtirish jarayoni.Agar tizim hali ham 40% quvvat qolganda zaryadsizlanish oxirida nomutanosiblik bo'lishini taxmin qilsa, u faol tenglashtirish jarayonini boshlaydi.

Faol tenglashtirish markazlashtirilgan va markazlashmagan usullarga bo'linadi.Markazlashtirilgan tenglashtirish usuli butun batareya to'plamidan energiya oladi va keyin energiyani kamroq energiya bilan batareyalarga to'ldirish uchun energiya konvertatsiya qilish moslamasidan foydalanadi.Markazlashtirilmagan tenglashtirish qo'shni batareyalar o'rtasida energiyani saqlash aloqasini o'z ichiga oladi, bu induktor yoki kondansatör bo'lishi mumkin, bu esa qo'shni batareyalar o'rtasida energiya oqimini ta'minlaydi.

Joriy muvozanatni nazorat qilish strategiyasida hujayra kuchlanishini nazorat qilish maqsadi parametri sifatida qabul qiladiganlar bor va SOCni muvozanatni boshqarish maqsadli parametri sifatida ishlatishni taklif qiladiganlar ham bor.Misol sifatida hujayra kuchlanishini olish.

Birinchidan, tenglashtirishni boshlash va tugatish uchun bir juft chegara qiymatlarini o'rnating: masalan, batareyalar to'plamida, bitta hujayraning ekstremal kuchlanishi va to'plamning o'rtacha kuchlanishi o'rtasidagi farq 50 mV ga yetganda, tenglashtirish boshlanadi va qachon u 5mV ga etadi, tenglashtirish tugadi.

BMS har bir hujayraning kuchlanishini qat'iy qabul qilish davriga muvofiq yig'adi, o'rtacha qiymatni hisoblab chiqadi va keyin har bir hujayra kuchlanishi va o'rtacha qiymat o'rtasidagi farqni hisoblab chiqadi;

Agar maksimal farq 50 mV ga yetsa, BMS tenglashtirish jarayonini boshlashi kerak;

Farq qiymatlari 5 mV dan kam bo'lguncha tenglashtirish jarayonida 2-bosqichni davom ettiring va keyin tenglashtirishni tugating.

Shuni ta'kidlash kerakki, barcha BMSlar bu bosqichni talab qilmaydi va keyingi strategiyalar balans usuliga qarab farq qilishi mumkin.

Balans texnologiyasi ham batareyaning turiga bog'liq.Umuman olganda, LFP faol muvozanat uchun ko'proq mos keladi, uchlik batareyalar esa passiv muvozanat uchun mos keladi.

BMSda kuchli raqobat bosqichi asosan xarajat va ishonchlilik bilan qo'llab-quvvatlanadi.Hozirgi vaqtda faol balanslashning eksperimental tekshiruviga hali erishilmagan.Funktsional xavfsizlik darajasi ASIL-C va ASIL-D ga qarab siljishi kutilmoqda, ammo narxi ancha yuqori.Shu sababli, hozirgi yirik kompaniyalar faol muvozanatlash tadqiqotlariga ehtiyotkorlik bilan munosabatda bo'lishadi.Ba'zi yirik zavodlar hatto balanslash modulini bekor qilishni va yonilg'i vositalariga texnik xizmat ko'rsatishga o'xshash barcha balanslash ishlarini tashqaridan bajarishni xohlashadi.Avtomobil har safar ma'lum masofani bosib o'tganda, tashqi balanslash uchun 4S do'koniga boradi.Bu butun avtomobil BMS narxini pasaytiradi va tegishli 4S do'koniga ham foyda keltiradi.Bu barcha tomonlar uchun g'alaba qozongan vaziyatdir.Shuning uchun, shaxsan men bu tendentsiyaga aylanishi mumkinligini tushunaman!

3.3 Himoya - nosozlik diagnostikasi va signalizatsiya

BMS monitoringi elektr tizimining apparati bilan mos keladi va batareyaning turli xil ishlash sharoitlariga ko'ra turli xil nosozlik darajalariga (kichik nosozlik, jiddiy nosozlik, halokatli nosozlik) bo'linadi.Turli xil nosozliklar darajasida turli xil ishlov berish choralari ko'riladi: ogohlantirish, quvvatni cheklash yoki to'g'ridan-to'g'ri yuqori kuchlanishli uzilish.Muvaffaqiyatsizliklarga ma'lumotlarni yig'ish va ratsionallikdagi nosozliklar, elektr nosozliklari (sensorlar va aktuatorlar), aloqa nosozliklari va batareya holatidagi nosozliklar kiradi.

Umumiy misol, batareya haddan tashqari qizib ketganda, BMS yig'ilgan batareya haroratiga qarab batareyaning haddan tashqari qizib ketishini aniqlaydi, so'ngra ushbu batareyaning zanjirini uzish uchun boshqaradi, qizib ketishdan himoya qiladi va EMS kabi boshqaruv tizimlariga ogohlantirish yuboradi.

3.4 Aloqa

BMS ning normal ishlashini uning aloqa funktsiyasidan ajratib bo'lmaydi.Batareyani boshqarish vaqtida batareyani nazorat qiladimi, batareya holatini tashqi dunyoga uzatadimi yoki boshqaruv ko'rsatmalarini oladimi, barqaror aloqa talab qilinadi.

Quvvat akkumulyatori tizimida BMS ning bir uchi akkumulyatorga, ikkinchi uchi esa butun avtomobilning boshqaruv va elektron tizimlariga ulangan.Umumiy muhit CAN protokolidan foydalanadi, lekin batareya paketining ichki qismlari o'rtasida ichki CAN-dan foydalanish va batareya to'plami va butun avtomobil o'rtasida avtomobil CAN-dan foydalanish o'rtasida farq bor.

Aksincha, energiyani saqlash BMS va ichki aloqa asosan CAN protokolidan foydalanadi, lekin uning tashqi aloqasi (tashqi, asosan, energiya saqlash elektr stantsiyasining PCS dispetcherlik tizimiga tegishli) ko'pincha TCP/IP protokoli va modbus protokoli Internet protokoli formatlaridan foydalanadi.

4) Energiyani saqlash BMS

Energiyani saqlash BMS ishlab chiqaruvchilari odatda quvvat akkumulyatori BMS dan ishlab chiqilgan, shuning uchun ko'plab dizayn va atamalar tarixiy kelib chiqishi bor

Masalan, quvvat batareyasi odatda BMU (Batareya monitori birligi) va BCU (Batareyani boshqarish birligi) ga bo'linadi, birinchisi ma'lumotlarni yig'adi, ikkinchisi esa uni boshqaradi.

Batareya xujayrasi elektrokimyoviy jarayon bo'lganligi sababli, bir nechta batareya xujayralari batareyani hosil qiladi.Har bir batareya xujayrasining xususiyatlaridan kelib chiqqan holda, ishlab chiqarish jarayoni qanchalik aniq bo'lmasin, vaqt o'tishi bilan va atrof-muhitga qarab har bir batareya xujayrasida xatolar va nomuvofiqliklar bo'ladi.Shu sababli, batareyani boshqarish tizimi batareyaning joriy holatini cheklangan parametrlar orqali baholashdir, bu biroz an'anaviy xitoylik tibbiyot shifokoriga o'xshaydi, jismoniy va kimyoviy tahlilni talab qiladigan G'arb tibbiyoti emas, balki simptomlarni kuzatish orqali bemorga tashxis qo'yadi.Inson tanasining fizik-kimyoviy tahlili akkumulyatorning elektrokimyoviy xususiyatlariga o'xshash bo'lib, uni keng ko'lamli eksperimental asboblar bilan o'lchash mumkin.Biroq, o'rnatilgan tizimlar uchun elektrokimyoning ba'zi ko'rsatkichlarini baholash qiyin.Shuning uchun, BMS qadimgi Xitoy tibbiyoti shifokoriga o'xshaydi.

4.1 Energiyani saqlash BMSning uch qatlamli arxitekturasi

Energiyani saqlash tizimlarida batareya hujayralarining ko'pligi tufayli xarajatlarni tejash uchun BMS odatda ikki yoki uch qatlamli qatlamlarda amalga oshiriladi.Hozirgi vaqtda asosiy oqim uchta qatlamdan iborat: master-nazorat/master nazorat/tomon nazorat.

4.2 Energiyani saqlash BMS ning batafsil tavsifi

5) Hozirgi holat va kelajakdagi tendentsiya

BMS ishlab chiqaruvchi bir necha turdagi ishlab chiqaruvchilar mavjud:

Birinchi toifa - BMS quvvat akkumulyatorida - avtomobil zavodlarida eng ustun quvvatga ega bo'lgan oxirgi foydalanuvchi.Aslida, chet elda eng kuchli BMS ishlab chiqarish quvvati ham General Motors, Tesla va boshqalar kabi avtomobil zavodlaridir. Uyda BYD, Huating Power va boshqalar mavjud.

Ikkinchi toifa - Samsung, Ningde Times, Xinwangda, Desay Battery, Topband Co., Ltd., Pekin Purrad va boshqalar kabi hujayra ishlab chiqaruvchilari va paket ishlab chiqaruvchilari, shu jumladan batareya zavodlari;

Uchinchi turdagi BMS ishlab chiqaruvchilari energiya elektronikasi texnologiyasida ko'p yillik tajribaga ega bo'lganlardir va Eternal Electronics, Hangzhou Gaote Electronics, Xie Neng Technology va Kegong Electronics kabi universitet yoki tegishli korporativ ma'lumotlarga ega bo'lgan ilmiy-tadqiqot guruhlariga ega.

Asosan terminal avtomobil ishlab chiqaruvchilari ustunlik qiladigan quvvat akkumulyatorlarining BMS-dan farqli o'laroq, energiya saqlash batareyalarining oxirgi foydalanuvchilari BMSni tadqiq qilish, ishlab chiqish va ishlab chiqarishda ishtirok etish uchun zarurat yoki aniq harakatlarga ega emas.Shuningdek, ular akkumulyatorlarni boshqarishning keng ko‘lamli tizimlarini ishlab chiqish uchun ko‘p pul va kuch sarflashlari dargumon.Shu sababli, energiya saqlash batareyasi BMS sanoatida mutlaq afzalliklarga ega bo'lgan muhim o'yinchi yo'q, deb hisoblash mumkin, bu batareya ishlab chiqaruvchilari va sotuvchilari uchun energiya saqlash BMSga e'tibor qaratadigan rivojlanish va tasavvur uchun katta joy qoldiradi.Agar energiya saqlash bozori tashkil etilsa, u akkumulyator ishlab chiqaruvchilari va professional BMS ishlab chiqaruvchilariga rivojlanish uchun juda ko'p joy va kamroq raqobatbardosh qarshilik beradi.

Hozirgi vaqtda energiya saqlash BMSni rivojlantirishga yo'naltirilgan professional BMS ishlab chiqaruvchilari nisbatan kam, asosan energiya saqlash bozori hali boshlang'ich bosqichida ekanligi va bozorda energiya saqlashning kelajakdagi rivojlanishi haqida hali ham ko'p shubhalar mavjud.Shuning uchun ko'pchilik ishlab chiqaruvchilar energiyani saqlash bilan bog'liq BMSni ishlab chiqmaganlar.Haqiqiy ishbilarmonlik muhitida energiya saqlash batareyalari uchun BMS sifatida foydalanish uchun elektr avtomobil akkumulyatori BMS sotib oladigan ishlab chiqaruvchilar ham mavjud.Kelajakda professional elektr transport vositalari BMS ishlab chiqaruvchilari ham keng ko'lamli energiya saqlash loyihalarida ishlatiladigan BMS yetkazib beruvchilarining muhim qismiga aylanishi mumkinligiga ishoniladi.

Ushbu bosqichda turli xil energiya saqlash tizimlarini etkazib beruvchilar tomonidan taqdim etilgan BMS uchun yagona standartlar mavjud emas.Turli ishlab chiqaruvchilar BMS uchun turli dizayn va ta'riflarga ega va ular mos keladigan turli batareyalarga qarab, SOX algoritmi, tenglashtirish texnologiyasi va yuklangan aloqa ma'lumotlari tarkibi ham farq qilishi mumkin.BMSni amaliy qo'llashda bunday farqlar qo'llash xarajatlarini oshiradi va sanoat rivojlanishiga zarar keltiradi.Shu sababli, BMSni standartlashtirish va modullashtirish ham kelajakda rivojlanishning muhim yo'nalishi bo'ladi.