Pratarmė
Akumuliatoriaus valdymo sistema (BMS) atlieka itin svarbų vaidmenį baterijų bloke, ne tik stebint baterijų būseną, bet ir užtikrinant kiekvieno atskiro akumuliatoriaus elemento veikimą bei tarnavimo laiką, subalansuota įkrovimo ir iškrovimo kontrole. Šiame straipsnyje bus gilinamasi į BMS subalansuoto įkrovimo iškrovos valdymo metodo veikimo principą, įgyvendinimo strategiją ir svarbą, kad būtų pateikta nuoroda į saugų ir efektyvų akumuliatorių blokų veikimą.
1. Subalansuoto valdymo principas
BMS balansavimo valdymo funkcija pasiekiama į akumuliatorių įdėjus balansavimo grandines. Balansavimo grandinė gali reguliuoti įkrovimą tarp akumuliatorių, kad kiekvienos baterijos būklė būtų vienoda. Tai daugiausia apima du valdymo aspektus:
Dinaminis balansavimas:Įkrovimo ir iškrovimo proceso metu balansavimas pasiekiamas iškraunant labiau įkrautus akumuliatoriaus bloke esančius akumuliatorius į mažiau įkrautus. Paprastai tai pasiekiama naudojant BMS valdymo algoritmą, kuris įvertina ir valdo pagal kiekvienos baterijos būseną.
Statinis balansavimas:Kai akumuliatorius yra visiškai įkrautas, balansavimo grandinė naudojama didesnio įkrovimo akumuliatoriaus įkrovimui paskirstyti į kitas baterijas, kad būtų išlaikytas akumuliatorių įkrovimo balansas. Statinė pusiausvyra paprastai pasiekiama, kai baterija nustoja krauti arba išsikrauti ilgą laiką.
2. Subalansuotas valdymo procesas
Subalansuoto valdymo procesas paprastai apima šiuos veiksmus:
Baterijos būsenos aptikimas:BMS pirmiausia stebi kiekvieną akumuliatorių bateriją, kad gautų pagrindinius parametrus, tokius kaip įtampa, temperatūra ir likusi talpa (SOC). Tai yra subalansuoto valdymo pagrindas.
Vertinant pusiausvyros sąlygas:Remdamasi akumuliatoriaus būsenos stebėjimo rezultatais, BMS nustatys, ar būtinas pusiausvyros valdymas. Paprastai tai pagrįsta iš anksto nustatytomis pusiausvyros sąlygomis, pvz., įtampos skirtumais tarp atskirų elementų, temperatūrų skirtumais ir kt.
Balanso kontrolė:Jei reikalingas balanso valdymas, BMS pagal konkrečią situaciją pasirinks dinaminio balanso arba statinio balanso metodą, o pusiausvyrą pasieks valdydamas balanso grandinę. Tai apima jungiklių įjungimo / išjungimo valdymą, balansavimo srovės reguliavimą ir kt.
Pusiausvyros efekto stebėjimas:Balansavimo proceso metu BMS nuolat stebės kiekvienos baterijos būseną, siekdama užtikrinti, kad balanso efektas atitiktų lūkesčius. Tai apima parametrų, pvz., įtampos ir atskirų baterijų temperatūros, pokyčių stebėjimą.
Pabaigos pusiausvyros valdymas:Kai pusiausvyra pasieks laukiamą lygį, BMS nutrauks pusiausvyros valdymą ir lauks, kol bus įvykdyta kita pusiausvyros sąlyga, prieš atnaujindama pusiausvyrą.
3. Subalansuoto valdymo kontrolės metodas
Subalansuotame valdyme BMS parinks tinkamą kontrolės metodą pagal konkrečias aplinkybes. Tai apima:
Balansavimo strategija, pagrįsta išorine įtampa:visada naudokite išorinę akumuliatoriaus įtampą kaip kriterijų vertindami akumuliatoriaus bloko konsistenciją, imkitės įtampos mažinimo ir iškrovimo priemonių aukštesnės įtampos akumuliatoriams, o žemesnės įtampos akumuliatoriams naudokite įkrovimo ir įtampos didinimo balansą. Šį metodą gana lengva įgyvendinti, tačiau jį gali paveikti vidiniai akumuliatoriaus parametrai.
Pajėgumu pagrįsta balansavimo strategija:naudojant akumuliatoriaus vidinės talpos išnaudojimo rodiklį kaip bendros baterijos bloko konsistencijos vertinimo kriterijų ir balansuojant pasiekti maksimalų baterijos bloko talpos panaudojimo rodiklį. Šiuo metodu galima pasiekti maksimalų pajėgumo išnaudojimą, tačiau jis netinka subalansuotam valdymui dinaminėmis sąlygomis.
Balanso strategija, pagrįsta likusiu mokesčiu (SOC):Kiekvienos baterijos SOC yra naudojamas kaip balanso matavimo standartas. Kadangi SOC ir talpos savybės yra panašios, SOC pagrįsta balanso valdymo strategija taip pat gali tam tikru mastu pagerinti bendrą akumuliatoriaus talpos panaudojimo rodiklį. Šis metodas reikalauja tik išmatuoti akumuliatoriaus SOC ir neatsižvelgiama į atskirų elementų talpą, todėl jis yra praktiškesnis.
BMS (Battery Management System) subalansuoto įkrovimo ir iškrovimo valdymo metodai daugiausia skirstomi į du tipus: aktyvų balansavimą ir pasyvų balansavimą. Kiekvienas iš šių dviejų metodų turi savo ypatybes ir taikomus scenarijus.
Pasyvioji pusiausvyra (energijos išsklaidymo pusiausvyra)
Principas:Prie kiekvieno akumuliatoriaus elemento lygiagrečiai prijunkite rezistorių. Kai akumuliatoriaus elementas jau yra visiškai įkrautas iš anksto ir reikia toliau krauti kitus akumuliatorius, jis iškraunamas sujungiant rezistorius, kad būtų išsklaidyti perteklinė energija.
Privalumai:Paprasta grandinės struktūra ir maža kaina.
Trūkumai:Mažas energijos panaudojimo lygis ir padidėjęs modulio šilumos išsklaidymas.
Įgyvendinimo būdas:Dažniausiai naudojamas metodas yra pasipriešinimu pagrįstas balansavimo algoritmas, kuris per varžos iškrovą iškrauna aukštesnės įtampos baterijas, išskirdamas elektros energiją šilumos pavidalu, kad būtų pasiektas visos grupės įtampos balansas.
Aktyvi pusiausvyra (energijos perdavimo pusiausvyra)
Principas:Perkelkite energiją iš visiškai įkrauto akumuliatoriaus į kitas baterijas per grandinės dizainą, kad būtų pasiekta subalansuota kiekvienos baterijos būsena.
Privalumai:Didesnis energijos panaudojimo efektyvumas, dėl kurio galima geriau pasiekti energijos balansą akumuliatoriaus pakete.
Trūkumai:Grandinės struktūra ir kaina yra santykinai didesnės.
Įgyvendinimo būdas:
Indukcinio balansavimo algoritmas:Induktyvumas naudojamas kaip energijos kaupimo komponentas energijai perduoti valdant jungiklių įjungimą/išjungimą.
Dviejų krypčių DC-DC balansavimo algoritmas:Naudojant dvikryptį DC-DC keitiklį energijai iš visiškai įkrauto akumuliatoriaus perkelti į kitas baterijas, šis keitiklis gali pasiekti reguliuojamą įėjimo ir išėjimo įtampą, taip užtikrinant energijos perdavimą į kiekvieną akumuliatoriaus bloke esantį akumuliatorių.
Kondensatoriumi pagrįstas balansavimo algoritmas:Kondensatoriai naudojami kaip energijos kaupimo komponentai energijai perduoti valdant jungiklių įjungimą/išjungimą.
Įkraunamas aktyvus balansavimas:Kiekviename akumuliatoriaus stebėjimo bloke yra DC/DC maitinimo modulis, kuris plūduriuojančio įkrovimo režimu atskirai įkrauna akumuliatorių žemiausia įtampa, kad padidėtų jo įkrovimo talpa ir išvengtų prastai veikiančių akumuliatorių perkrovimo.
Apibendrinant galima pasakyti, kad BMS subalansuoto įkrovimo iškrovimo kontrolė yra nepakeičiama akumuliatoriaus valdymo dalis. Atsižvelgiant į taikymo scenarijų ir reikalavimus, galima pasirinkti tinkamą balansavimo būdą. Pasyviosios pusiausvyros metodas tinka sąnaudoms jautriems scenarijams, kai energijos naudojimo efektyvumo reikalavimai yra žemi; Aktyvus balansavimo metodas tinka scenarijams, kuriems reikalingas didelis energijos panaudojimo efektyvumas ir akumuliatoriaus našumas. Praktikoje būtina visapusiškai apsvarstyti ir optimizuoti tokius veiksnius kaip akumuliatoriaus charakteristikos, naudojimo aplinka ir vartotojo poreikiai.
4. BMS subalansuoto įkrovimo ir iškrovimo valdymo būtinybė
Akumuliatoriaus bloke dėl atskirų elementų veikimo skirtumų, darbo aplinkos pokyčių ir naudojimo įpročių skirtumų dažnai skiriasi kiekvienos atskiros ląstelės įkrovimo ir iškrovimo būsena. Jei nekontroliuosite, šie skirtumai palaipsniui kaupsis, todėl tam tikros baterijos bus perkraunamos arba iškraunamos, o tai savo ruožtu turės įtakos viso akumuliatoriaus našumui ir eksploatavimo trukmei. Todėl BMS subalansuota įkrovimo ir iškrovimo kontrolė yra ypač svarbi.
5. BMS subalansuoto įkrovimo ir iškrovimo valdymo veikimo principas
BMS subalansuoto įkrovimo ir iškrovimo valdymo veikimo principas daugiausia grindžiamas kiekvienos atskiros baterijos baterijos baterijos, pvz., įtampos, srovės ir temperatūros, realiuoju laiku stebėjimu. Rinkdama ir analizuodama šiuos duomenis realiuoju laiku, BMS gali nustatyti kiekvienos atskiros baterijos įkrovimo ir iškrovimo būseną ir atitinkamai pritaikyti atitinkamas balansavimo valdymo strategijas.
5.1 Aktyvaus balansavimo veikimo principas
Stebėjimas ir sprendimas:
BMS realiu laiku stebi kiekvienos atskiros baterijos įtampą, srovę, temperatūrą ir kitus parametrus.
Nustatykite, ar reikia inicijuoti aktyvų balansavimą pagal iš anksto nustatytas balansavimo sąlygas (pvz., įtampos skirtumus tarp atskirų elementų, temperatūrų skirtumus ir kt.).
Energijos perdavimas:
Kai reikia balansuoti, BMS įjungia aktyvią balansavimo grandinę.
Naudojant grandinės komponentus, tokius kaip DC-DC keitikliai, induktoriai, kondensatoriai ir kt., energija iš vienos baterijos perduodama į kitas baterijas, kurias reikia įkrauti.
Perkėlimo proceso metu BMS tiksliai kontroliuos perdavimo kiekį ir greitį, atsižvelgdama į faktinę kiekvienos baterijos situaciją.
Poveikio stebėjimas:
Balansavimo proceso metu BMS nuolat stebi kiekvienos atskiros baterijos būseną, kad užtikrintų balansavimo proceso efektyvumą ir saugumą.
Pasiekus iš anksto nustatytą pusiausvyros tikslą, BMS sustabdo aktyvią pusiausvyrą ir laukia, kol bus įvykdyta kita pusiausvyros sąlyga.
5.2 Pasyviosios pusiausvyros veikimo principas
Stebėjimas ir sprendimas:
Panašiai BMS realiu laiku stebi kiekvienos atskiros baterijos įtampą, srovę, temperatūrą ir kitus parametrus.
Kai BMS nustato, kad vienos baterijos įtampa yra per aukšta, ji nustato, kad reikia įjungti pasyvų balansavimą.
Energijos išsklaidymas:
BMS aktyvuoja pasyviąją balansavimo grandinę ir išsikrauna per rezistorius, sujungtus lygiagrečiai per du atskirų akumuliatoriaus elementų galus.
Aukštos įtampos akumuliatoriai išsikrauna per rezistorius, išsklaido energijos perteklių šiluminės energijos pavidalu, taip sumažindami jų įtampą.
Saugumo sumetimai:
Pasyvaus balansavimo proceso metu BMS griežtai kontroliuos iškrovimo srovę ir laiką, kad būtų išvengta perkaitimo ar kitų saugos problemų.
Tuo pačiu metu BMS nuolat stebės akumuliatoriaus būseną, kad užtikrintų balansavimo proceso saugumą ir patikimumą.
6. BMS subalansuoto įkrovimo ir iškrovimo valdymo įgyvendinimo strategija
BMS subalansuoto įkrovimo ir iškrovimo valdymo strategija daugiausia skirstoma į du metodus: aktyvų balansavimą ir pasyvų balansavimą.
6.1 Aktyvios pusiausvyros kontrolės strategija
Principas:Aktyvioji balansavimo valdymo strategija užtikrina pusiausvyrą akumuliatoriaus viduje per energijos perdavimą. Kai BMS nustato, kad tam tikrų atskirų baterijų įtampa yra per aukšta arba per žema, ji suaktyvins aktyviąją balansavimo grandinę, kad perduotų šių baterijų energiją į kitas baterijas ir taip bus pasiektas balansas baterijų bloke.
Privalumai:Aktyvaus balansavimo valdymo strategija pasižymi dideliu energijos panaudojimo efektyvumu ir gali užtikrinti efektyvesnį balansavimą akumuliatoriaus bloke.
Įgyvendinimo būdas:Paprastai tai pasiekiama naudojant grandinės komponentus, tokius kaip DC-DC keitikliai, induktoriai, kondensatoriai ir kt., kurie perduoda energiją iš vieno akumuliatoriaus elemento į kitą.
6.2 Pasyvios pusiausvyros kontrolės strategija
Principas:Pasyvios pusiausvyros valdymo strategija užtikrina pusiausvyrą baterijos viduje per energijos išsklaidymą. Kai BMS nustato, kad tam tikrų atskirų baterijų įtampa yra per aukšta, ji suaktyvins pasyviąją balansavimo grandinę, kad šių baterijų energija būtų išsklaidyta per rezistorius, taip sumažinant jų įtampą ir išlaikant pusiausvyrą baterijų bloke.
Privalumai:Pasyviosios pusiausvyros valdymo strategija yra paprastos struktūros, mažos kainos ir lengvai įgyvendinama.
Trūkumai:Tačiau energijos panaudojimo lygis yra žemas, o tai gali generuoti šilumą ir turėti įtakos akumuliatoriaus temperatūros kontrolei.
7. BMS subalansuoto įkrovimo ir iškrovimo kontrolės svarba
BMS subalansuota įkrovimo ir iškrovimo kontrolė turi didelę įtaką akumuliatorių blokų veikimui ir tarnavimo laikui. Tiksliau:
Saugumo gerinimas:Subalansavus įkrovimo ir iškrovimo valdymą, galima išvengti atskirų baterijų perkrovimo ar iškrovimo, sumažinti akumuliatoriaus gedimo riziką ir pagerinti akumuliatorių blokų saugumą.
Pailgintas tarnavimo laikas:Subalansuota įkrovimo iškrovimo kontrolė gali optimizuoti energijos paskirstymą akumuliatoriaus pakete, sumažinti atskirų elementų veikimo skirtumus ir taip pailginti akumuliatoriaus veikimo laiką.
Našumo gerinimas:Subalansuotas įkrovimo iškrovimo valdymas gali padidinti akumuliatoriaus įkrovimo greitį ir iškrovimo efektyvumą, taip pagerindamas bendrą akumuliatoriaus sistemos veikimą.
Paskutinis vįsakymai
BMS subalansuota įkrovimo ir iškrovimo kontrolė yra nepakeičiama akumuliatoriaus valdymo dalis. Stebėdamas kiekvienos atskiros baterijos baterijos įkrovimo ir iškrovimo būseną realiuoju laiku ir taikydamas atitinkamas balanso valdymo strategijas, BMS gali pasiekti balansą akumuliatoriaus bloke, pagerindamas jo veikimą ir tarnavimo laiką. Žvelgiant į ateitį, sparčiai vystantis tokioms sritims kaip elektromobiliai ir energijos kaupimo sistemos, baterijų valdymo sistemų technologija toliau tobulės ir bus naujovių. Mes ir toliau stengsimės kurti pažangesnius ir išmanesnius BMS produktus, teikti vartotojams kokybiškesnes ir efektyvesnes paslaugas. Taip pat tikimės, kad daugiau įmonių prisijungs prie akumuliatorių valdymo sistemų tyrimų ir taikymo, kartu skatindamos akumuliatorių technologijos pažangą ir elektromobilių pramonės plėtrą.