Πώς να σχεδιάσει ένα BMS, ο εγκέφαλος ενός συστήματος αποθήκευσης μπαταριών

May 31, 2022

τα τελευταία νέα της εταιρείας για Πώς να σχεδιάσει ένα BMS, ο εγκέφαλος ενός συστήματος αποθήκευσης μπαταριών

Τα συστήματα ενεργειακής αποθήκευσης μπαταριών τοποθετούνται όλο και περισσότερο να απαιτήσουν τις συνθήκες στην αγορά, που παρέχουν ένα ευρύ φάσμα των εφαρμογών. Θα ήταν μια ερώτηση άξια ότι πώς να χτίσει ένα σύστημα διαχείρισης μπαταριών (BMS) που εξασφαλίζει τη μακροχρόνιες διάρκεια ζωής, τη μεταβλητότητα και τη διαθεσιμότητα.

 

 

τα τελευταία νέα της εταιρείας για Πώς να σχεδιάσει ένα BMS, ο εγκέφαλος ενός συστήματος αποθήκευσης μπαταριών  0

 

 

Κάθε σύγχρονη μπαταρία χρειάζεται ένα σύστημα διαχείρισης μπαταριών (BMS), που είναι ένας συνδυασμός ηλεκτρονικής και λογισμικού, και ενεργεί ως εγκέφαλος της μπαταρίας. Αυτό το άρθρο εστιάζει στην τεχνολογία BMS για τα στάσιμα συστήματα ενεργειακής αποθήκευσης. Οι πιό βασικές λειτουργίες του BMS είναι να σιγουρευτεί ότι τα κύτταρα μπαταριών παραμένουν ισορροπημένα και ασφαλή, και οι σημαντικές πληροφορίες, όπως η διαθέσιμη ενέργεια, μεταφέρονται προς το χρήστη ή τα συνδεδεμένα συστήματα.

 

Η εξισορρόπηση απαιτείται επειδή τα συστήματα μπαταριών αποτελούνται από τις εκατοντάδες, μερικές φορές χιλιάδες των μεμονωμένων κυττάρων, τα οποία όλα έχουν τις ελαφρώς διαφορετικές ικανότητες και τις αντιστάσεις. Αυτές οι διαφορές αυξάνονται με τον καιρό όπως τα κύτταρα υποβιβάζουν στα διαφορετικά ποσοστά. Εάν τα κύτταρα δεν είναι ισορροπημένα τουλάχιστον περιστασιακά, οι τάσεις τους θα παρασύρουν σύντομα χώρια σε μια έκταση ότι η ικανότητα μπαταριών γίνεται ακατάλληλη προς χρήση.

 

Η ασφάλεια εξασφαλίζεται με την κράτηση των κυττάρων μέσα στα ασφαλή λειτουργούντα όρια της τάσης, του ρεύματος και της θερμοκρασίας, η οποία είναι ιδιαίτερα σημαντική για τις λίθιο-ιονικές μπαταρίες. Εάν τα κύτταρα παίρνουν υπερφορτωμένα, χρεωμένα στις πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, ή εκτεθειμένα στα υπερβολικά ρεύματα ή τις θερμοκρασίες, θα μπορούσαν να αναπτύξουν τα ελαττώματα που μπορούν να οδηγήσουν στις πυρκαγιές ή τις εκρήξεις.

Οι πληροφορίες όπως η διαθέσιμες ενέργεια και η δύναμη δεν μπορούν να μετρηθούν άμεσα, το οποίο σημαίνει ότι το BMS πρέπει να υπολογίσει βάσισε στις μετρήσεις της τάσης, του ρεύματος και της θερμοκρασίας. Αυτοί οι υπολογισμοί καλούνται κρατική εκτίμηση και τα αποτελέσματα μεταφέρονται προς τα υψηλότερου επιπέδου συστήματα, συμπεριλαμβανομένων των ενδιάμεσων με τον χρήστη.

 

 

τα τελευταία νέα της εταιρείας για Πώς να σχεδιάσει ένα BMS, ο εγκέφαλος ενός συστήματος αποθήκευσης μπαταριών  1

 

Προτού να εξετάσουμε τις εκτιμήσεις σχεδίου BMS με περισσότερες λεπτομέρειες, αξίζει τους διαφορετικούς τύπους απαιτήσεων BMS και βιομηχανίας που ενημερώνουν τις επιλογές σχεδίου. Η ισορροπώντας προσέγγιση χρησιμοποιείται χαρακτηριστικά για να ταξινομήσει τους τύπους BMS, αν και άλλες πτυχές σχεδίου διαδραματίζουν τους σημαντικούς ρόλους, όπως οι διαφορετικές προσεγγίσεις στις ροές κρατικών εκτίμησης και πληροφοριών.

Βασική κατασκευή πακέτων

Τα κύτταρα, ή τα ηλεκτροχημικά κύτταρα, όπως τα λίθιο-ιονικά κύτταρα είναι η μικρότερη μονάδα της ενεργειακής αποθήκευσης μέσα σε ένα πακέτο. Έρχονται στα διάφορα φυσικά μεγέθη που αφορούν άμεσα την ικανότητά τους. Η ελάχιστη τάση ενός λίθιο-ιονικού κυττάρου μπορεί να είναι τόσο χαμηλή όσο 2.5V (για τα κύτταρα LFP) και η μέγιστη τάση μπορεί να είναι τόσο υψηλή όσο 4.3V για τις χημείες NMC.

Τα κύτταρα συνδέονται παράλληλα για να αυξήσουν το μέγιστο ρεύμα που μπορεί να προέλθει από το πακέτο. Μια ομάδα παράλληλων συνδεδεμένων κυττάρων καλείται έξοχο κύτταρο.

Γενικά, τα κύτταρα μέσα σε ένα έξοχο κύτταρο μόνος-ισορροπία και δεν υπάρχει καμία ανάγκη να ρυθμιστούν περαιτέρω. Οι εξαιρέσεις μπορούν να περιλάβουν τις νέες χημείες όπως το θείο λίθιου και τις χημείες με την επίπεδη κατάσταση της δαπάνης εναντίον των καμπυλών τάσης που χρησιμοποιούνται στις ακραίες συνθήκες κλουβιών όπως το φωσφορικό άλας σιδήρου λίθιου.

Τα έξοχα κύτταρα συνδέονται σωρηδόν για να διαμορφώσουν μια σειρά. Ένα πακέτο μπαταριών αποτελείται συνήθως από μια ενιαία σειρά. Η σύνδεση των έξοχων κυττάρων αυξάνει σωρηδόν την τάση του πακέτου, το οποίο είναι απαραίτητο στις εφαρμογές υψηλής δύναμης για να αποτραπούν τα ειδάλλως εξαιρετικά υψηλά λειτουργούντα ρεύματα.

Κατά προσθήκη των κυττάρων σε μια διαμόρφωση πακέτων μπαταριών, ενεργειακή την ικανότητα αυξάνεται. Επομένως, η προσθήκη των παράλληλων κυττάρων σε ένα έξοχο κύτταρο αυξάνει την ενεργειακή ικανότητα του πακέτου, όπως να συνδέσει ένα πρόσθετο έξοχο κύτταρο σωρηδόν.

 

τα τελευταία νέα της εταιρείας για Πώς να σχεδιάσει ένα BMS, ο εγκέφαλος ενός συστήματος αποθήκευσης μπαταριών  2

 

Τύποι BMS

Ισορροπώντας προσέγγιση

 

Η παθητική εξισορρόπηση συγχρονίζει τις τάσεις κυττάρων στο τέλος της διαδικασίας δαπανών με την απελευθέρωση της ενέργειας, που θα είχε πάει στα πλήρως χρεωμένα κύτταρα, ως θερμότητα μέσω των αντιστατών. Το πλεονέκτημα αυτής της προσέγγισης είναι το χαμηλό συστατικό κόστος της ηλεκτρονικής.

 

Τα μειονεκτήματα περιλαμβάνουν ότι όλα τα κύτταρα εκτίθενται στο ίδιο ρεύμα, έτσι σημαίνει ότι τα πιό αδύνατα series-connected κύτταρα περιορίζουν την ενέργεια, τη δύναμη, τη διάρκεια ζωής και την ασφάλεια ολόκληρης της μπαταρίας. Η υποβάθμιση κυττάρων επιταχύνεται δεδομένου ότι το ρεύμα στα πιό αδύνατα κύτταρα είναι υψηλότερο σχετικά με την ικανότητά τους, η οποία μπορεί επίσης να προκαλέσει τα εντοπισμένα καυτά σημεία που μπορούν να οδηγήσουν στην de-εκτίμηση των ζητημάτων ισχύος της μπαταρίας ή ακόμα και ασφάλειας. Επιπλέον, η ενέργεια σπαταλιέται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας χρέωσης. Το παθητικό BMS μπορεί μόνο να ελέγξει το ρεύμα πακέτων και να το διακόψει μέσω αποσυνδέει το διακόπτη σε περίπτωση ελαττώματος.

 

Εάν η αμφίδρομη ροή πληροφοριών εφαρμόζεται, τις σύστημα-ισόπεδες παραμέτρους όπως οι λειτουργικές τοποθετήσεις μπορούν να αλλάξουν για να δώσουν προτεραιότητα είτε στη διάρκεια ζωής είτε την απόδοση μπαταριών. Η διάρκεια ζωής δίνεται προτεραιότητα με τη μείωση του λειτουργικού παραθύρου εις βάρος της διαθέσιμης ενέργειας ή της δύναμης, ενώ η απόδοση δίνεται προτεραιότητα με τη διεύρυνση του λειτουργικού παραθύρου, εις βάρος της διάρκειας ζωής μπαταρίας.

 

Η ενεργός εξισορρόπηση εφαρμόζεται χαρακτηριστικά μέσω των low-current κυκλωμάτων παράκαμψης, ποια άμεσα χαμηλά ρεύματα χρέωσης στα κύτταρα που δεν χρεώνονται ακόμα, παρά την απελευθέρωση της ενέργειας ως θερμότητα. Το κύριο όφελος αυτής της προσέγγισης είναι να βελτιωθεί η αποδοτικότητα χρέωσης, η οποία μπορεί να είναι σημαντική εάν η διαθέσιμη ενέργεια χρέωσης πρέπει να χρησιμοποιηθεί όσο το δυνατόν αποτελεσματικότερα. Για τις περισσότερες εφαρμογές, εντούτοις, η ενεργός εξισορρόπηση δεν δικαιολογεί το προστιθέμενο συστατικό κόστος για τα οφέλη που παράγουν. Όπως με την παθητική εξισορρόπηση, η υποβάθμιση κυττάρων επιταχύνεται από τα υψηλότερα σχετικά ρεύματα στα πιό αδύνατα κύτταρα και τα καυτά σημεία μπορούν να διαμορφώσουν.

 

 

 

 

 

Κρατική εκτίμηση

 

Η εκτίμηση του κράτους της δαπάνης (SOC) και του κράτους της υγείας (SoH) είναι βασισμένη σε έναν συνδυασμό προτύπων μπαταριών και αλγορίθμων εκτίμησης. Το επίπεδο εκλέπτυνσης και ακρίβειας που είναι δυνατό για την κρατική εκτίμηση και τα ελλοχεύοντα πρότυπα μπαταριών εξαρτάται έντονα από το υλικό, το οποίο χρησιμοποιούμε εδώ για να διαφοροποιήσουμε τις διαφορετικές προσεγγίσεις.

 

Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα (ολοκληρωμένο κύκλωμα) χρησιμοποιούνται σε συμβατικότερο BMSs για την κρατική εκτίμηση, τα οποία αναφέρονται συχνά ως “μετρητής καυσίμων”. Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα είναι “” με τα χημεία-συγκεκριμένους πρότυπα μπαταριών και τους αλγορίθμους κρατικής εκτίμησης. Το πλεονέκτημα των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων είναι ότι είναι χαμηλότερο κόστος. Τα μειονεκτήματα περιλαμβάνουν την περιορισμένες ευελιξία και την ακρίβεια σχεδίου συστημάτων. Το τελευταίο τείνει να πάρει χειρότερα με τον καιρό. Η ευελιξία σχεδίου είναι περιορισμένη επειδή τα ολοκληρωμένα κυκλώματα δημιουργούνται χαρακτηριστικά για μια ιδιαίτερη χημεία μπαταριών με τις ιδιαίτερες προδιαγραφές.

 

Εάν η χημεία ή οι προδιαγραφές μπαταριών αλλάζει, το ολοκληρωμένο κύκλωμα πρέπει επίσης να αλλαχτεί και το σχέδιο προσαρμοσμένος. Οι λόγοι για την περιορισμένη και επιδεινωμένος ακρίβεια είναι (ι) κρατική εκτίμηση στα ολοκληρωμένα κυκλώματα είναι βασισμένοι στις γενικευμένες αντιπροσωπεύσεις της χημείας μπαταριών και δεν συλλαμβάνουν οι θερμοδυναμικές και δυναμικές ιδιότητες των κυττάρων, που μπορούν να ποικίλουν μεταξύ των κατασκευαστών, των σχημάτων και των batch, ακόμη και για την ίδια χημεία (ii) που περιορίζεται υπολογιστική ισχύ στα ολοκληρωμένα κυκλώματα περιορίζουν την πολυπλοκότητα και την πίστη των αλγορίθμων κρατικής εκτίμησης και των ελλοχευόντων προτύπων μπαταριών, και (iii) την αλλαγή χαρακτηριστικών κυττάρων με τον καιρό, οι οποίες δεν μπορούν να συλληφθούν κοντά οι αλγόριθμοι ολοκληρωμένου κυκλώματος, που οδηγούν στην αυξανόμενη ανακρίβεια με τον καιρό.

 

Οι μικροεπεξεργαστές μπορούν να προγραμματιστούν με πρότυπα μπαταριών τα πιό σύνθετα, υψηλός-πίστης και αλγόριθμοι κρατικής εκτίμησης, οι οποίοι μπορούν να καθοριστούν με ακρίβεια για να αποτελέσουν τα ιδιαίτερες χαρακτηριστικά και τις προδιαγραφές κυττάρων. Τα μεταβαλλόμενα χαρακτηριστικά κυττάρων μπορούν να προσαρμοστούν με την ενημέρωση των παραμέτρων των αλγορίθμων κρατικής εκτίμησης και των προτύπων μπαταριών, η οποία κρατά τα αποτελέσματα ακριβέστερα με τον καιρό. Το ίδιο υλικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για οποιοδήποτε τύπο χημείας ή κατασκευαστή μπαταριών, που επιτρέπει την τελευταία ευελιξία σχεδίου. Το μειονέκτημα μπορεί να είναι υψηλότερο συστατικό κόστος, ανάλογα με την απαραίτητη λειτουργία και την υπολογιστική δύναμη.

 

 

Ροή πληροφοριών

 

Η ομοιοκατευθυνόμενη ροή πληροφοριών είναι κοινή στα περισσότερα συστήματα μπαταριών: ροές πληροφοριών από το BMS στα υψηλότερου επιπέδου συστήματα και τα ενδιάμεσα με τον χρήστη. Εάν το BMS παρέχεται από τον κατασκευαστή κυττάρων, οι λιγότερες χαμηλού επιπέδου πληροφορίες τείνουν να είναι διαθέσιμες, όπως αυτές οι πληροφορίες μπορούν να θεωρηθούν ευαίσθητος. Οι σημαντικότερες πληροφορίες είναι ασφάλεια και απόδοση σχετικές και περιλαμβάνουν τις μετρικές όπως SOC και SoH.

 

Η αμφίδρομη ροή πληροφοριών είναι δυνατή εάν το BMS μπορεί να επεξεργαστεί τις εισαγωγές, όπως οι αλλαγές στις λειτουργικές τοποθετήσεις (παραδείγματος χάριν μέγιστο και ελάχιστο επιτρεπόμενο τάση κυττάρων ή SOC), ή ακόμα και οι αναπροσαρμογές στα πρότυπα μπαταριών ή τους αλγορίθμους κρατικής εκτίμησης να διατηρήσει την ακρίβειά τους, εάν οι μικροελεγκτές χρησιμοποιούνται.

 

τα τελευταία νέα της εταιρείας για Πώς να σχεδιάσει ένα BMS, ο εγκέφαλος ενός συστήματος αποθήκευσης μπαταριών  3

 

 

Ελάτε σε επαφή μαζί μας
Υπεύθυνος Επικοινωνίας : Mr. Jeffrey
Τηλ.: : 0086-17773109286
Φαξ : 86-731-86187065
Χαρακτήρες Λοιπά(20/3000)