Што е систем за управување со батерии?

Систем за управување со батерии

Систем за управување со батерии (BMS) е уред кој се користи за ефикасно управување со батериите. За електричните возила, добро-дизајнираниот хардвер и софтвер BMS можат ефективно да го зголемат опсегот на возење, да го продолжат животниот век на батериите, да ги намалат трошоците за работа и да ја осигураат безбедноста и доверливоста на батерискиот пакет. Системот за управување со батерии за напојување стана незаменлива основна компонента на електричните возила. Ова поглавје ќе се фокусира на воведување на составот, функциите и принципите на работа на системот за управување со енергетски батерии.

Архитектура на системот

Типичен хардвер за систем за управување со батерии (BMS) првенствено вклучува Единица за управување со батерии (BMU), единица за управување со ќелии (CMU), сензори, приклучоци за жици итн. Во дизајнот на системи за батерии со големи{{1} размери, изборот на архитектурата BMS е од клучно значење, директно одредувајќи ги методите за поврзување помеѓу хардверските единици и мерењето на софтверот за програмирање на трошоците и повторното влијание на инсталацијата. точност. Врз основа на топологијата помеѓу контролорите во BMS, BMS може да се категоризираат во два вида: интегрирани и дистрибуирани.

1. Интегриран БМ

Интегриран BMS, исто така познат како единечна-единица BMS, се однесува на BMS што ги интегрира основниот контролер (BMU) и контролорот на ќелијата (CMU) во еден контролер, при што главниот контролер директно се справува со функциите за собирање, обработка и контрола на податоци. Топологијата на интегриран BMS е прикажана на Слика 8-1.

 

Интегрираните BMS се компактни, имаат силни-способности против пречки и нудат брза-комуникација на таблата, што го олеснува синхроното прибирање податоци. Понатаму, тие можат да ги извршуваат сите функции на BMS во еден пакет, намалувајќи ги трошоците. Сепак, интегрираните BMS имаат сложени конектори и приклучоци за жици, што го отежнува заштитата на батерискиот систем кога се појавуваат кратки кола во различни делови од системот. Тие се погодни само за помали батериски модули и имаат слаба приспособливост и одржување.

 

2. Дистрибуиран BMS

 

За разлика од интегрираните топологии, дистрибуираните архитектури ја делат функционалноста на BMS на BMU на главната плоча и повеќекратни slave CMU. Модуларната структура го поедноставува склопувањето на модулите, го оптимизира распоредот на појасот за земање примероци и ги ублажува недоследностите на падот на напонот со еднообразно растојание. Недостатоците вклучуваат повисоки трошоци и покомплексен дизајн на комуникација и контрола. Врз основа на разновидноста на дистрибуираните методи за поврзување BMS, тие можат дополнително да се поделат на три вида: поврзување со ѕвезда (види Слика 8-2), поврзување со автобус и поврзување со синџир на маргаритки.

 

(1) Поврзување со ѕвездаПри поврзување со ѕвезда, главната плоча BMU е централно лоцирана и секој CMU модул е ​​директно поврзан со главната плоча на BMS преку ремен. Врските со ѕвезди ја олеснуваат контролата од-до-точка, а неуспехот на еден CMU јазол не влијае значително на системот. Меѓутоа, како што се зголемува бројот на модули, сложеноста на комуникациските линии во ѕвездената врска се зголемува експоненцијално, што го отежнува одржувањето и ја ограничува приспособливоста. Поради ограничувањата на портите на главната плоча на BMS, модулите на CMU не можат да се додаваат произволно, што го прави релативно редок во-големи апликации.

 

(2) Автобуска врскаСистемската архитектура{0}}заснована на магистрала го олеснува модуларниот дизајн, како што е прикажано на Слика 8-3. BMS обично се дели на повеќе контролни единици: BMU, CMU и Battery Join Box (BJB). BMU, CMU и BJB се поврзани преку CAN или други магистрални мрежи. BMU ги извршува основните алгоритамски функции за управување со батеријата; CMU врши стекнување, изедначување и мерење на напонот на ќелијата; BJB врши стекнување на висок напон, струја и температура, возење и дијагностика на контакторите и откривање изолација за батерискиот пакет; изолацијата обезбедува електрична изолација, спречувајќи го повратниот проток од согорување на плочката и ограничувајќи ја амплитудата на пречки.

 

Архитектурата базирана на автобус- нуди пофлексибилни комуникациски врски и силна приспособливост, значително поедноставувајќи го дизајнот на хардверската архитектура, постигнувајќи модуларност и подобрување на применливоста и преносливоста на системот. Нејзиниот главен недостаток е неговата релативно висока цена.

 

Daisy-врзувањето со синџири е релативно нов метод за поврзување што се појави во последниве години. Интерфејсот може да конвертира целосни-дуплекс SPI сигнали до 1Mb/s во диференцијални сигнали и да ги пренесува преку извиткан-парен кабел и едноставен, ниски-трансформатор. На пример, уредите AFE на Linear Technology (LTC6811) може да се меѓусебно поврзани за да формираат BMS. Мал трансформатор со ниска цена-го заменува изолаторот на податоци. На страната на главниот контролен микропроцесор, мал адаптер IC (LTC6820) го обезбедува главниот интерфејс на контролорот. Иако еднонасочното мрежно поврзување со синџири- е едноставно, неуспехот на кој било јазол може да влијае на комуникацијата на целиот систем. Затоа, подобрен синџир за прстени-, како што е прикажано на Слика 8-4, е развиен и применет во производите BMS на големите производители на нови енергетски возила, како што е Tesla. Во споредба со врските со CAN автобусот, поврзувањето со маргаритки{19}} е пониско по цена и помало по големина, но има слаба приспособливост, ограничен максимален број на јазли и тешкотии во справувањето со проблемите со управувањето со батеријата во посложени сценарија како што се системи за складирање енергија од големи размери.

Основни функции

Општо земено, основните функции на системот за управување со батерии (BMS) вклучуваат: собирање податоци, проценка на состојбата на батеријата, управување со енергија, управување со безбедноста, термичко управување, контрола на изедначување, комуникациски функции и човечки-машински интерфејс. Слика 8-5 покажува функционален блок дијаграм на систем за управување со батерии.

1. Стекнување податоци

Стекнувањето податоци е основата на сите алгоритми и контроли во системот за управување со батерии (BMS). Затоа, стапката на земање примероци, точноста и карактеристиките на пред{1}}филтерот се клучни показатели кои влијаат на перформансите на батерискиот систем. Стапката на прибирање податоци се одредува според сценариото и функцијата. На пример, со резервно напојување, брзината на стекнување податоци може да биде ниска како една рамка на 10 секунди или дури и во минута; додека за објекти со брзо менување на струјата (како возилата), податоците мора да се добиваат најмалку еднаш на секои 1 секунда, со одредени безбедносни-податоци кои бараат фреквенции на земање примероци до 100ms или 10ms.

2. Проценка на состојбата на батеријата

Проценката на состојбата на батеријата главно вклучува два аспекта:Состојба на товар (SOC)иЗдравствена состојба (SOH). SOC го карактеризира тековното преостанато полнење на батерискиот пакет и е основа за проценка на опсегот на возење на електрично возило. SOH е параметар што се користи за да го претстави преостанатиот животен век на батеријата и други здравствени состојби.

3. Управување со енергија

Управувањето со енергијата осигурува дека реалната{0}}временска излезна енергија и влезна енергија на батеријата не го надминуваат капацитетот на батеријата и системот. Во реалноста, капацитетот за полнење/празнење на батеријата е под влијание на температурата, SOC и SOH, меѓу другите фактори. Истовремено, на ниво на системот, мора да се избегнуваат ризици како што се прегревање и распаѓање на колото. Затоа, управувањето со енергијата е глобален контролен процес кој првенствено користи струја, напон, температура, SOC и SOH како влезови.

4. Управување со безбедноста

Следење на напонот, струјата и температурата на батеријата за да се осигура дека тие не ги надминуваат нормалните опсези. Современиот BMS (Систем за управување со батерии) не само што го надгледува целиот пакет батерии, туку и обезбедува рафинирана контрола над екстремните индивидуални услови на ќелиите, како што се преполнување, преку-празнење и над-температура.

5. Термички менаџмент

Ладење на батеријата кога нејзината работна температура е превисока и загревање кога паѓа под долната граница на нејзината соодветна работна температура за да се задржи батеријата во оптималниот опсег на работа и да се одржи температурниот баланс меѓу поединечните ќелии за време на работата. Термичкото управување е особено неопходно за батерии кои се користат при високо-празнење и високи{2}}температурни услови.

6. Контрола на балансирање

Недоследностите во перформансите на батеријата може да доведат до пад на вкупните перформанси на батериите, па дури и до безбедносни ризици. Помеѓу поединечните ќелии во батерискиот пакет се инсталирани кола за балансирање за да се осигура дека условите за полнење и празнење на секоја поединечна ќелија се колку што е можно конзистентни, а со тоа се подобруваат вкупните перформанси на батерискиот пакет.

7. Комуникациски функции

Клучна функција на системот за управување со батерии (BMS) е да овозможи комуникација на параметрите и информациите на батеријата со вградени или вонбордски уреди, обезбедувајќи податоци за контрола на полнење/празнење и контрола на возилото. Во зависност од апликацијата, размената на податоци може да користи различни комуникациски интерфејси, како што се аналогни сигнали, PWM сигнали, CAN автобус или сериски интерфејси I2C.

8. Човечки-Машински интерфејс (HMI)

HMI е посреднички интерфејс за човечка-машинска интеракција. Користи соодветни влезни и излезни уреди за ефективно да овозможи дијалог и интеракција помеѓу луѓето и машините со кои работат. Во BMS, HMI вклучува информации за екранот и контролни копчиња и копчиња, конфигурирани според барањата на дизајнот.