Liczba wyświetleń:0 Autor:Edytuj tę stronę Wysłany: 2024-03-09 Źródło:Ta strona
Często nazywany „nianią akumulatorową” lub „gospodynią domową” system zarządzania akumulatorem (BMS) to technologia zaprojektowana specjalnie w celu monitorowania stanu akumulatora.Służy przede wszystkim do inteligentnego zarządzania i konserwacji każdego modułu akumulatorowego, zapobiegania ładowaniu i rozładowywaniu, wydłużania żywotności akumulatora i monitorowania jego stanu.
Do głównych komponentów systemu zarządzania akumulatorami BMS zaliczają się linie komunikacyjne, siłowniki, sterowniki i różnorodne czujniki.Aby nowe samochody energetyczne mogły spełniać wszystkie obowiązujące przepisy i normy podczas bezpiecznej jazdy, system zarządzania akumulatorami BMS musi monitorować pakiet akumulatorów i wykonywać następujące zadania.
BMS jest potrzebny nie tylko do celów baterie litowe ale także na przyszłość akumulatory półprzewodnikowe I akumulatory jonowo-sodowe.
Rozpoznawanie parametrów baterii
Kontroluj dane dotyczące działania akumulatora, w tym stan ogniwa, informacje o saldzie każdego ogniwa, prąd, napięcie, temperaturę i przepływ płynu chłodzącego (w przypadku akumulatorów chłodzonych cieczą).Obejmują one całkowite napięcie, całkowity prąd, wykrywanie temperatury (najlepiej mieć czujniki temperatury na każdym łańcuchu akumulatorów i na kluczowych złączach kabli, aby zapobiec przeładowaniu, nadmiernemu rozładowaniu, a nawet zjawisku odwrócenia biegunów), wykrywanie dymu (które monitoruje wyciek elektrolitu, itp.) i wykrywanie izolacji.
Oszacowanie stanu baterii
Oblicz stan pracy akumulatora, napięcie maksymalne i minimalne, liczbę cykli, głębokość rozładowania (DOD), stan bezpieczeństwa (SOS), stan zdrowia (SoH), maksymalny prąd ładowania (CCL), limit prądu rozładowania (DCL), stan wewnętrzny rezystancja akumulatora, całkowity czas pracy, koszt energii elektrycznej [Ah], dostawa lub przechowywanie, wykrywanie temperatury oraz to, czy akumulator jest chłodzony cieczą czy powietrzem.
Obejmuje lokalizację usterek, wysyłanie informacji o błędach, ocenę typu usterek i wykrywanie usterek.Wczesne ostrzeganie i metodyka diagnostyczna nazywane są wykrywaniem usterek.Awaria zestawu akumulatorów może być spowodowana przez czujnik, element wykonawczy (taki jak stycznik, wentylator, pompa, grzejnik itp.), obwód akumulatora wysokiego napięcia, podsystem zarządzania temperaturą, sieć, różne elementy sprzętowe sterownika i problemy z oprogramowaniem itp.
Nadmierne napięcie (przeładowanie), zbyt niskie napięcie (nadmierne rozładowanie), nadmierne natężenie prądu, bardzo wysoka temperatura, wewnętrzne zwarcie, luźne złącze, wyciek elektrolitu z akumulatora, zmniejszenie izolacji i inne problemy są uważane za wady samego akumulatora .
Kontrola bezpieczeństwa i alarm dla akumulatorów
Obejmuje elektryczne sterowanie bezpieczeństwem wysokiego napięcia i zarządzanie systemem termicznym.Aby zapobiec wysokim lub niskim temperaturom, przeładowaniu, nadmiernemu rozładowaniu, przetężeniu, wyciekom i innym szkodom akumulatora i ludzi, System Zarządzania Akumulatorem BMS zdiagnozuje problem, powiadomi sterownik pojazdu za pośrednictwem sieci i zażąda od kontrolera pojazdu być skutecznie przetwarzane.Po osiągnięciu określonego progu System Zarządzania Baterią BMS ma możliwość odcięcia zasilania obwodu głównego.
Moduł zarządzania ładowaniem systemu zarządzania akumulatorem (BMS) reguluje ładowarkę tak, aby bezpiecznie ładowała akumulator LiFePO4 w oparciu o poziom mocy, temperaturę i właściwości akumulatora.
Pojemność Paczka baterii jest mniejsza niż pojemność najmniejszego monomeru w grupie ze względu na niespójność.Wyrównywanie baterii wykorzystuje aktywne lub pasywne, rozproszone lub nierozpraszające procedury równowagi oparte na informacjach o pojedynczym akumulatorze, w celu uzyskania pojemności zestawu akumulatorów jak najbliżej minimalnej pojemności pojedynczego akumulatora.
Utrzymuj stałą poprawę wydajności baterii i aktywnie zarządzaj odchyleniami w przypadku każdej baterii.
Siła aktywnego ogrzewania i rozpraszania ciepła jest ustawiana na podstawie danych dotyczących rozkładu temperatury w zestawie akumulatorów, a także wymagań dotyczących ładowania i rozładowania.Dzięki temu akumulator może pracować w optymalnej temperaturze i maksymalizować jego wydajność.
System Zarządzania Baterią BMS wymaga komunikacji z węzłami sieci, takimi jak sterownik pojazdu, w celu raportowania stanu pracy innym urządzeniom za pośrednictwem protokołu komunikacyjnego CAN;w międzyczasie BMS jest trudny do demontażu w pojeździe i obejmuje kalibrację online, monitorowanie, automatyczne generowanie kodu i pobieranie programów online (aktualizowanie bez usuwania produktu).
Aby zapisać w pamięci ważne informacje, w tym kody usterek, konsystencję, skumulowaną liczbę Ah ładowania i rozładowania, SOC, SOH, SOF i SOE.Rzeczywisty BMS samochodu może zawierać tylko część wyżej wymienionego sprzętu i oprogramowania.W każdym ogniwie akumulatora musi być zainstalowany minimum jeden czujnik temperatury i jeden czujnik napięcia akumulatora.Jeden sterownik BMS można zastosować w systemach akumulatorowych obejmujących kilkadziesiąt akumulatorów lub funkcjonalność BMS można zintegrować ze sterownikiem głównym pojazdu.Jeden moduł akumulatorowy może być zarządzany przez sterownik główny i wiele sterowników podrzędnych w systemach akumulatorowych składających się z setek ogniw akumulatorowych.Dla każdego modułu akumulatorowego zawierającego kilkadziesiąt ogniw akumulatorowych mogą znajdować się styczniki obwodowe i moduły równoważące.Moduły te służą do zarządzania modułem akumulatorowym ze sterownika, który pełni funkcję miernika napięcia i prądu, steruje stycznikami, równoważy ogniwo akumulatorowe oraz współpracuje z głównym sterownikiem.Na podstawie dostarczonych danych sterownik główny oszacuje stan akumulatora, zdiagnozuje usterki, wyreguluje temperaturę i wykona inne funkcje.
Samochody elektryczne mają trudne środowisko pracy, dlatego BMS musi oprócz niskiego promieniowania zewnętrznego posiadać silne właściwości przeciwzakłóceniowe.
Jako centrum monitorowania akumulatorów dla pojazdów nowych energii, system zarządzania BMS musi monitorować temperaturę akumulatora, napięcie, prąd ładowania i rozładowania oraz inne istotne parametry w celu dynamicznego monitorowania w czasie rzeczywistym.W razie potrzeby może również podjąć działania awaryjne, aby zabezpieczyć akumulator monomerowy i zapobiec problemom związanym z bezpieczeństwem pakietu akumulatorów przed przeładowaniem, nadmiernym nagrzaniem lub zwarciem.
Systemy pojazdów elektrycznych mogą odzyskiwać energię w celu ładowania akumulatora.
Zarówno cały zestaw akumulatorów, jak i każde pojedyncze ogniwo w zestawie akumulatorów objęte są możliwościami monitorowania i sterowania BMS.Obecnie akumulatory litowo-jonowe są rodzajem akumulatorów o największej gęstości energii i są preferowaną opcją w szerokim zakresie zastosowań, w tym w ogromnych systemach magazynowania energii, samochodach elektrycznych i małych gadżetach elektronicznych.Pomimo wyjątkowej wydajności baterii litowych, istnieją ścisłe wytyczne dotyczące ich użytkowania i mają one wyznaczony bezpieczny obszar działania (SOA).
W przypadku braku monitorowania i zarządzania BMS akumulator jest podatny na poważne skutki i trwałe uszkodzenia.W rezultacie projekt BMS jest również dość skomplikowany.Funkcja monitorowania zapewnia bezpieczeństwo parametrów elektrycznych, kontrolnych, temperaturowych i innych baterii litowej.Aby napięcie, prąd i temperatura dowolnego akumulatora lub modułu monitorowanego przez BMS nie przekroczyły bezpiecznego obszaru operacyjnego (SOA), należy pracować w zakresie danych.
Rozwiązania do zarządzania baterią nie mają ustalonego standardu.Z realizacją funkcji technicznych i projektowaniem często kojarzone są następujące zmienne:
Czas trwania cykli, kwestie bezpieczeństwa związane z zastosowaniami akumulatorowymi i wymagania gwarancyjne
zasady regulujące kary za nieprzestrzeganie norm bezpieczeństwa oraz wymogi dotyczące certyfikacji władz krajowych
Najbardziej podstawowymi cechami projektu BMS są zarządzanie pojemnością i zarządzanie ochroną baterii.Wśród nich znajduje się zarządzanie bezpieczeństwem baterii, które umożliwia pracę baterii w określonym bezpiecznym zakresie napięcia i prądu.Aktywnie reguluje temperaturę i posiada funkcję zapobiegania przegrzaniu, która utrzymuje akumulator w dobrym stanie.
Ponieważ prąd i napięcie mają wpływ na bezpieczeństwo akumulatora, monitorowanie prądu i napięcia akumulatora jest podstawową częścią jego ochrony.Aby chronić akumulator, producenci często ustawiają BMS na standardowy zakres roboczy napięcia i prądu.Wydłuża to żywotność akumulatora i zapobiega jego pracy powyżej wartości znamionowej.
Akumulatory litowo-jonowe często mają chwilowe ograniczenia prądu, zakres szczytowy prądu, czas ładowania i rozładowywania oraz inne mechanizmy zabezpieczające dotyczące limitów prądu ładowania i rozładowania.Można na przykład przewidzieć chwilowy maksymalny prąd ciągły w elektrowniach magazynujących energię i samochodach elektrycznych.System BMS spowoduje zmniejszenie prądu lub jego całkowite zatrzymanie, jeśli przekroczy on przewidywany zakres ochronny.
Napięcie baterii litowej musi również działać w pewnym zakresie napięcia.Unikalny skład chemiczny i warunki pracy akumulatorów litowych określają ich bezpieczny zakres napięcia.Niskonapięciowe baterie litowe mogą powodować powstawanie dendrytów miedzi na anodzie, co zwiększałoby stopień samorozładowania baterii i zagrażałoby bezpieczeństwu.Użycie niskiego napięcia może spowodować efekt pamięci, w wyniku którego bateria litowa traci pojemność.
Aby zmaksymalizować żywotność baterii, napięcie jest często regulowane podczas ładowania lub pracy ze znacznymi obciążeniami prądowymi.Każda okoliczność ograniczająca napięcie akumulatora musi być znana BMS.Kiedy napięcie osiągnie górną granicę, może albo zmniejszyć, albo całkowicie przerwać ładowanie;gdy napięcie zbliża się do niskiego poziomu, zmniejsza obciążenie.Na przykład BMS samochodu elektrycznego obniży wyjściowy moment trakcyjny silnika, aby zabezpieczyć akumulator, gdy napięcie akumulatora spadnie podczas pracy pojazdu.
Temperatura pakietu akumulatorów może być kontrolowana przez BMS poprzez jego ogrzewanie lub chłodzenie.Konfigurując układ chłodzenia cieczą i grzejnik w celu regulacji temperatury akumulatora, powiedzmy od 30 do 35 stopni Celsjusza, można zapobiec nadmiernemu wzrostowi lub spadkowi temperatury akumulatora.
Pojemność akumulatorów litowych pracujących w niskich temperaturach zasadniczo drastycznie spadnie, pomimo faktu, że akumulatory litowo-jonowe mają szeroki zakres temperatur pracy.Wynika to głównie z niższej aktywności chemicznej w niskich temperaturach.Poniżej 5 stopni Celsjusza większości akumulatorów litowych nie da się szybko naładować.Niedopuszczalne jest ładowanie w temperaturze poniżej 0 stopni Celsjusza.Kontrola temperatury ma kluczowe znaczenie, mimo że akumulatory litowe działają lepiej w niskich temperaturach niż akumulatory kwasowo-ołowiowe.Dzieje się tak dlatego, że niskotemperaturowe akumulatory anodowe ładujące mogą pokrywać się metalicznym litem, a wibracje i ciśnienie mogą trwale uszkodzić wewnętrzną strukturę akumulatora.
Zwiększanie pojemności baterii jest kluczowym elementem BMS.Zestawy akumulatorów szybko staną się przestarzałe, jeśli nie zostanie przeprowadzona konserwacja zarządzania pojemnością.Główną przyczyną problemu jest fakt, że stan każdej baterii zmienia się nieregularnie.Zestaw akumulatorów składa się z akumulatorów połączonych równolegle i szeregowo.Baterie mogą mieć drastycznie różną konsystencję.Przykładowe czynniki, które mogą prowadzić do różnic w ogniwach akumulatora, obejmują samorozładowanie i tłumienie akumulatora.
BMS ma możliwość regulowania i równoważenia pojemności w przypadku wystąpienia niespójności baterii.Aby uniknąć przeładowania, na przykład szybko ładujący się pojedynczy akumulator przerwie ładowanie, zanim osiągnie pełną pojemność, i zamiast tego będzie kontynuował ładowanie wolno ładującego się akumulatora przez cały proces ładowania.Następnie BMS zapobiegnie nierównomiernemu ładowaniu i rozładowywaniu, zapobiegnie przeładowaniu lub nadmiernemu rozładowaniu niektórych akumulatorów, wyrównuje ogólny stan naładowania pakietu akumulatorów i maksymalizuje jego pojemność.
W sumie jest tylko jeden BMS, który jest połączony ze wszystkimi pakietami akumulatorów.Duże akumulatory wymagają dużej liczby kabli połączeniowych, co ogólnie utrudnia konserwację i rozwiązywanie problemów.
Architektura BMS, która jest modułowa
Zestaw akumulatorów zawiera kilka systemów BMS, z których jeden pełni funkcję modułu głównego i odpowiada za nadzór nad innymi modułami BMS.Chociaż ten projekt jest dość drogi, jest łatwy w utrzymaniu i debugowaniu oraz ma dużą skalowalność.
Architektura master/slave systemu BMS
Układ ten jest podobny do struktury modułowej w tym sensie, że główny BMS zajmuje się wszystkimi zadaniami obliczeniowymi, kontrolnymi i komunikacyjnymi, podczas gdy jedynym zadaniem podrzędnego BMS jest przesyłanie danych pomiarowych.Takie rozwiązanie odpowiednio upraszcza funkcje, jednocześnie oszczędzając pieniądze.
Architektura dla rozproszonego BMS
Każdy akumulator jest zintegrowany z modułem centrali BMS.Każdy BMS samodzielnie zarządza obliczeniami i komunikacją.Wydaje się, że konstrukcja jest prosta.Z drugiej strony konserwacja i rozwiązywanie problemów stają się trudniejsze i droższe, gdy dla każdego akumulatora wymagany jest BMS.
Ponieważ baterie litowe mają wysoką gęstość energii, współczynnik tolerancji błędów BMS jest dość niski.Aktywne chemicznie akumulatory litowo-jonowe należą obecnie do najbezpieczniejszych dzięki rozwojowi technologii BMS i litowo-jonowej.
