1 Kas yra BMS aktyvusis balansavimas
BMS aktyvus balansavimas – tai energijos perdavimo būdas iš didesnės talpos atskirų elementų į mažesnės talpos atskirus elementus, taip išgaunant baterijų bloko nuoseklumą ir pagerinant energijos kaupimo sistemos veikimą.
BMS aktyvus balansavimas skiriasi nuo pasyvaus balansavimo. Pasyvus balansavimas paprastai iškrauna aukštos įtampos baterijų energiją per rezistorius, kad išlaikytų lygią būseną žemos įtampos akumuliatorių galiai. Šis metodas turi trūkumų, tokių kaip mažas energijos panaudojimo efektyvumas, šilumos išsklaidymas, maža balansinė srovė ir lėtas efektyvumas. Kita vertus, aktyvus balansavimas yra energijos perdavimo iš didelės energijos baterijų į mažai energijos naudojančius akumuliatorius procesas, panašiai kaip medinės lentos privalumų ir trūkumų pašalinimas.
Šiuo metu yra įvairių aktyvaus balansavimo sprendimų, išskyrus „Fit“ kondensatorių sprendimą, kuris dėl mažo taikomų eilučių skaičiaus ir perdavimo apribojimų netapo populiaru, taip pat yra transformatorių sprendimų ir specifinių baterijų DCDC konvertavimo lustų, kuriuos sukūrė puslaidininkių gamintojai. buvo pristatyti rinkai. Aktyvaus balansavimo privalumai yra akivaizdūs – didelis efektyvumas, energijos perdavimas ir tik transformatoriaus ritės nuostoliai, kurie sudaro nedidelę dalį; Subalansuota srovė gali būti suprojektuota taip, kad būtų didelė, siekianti kelis amperus ar net 10A lygį, o balansavimo efektas yra greitas.
Tačiau aktyvi pusiausvyra atneša ir naujų problemų. Pirma, struktūra yra sudėtinga, ypač transformatorių schemose, kur jungiklių matricų ir tvarkyklių projektavimas ir valdymas yra sudėtingas. Dėl šios priežasties aktyvaus balansavimo funkcija negali būti visiškai integruota į tam skirtus IC. Antra, yra išlaidų klausimas. Sudėtingos struktūros neišvengiamai veda prie sudėtingų grandinių, neišvengiama išlaidų ir gedimų padidėjimo, o tai taip pat riboja aktyvaus balansavimo BMS skatinimą.
BMS, be balansavimo funkcijos, pagrindinė balansavimo strategija yra dar svarbesnė. Kai akumuliatoriaus elementų konsistencijos skirtumas yra tam tikrame diapazone, akumuliatoriaus talpa ir įtampa yra teigiamai koreliuojami; Tačiau kai akumuliatoriaus konsistencija toli gražu nėra gera, tai yra, kai akumuliatorius yra pažeistos būklės, galios ir įtampos koreliacija nėra tokia stipri, o balanso pagrindo negalima spręsti vien remiantis įtampos duomenimis. Jei akumuliatorius nežino apie pažeidimus žemiau kritinės būsenos ir vis tiek palaiko įtampos balansą, tai iš tikrųjų gali pakenkti akumuliatoriui, ypač esant aktyviam balansui, kai didelės srovės žala yra didesnė nei esant pasyviam balansui.
Aktyvus balansavimas tinka didelio stygų skaičiaus ir didelės talpos galios tipo ličio baterijų blokams, o pasyvus balansavimas tinka mažos talpos ir mažo eilučių skaičiaus ličio akumuliatorių blokams. „Tesla“ akumuliatoriaus konsistencija labai gera, pakanka pasyvaus balansavimo. Tačiau Kinijoje dar yra kur tobulinti akumuliatorių žaliavas ir gamybos procesus, o baterijų konsistencijos sklaidos laipsnis yra gana didelis. Aktyvus balansavimas labiau tiks galios tipo ličio baterijų paketams.
2 BMS aktyvaus balansavimo vaidmuo energijos kaupimo sistemose
(1) Padidinkite bendrą akumuliatoriaus našumą
1. Pašalinkite galios disbalansą, kurį sukelia nenuoseklūs atskiri akumuliatoriaus bloko elementai, ir pagerinkite bendrą akumuliatoriaus talpą bei galios našumą.
Energijos kaupimo sistemose dėl medžiagų ir gamybos procesų skirtumų, taip pat dėl naudojimo aplinkos ir senėjimo lygių skirtumų yra tam tikrų atskirų elementų cheminių ir elektrinių charakteristikų skirtumų, pasireiškiančių talpos neatitikimais, nuolatinės srovės vidine varža, atvirumu. grandinės įtampa, įkrovimo būsena (SOC) ir kiti aspektai. Dėl šio neatitikimo gali atsirasti netolygi akumuliatoriaus talpa tarp atskirų baterijų bloko elementų, o tai gali turėti įtakos bendrai akumuliatoriaus bloko talpai ir galiai. BMS aktyviai subalansuoja energijos perdavimą iš didesnės talpos atskirų elementų į mažesnės talpos atskirus elementus per energijos perdavimą, taip sumažindamas šį galios disbalanso reiškinį ir pagerindamas bendrą akumuliatoriaus talpą ir galią.
Pavyzdžiui, transformatoriai yra plačiai naudojami aktyviam balansavimui, siekiant subalansuoti energijos paskirstymą akumuliatoriaus pakete, naudojant apatinės ir viršutinės balansavimo strategijas. Taip pat yra balansavimo metodų, pagrįstų energijos kaupimo komponentais, tokiais kaip kondensatoriai ir induktoriai, arba DC-DC keitikliais. Šie energijos nenaudojantys balansavimo metodai daugiausia perduoda energiją tarp atskirų elementų arba tarp atskirų elementų ir viso akumuliatoriaus bloko per kondensatorius, induktorius arba DC-DC keitiklius. Palyginti su energiją vartojančiomis balansavimo struktūromis, jos yra sudėtingesnės, tačiau pasižymi didesniu energijos panaudojimo efektyvumu, lanksčiu energijos perdavimu ir gali efektyviai pagerinti bendrą baterijų bloko veikimą.
2. Nustatydami kiekvienos atskiros baterijos elemento būseną, naudokite balansavimo metodus, kad palaikytumėte įtampą arba įkrovos būseną tarp atskirų elementų tam tikrame diapazone.
BMS aktyvaus balansavimo sistema įvertina akumuliatoriaus darbinę būseną, nuolat stebėdama pagrindinius parametrus, tokius kaip įtampa, srovė ir kiekvieno akumuliatoriaus elemento temperatūra. Aptikus atskirų baterijų įtampos ar įkrovos skirtumą, įjungiamas balansavimo metodas. Pavyzdžiui, naudojant dvikryptį tiesioginį DC-DC keitiklį kaip balansavimo pagrindinę grandinę, kai energija perduodama iš aukštos įtampos pusės į žemos įtampos pusę, keturi perjungimo tranzistoriai veikia pagal specifinį vairavimo signalo laidumo laiką, kad būtų pasiektas dvikryptis energijos perdavimas iš įrenginio žemos įtampos pusę U1 į aukštos įtampos pusę U2 ir iš aukštos įtampos pusės U2 į įrenginio žemos įtampos pusę U1, taip išlaikant įtampą arba įkrovos būseną tarp įrenginio baterijų tam tikrame diapazone.
Tuo pačiu metu mikrovaldiklio valdymo grandinė, kaip visos balansavimo sistemos šerdis, valdo įtampos gavimo modulį per CAN magistralę, kad surinktų kiekvieno atskiro akumuliatoriaus modulio elemento įtampą. Informacija apie akumuliatorių yra apibendrinta ir naudojama balansavimo planui sukurti. Jungiklių masyvas naudojamas elementams, kuriuos reikia subalansuoti, parinkti, o tada balansavimo komanda siunčiama į balansavimo valdymo grandinę, kad būtų užtikrinta, jog kiekvienos atskiros baterijos elemento būsena yra priimtino diapazono ribose.
(2) Pailginkite akumuliatoriaus naudojimo laiką
1. Neleiskite susidaryti nuoseklumui tarp akumuliatoriaus elementų ir sumažinkite akumuliatoriaus sklaidos poveikį akumuliatoriaus naudojimo trukmei.
Akumuliatoriaus elementų neatitikimas palaipsniui kaupsis ilgėjant naudojimo laikui, sudarydamas elektros energijos kiekio disbalansą tarp akumuliatoriaus elementų, o tai ne tik paveikia bendrą baterijos bloko talpą ir galią, bet ir apriboja baterijos naudojimo laiką. pakuotė. BMS aktyviai subalansuoja energijos perdavimą iš didesnės talpos atskirų ląstelių į mažesnės talpos atskiras ląsteles per energijos perdavimą, taip slopindamas tarpląstinio nuoseklumo atsiradimą.
Pavyzdžiui, naudojant aktyvaus balansavimo technologiją galima išvengti ankstyvo kai kurių baterijų senėjimo, kurį sukelia nenuoseklūs atskiri elementai. Shenzhen Kelie Technology Co., Ltd. sukurti BMS produktai, turintys pagrindines „aktyvaus balansavimo ir belaidžio perdavimo“ technologijas, gali tiksliai stebėti kiekvienos atskiros baterijos energiją ir aktyviai pasiekti efektyvų energijos perdavimą tarp atskirų baterijų, kad būtų pasiektas energijos balanso tikslas atskiros baterijos, žymiai pagerina baterijos veikimą, sumažina nuoseklumą tarp akumuliatoriaus elementų ir sumažina baterijos sklaidos įtaką akumuliatoriaus naudojimo trukmei.
2. Jis gali padidinti turimą akumuliatoriaus sistemos talpą ir žymiai pagerinti ciklo tarnavimo laiką.
BMS aktyvaus balansavimo technologija efektyviai pašalina talpos disbalanso problemą tarp akumuliatoriaus elementų per energijos perdavimą, pagerindama viso akumuliatoriaus bloko veikimą. Palyginus su tradiciniais balansavimo lustais, pritaikytas savarankiškai sukurtas dvikryptis DC-DC aktyvus balansavimo lustas, kurį sukūrė Kelie, novatoriškas integruotas pažangus išmanusis algoritmas greitai ir efektyviai kompensuoja akumuliatoriaus generuojamus skirtumus per energijos perdavimą, užtikrindamas baterijos nuoseklumą ir pailgindamas tarnavimo laiką. ir vidutinis laikas tarp akumuliatoriaus bloko gedimų ir veiksmingai gerinant ekonominę viso gaminio gyvavimo ciklo naudą. Ilgalaikių ciklinių bandymų duomenys rodo, kad ši aktyvaus balansavimo technologija gali padidinti turimą akumuliatoriaus sistemos talpą daugiau nei 10%, pailginti ciklo tarnavimo laiką daugiau nei 20%, o kuo daugiau serijų prijungta, tuo geresnis efektas yra reikšmingesnis.
3 BMS aktyvaus balansavimo veikimo principas
(1) Pusiausvyros sistemos sudėtis
BMS aktyviąją balansavimo sistemą daugiausia sudaro serijinis akumuliatoriaus modulis, 12 V baterijų blokas, jungiklių matrica, balansavimo pagrindinė grandinė, įtampos gavimo grandinė ir mikrovaldiklio valdymo grandinė.
1. Perjungti masyvą:
Jungiklių masyvą sudaro baterijos elementų blokavimo jungikliai ir akumuliatoriaus poliškumo blokavimo jungikliai, kuriais galima pasiekti elementų, kuriuos reikia subalansuoti, blokavimą. Pavyzdžiui, 7-elementų serijoje prijungtam akumuliatorių blokui yra specifinių jungiklių derinių, skirtų skirtingoms baterijoms pasirinkti. Kaip pavyzdį imant 1 ir 2 akumuliatoriaus pasirinkimą, kai pasirenkamas 1 akumuliatorius, įjungiami jungikliai K1, K2, KP3 ir KP4, o kiti jungikliai išjungiami, suformuojant specifinę įkrovimo ir iškrovimo grandinę; Pasirinkus 2 akumuliatorių, įjungiami jungikliai K2, K3, KP1, KP2, o kiti jungikliai išjungiami, suformuojant atitinkamą įkrovimo ir iškrovimo grandinę. Nelyginis elementų blokavimas gali reikšti 1 akumuliatoriaus blokavimo jungiklių derinį, o net elementų blokavimas gali reikšti 2 akumuliatoriaus blokavimo jungiklių derinį.
2. Subalansuota pagrindinė grandinė:
Dviejų krypčių DC-DC keitiklio pritaikymas, kad būtų pasiektas dvikryptis energijos perdavimas. Šią topologiją daugiausia sudaro transformatorius T, du atrankos rezistoriai R1 ir R2, du filtravimo kondensatoriai C1 ir C2, fiksuojantis kondensatorius C3, filtravimo induktyvumas L ir keturi perjungimo tranzistoriai Q1–Q4.
(2) Darbo režimas
1. Energija perduodama iš vieno įrenginio žemo slėgio pusės į aukšto slėgio pusę.
2. Energija perduodama iš aukštos įtampos pusės į žemos įtampos pusę vieno bloko, kuris yra padalintas į keturis etapus. Energijos perdavimas ir išleidimas pasiekiamas per jungiklio vamzdžio laidumą ir atjungimą:
1 etapas: Nuo laiko t1 iki t2 įjungiami perjungimo vamzdeliai Q2 ir Q3. Šiuo metu įėjimo srovė I1 teka į tą patį transformatoriaus aukštos įtampos šoninės apvijos gnybtą, o išėjimo srovė I2 – iš to paties transformatoriaus žemos įtampos šoninės apvijos gnybto. Aukštos įtampos pusė U2 tuo pačiu metu perduoda energiją žemos įtampos pusei U1 ir induktoriui L.
2 etapas: nuo t2 iki t3 jungikliai Q2 ir Q3 išjungiami, I2 tęsia jungiklių Q1 ir Q2 korpuso diodai, IT2 palaipsniui mažėja, IQ1 palaipsniui didėja, o induktoriuje L kaupiama energija ir liekamoji magnetinė energija. žemos įtampos apvijos išleidžiamos į žemosios įtampos pusę.
3 etapas: Nuo laiko t3 iki t4 įjungiamas jungiklis Q1, I2 tęsiamas jungikliu Q1, o induktoryje L sukaupta energija išleidžiama į žemos įtampos pusę U1.
4 etapas: Nuo laiko t4 iki t5 jungiklis Q1 išjungiamas, I2 tęsia jungiklio Q1 korpuso diodas, o induktoriaus L sukaupta energija toliau išleidžiama į žemos įtampos pusę U1. Tarp jų, antrasis ir ketvirtasis etapai yra negyvos zonos etapai, kad Q1 nesutrumpėtų žemos įtampos apvijos, kai laidai Q2 ir Q3. Jungiklis Q4 yra nuosekliai sujungtas su užveržimo kondensatoriumi C3 ir lygiagrečiai prijungtas abiejuose jungiklio Q3 galuose, kad būtų aktyvus užspaudimas ir transformatoriaus magnetinis atstatymas.
4 Dabartinė BMS aktyvaus balansavimo būsena energijos kaupimo sistemose
(1) Rinkoje dalyvaujančios įmonės
Šiuo metu aktyvaus BMS balansavimo energijos kaupimo sistemose rinkos dalyviai yra trijų tipų: transporto priemonių gamintojai, galios ličio baterijų gamintojai ir nepriklausomi BMS gamintojai.
Transporto priemonių gamintojų gaminamų BMS instaliuota galia sudaro apie 21,3% visos, galios ličio baterijų gamyklų instaliuota galia – apie 45,4%, o profesionalūs BMS gamintojai – apie 33,3%. Nors transporto priemonių ir baterijų gamintojai vis dar užima svarbias pozicijas, tačiau vykstant technologijų pažangos ir specializuoto darbo pasidalijimo tendencijai, profesionalūs BMS gamintojai stipriai auga ir tapo dominuojančiais komercinių transporto priemonių srityje ir, tikimasi, turės didelės įtakos energetikos srityje. saugojimo laukas.
Pavyzdžiui, CATL ir BYD užima dideles rinkos dalis galios ličio baterijų srityje, taip pat turi tam tikrą įtaką energijos kaupimo BMS rinkoje. „General Motors“, „Tesla“, BYD, „Huating Power“ ir kiti automobilių gamintojai, taip pat akumuliatorių gamintojai, tokie kaip BYD, Samsung, CATL, Xinwangda, Desai Battery, Tuobang Co., Ltd. ir Beijing Plaid, aktyviai dalyvauja energijos kaupime. BMS rinka. Be to, profesionalūs BMS gamintojai, tokie kaip Hangzhou Gaote Electronics, Xieneng Technology ir Sci Tech Electronics, taip pat nuolat tyrinėja energijos kaupimo BMS sritį.
(2) Esamos problemos
1. Kinijos energijos kaupimo BMS pradėtas kurti palyginti vėlai, su nepilnais standartais ir be vieningos kontrolės strategijos. Nors galioja pagrindų standartai, kiekviena įmonė aukštosios įtampos dėžėms ir energijos kaupimo laidų pynėms kelia skirtingus reikalavimus, o tai lemia dideles įrengimo ir paleidimo sąnaudas, daugybę gedimų, sudėtingą energijos kaupimo sistemų eksploatavimą ir priežiūrą. Atitinkami šalies departamentai formuoja su pramone susijusius standartus, kurie, tikimasi, toliau reguliuos BMS pramonę, užtikrins baterijų saugą ir tarnavimo laiką bei sumažins energijos kaupimo sistemų kainą standartizuojant ir didinant mastelį.
2. Dar reikia toliau gerinti aktyvaus balansavimo technologijos patikimumą, o sąnaudas dar labiau mažinti. Šiuo metu aktyviosios pusiausvyros struktūra yra sudėtinga, o kaina yra daug didesnė nei pasyviosios pusiausvyros. Pavyzdžiui, įprastas aktyvaus balansavimo metodas naudojant transformatorius DC-DC įkrovimui ir iškrovimui yra sudėtingos struktūros, o jungiklių matricų ir tvarkyklių projektavimas ir valdymas yra sudėtingas, o tai taip pat riboja visišką aktyvaus balansavimo funkcijos integravimą į tam skirtus IC. Be to, dėl sudėtingų struktūrų neišvengiamai susidaro sudėtingos grandinės, neišvengiama išlaidų ir gedimų padidėjimo, o tai taip pat riboja aktyvaus balansavimo BMS skatinimą.
3. Energijos kaupimo BMS algoritmas dar tik pradedamas kurti, o pažangos, algoritmo konvergencijos ir tvirtumo įvertinimą dar galima tobulinti. Ypač svarbus akumuliatoriaus įspėjimo algoritmas yra energijos kaupimo sistemose, tačiau Kinijos pramonėje jis vis dar yra beveik tuščias. Apskritai BMS pramonės energijos kaupimo srityje bendras lygis yra žemas, yra įvairių BMS gamybos įmonių ir netolygi gaminių kokybė. Kai kurios įmonės nepakankamai išmano energijos kaupimo sistemas. Dėl to BMS visada užima aukštą vietą visos energijos kaupimo sistemos komponentų gedimų reitinge.
5 BMS aktyvaus balansavimo energijos kaupimo sistemose plėtros tendencija
(1) Aktyvaus balansavimo technologija tampa ateities tendencija
Nuolat tobulinant energijos kaupimo sistemų veikimo reikalavimus, aktyvaus balansavimo technologijos pranašumai tampa vis ryškesni. Tai gali veiksmingai pagerinti akumuliatoriaus nuoseklumą ir taip pagerinti bendrą energijos kaupimo sistemos veikimą. Praktikoje aktyvaus balansavimo technologija gali perkelti energiją iš daug energijos naudojančių baterijų į mažai energijos naudojančius akumuliatorius, kad būtų pasiektas energijos balansas baterijų bloke, kaip ir pašalinant medinių lentų stipriąsias ir silpnąsias puses. Ši technologija pasižymi ne tik dideliu efektyvumu ir mažais nuostoliais, bet ir turi didelę subalansuotą srovę bei greitus rezultatus. Todėl aktyvaus balansavimo technologija bus plačiai taikoma energijos kaupimo baterijų valdymo sistemose ir taps ateities plėtros tendencija.
(2) Pagrindinių komponentų lokalizavimas
Kuriant vietinę BMS pramonę reikia sutelkti dėmesį į pagrindinių komponentų lokalizavimą. Šiuo metu Kinijos energijos kaupimo BMS pradėjo veikti palyginti vėlai, o pagrindiniai komponentai priklauso nuo importo, o tai ne tik padidina išlaidas, bet ir gali susidurti su nestabilaus tiekimo rizika. Nepriklausomų tyrimų ir plėtros pajėgumų tobulinimas ir pagrindinių komponentų lokalizavimas yra labai svarbūs siekiant padidinti Kinijos BMS pramonės konkurencingumą. Pavyzdžiui, Kinijos tarptautinės kapitalo korporacijos (CICC) paskelbtoje tyrimų ataskaitoje buvo nurodyta, kad yra daug galimybių pagerinti baterijų valdymo lustų lokalizavimo greitį, o vietiniai gamintojai susiduria su didelėmis verslo galimybėmis. Didėjant vidaus vartotojų rinkai ir didėjant vietinių vartotojų gamintojų daliai, vietiniai baterijų valdymo lustų gamintojai atvers naujas galimybes.
(3) Patobulinta produktų integracija
Ateityje baterijos būsenos algoritmų ir debesyje pagrįstų didelių duomenų derinys taps įprastas, o dirbtinio intelekto algoritmai taip pat bus plačiai taikomi BMS. Tai padidins sistemos patikimumą ir saugumą. Pavyzdžiui, Xi'an Xingyuan Borui New Energy Technology Co., Ltd. taikomas patentas „Energijos saugojimo keitiklis ir energijos kaupimo sistema“ supaprastina dizainą, sumažina sistemos sudėtingumą ir komponentų skaičių bei žymiai sumažina dizainą. kaina ir integravimo sunkumai. Tuo pačiu metu valdymo bloko konstrukcija leidžia įrenginiui protingai paskirstyti galią, pagerinant energijos kaupimo sistemos veikimo efektyvumą. Nuolat tobulėjant technologijoms, BMS produktų integracija ir toliau tobulės, suteikdama stipresnę paramą energijos kaupimo sistemų kūrimui.