Просмотры:0 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2024-03-09 Происхождение:Работает
Система управления аккумулятором (BMS), которую часто называют «няней аккумулятора» или «домработницей», представляет собой технологию, разработанную специально для отслеживания состояния аккумуляторной батареи.Он в основном используется для интеллектуального управления и обслуживания каждого аккумуляторного блока, предотвращения зарядки и разрядки, продления срока службы аккумулятора и мониторинга его состояния.
Основные компоненты системы управления батареями BMS включают линии связи, исполнительные механизмы, контроллеры и различные датчики.Чтобы гарантировать, что новые энергетические автомобили могут соответствовать всем применимым нормам и стандартам при безопасном вождении, система управления батареями BMS должна контролировать аккумуляторную батарею и выполнять следующие обязанности.
BMS требуется не только для литиевые батареи но и на будущее твердотельные батареи и натрий-ионные аккумуляторы.
Распознавание параметров батареи
Следите за данными о работе батареи, включая состояние ячеек, информацию о балансе каждой ячейки, ток, напряжение, температуру и расход охлаждающей жидкости (для батарей с жидкостным охлаждением).Включены такие функции, как общее напряжение, общий ток, обнаружение температуры (лучше всего иметь датчики температуры на каждой батарейной цепочке и в ключевых соединениях кабелей, чтобы предотвратить перезаряд, переразряд и даже явление обратной полярности), обнаружение дыма (которое отслеживает утечку электролита, и т. д.), а также обнаружение изоляции.
Оценка состояния батареи
Вычислите рабочее состояние аккумулятора, максимальное и минимальное напряжение, количество циклов, глубину разряда (DOD), состояние безопасности (SOS), состояние здоровья (SoH), максимальный зарядный ток (CCL), предел тока разряда (DCL), внутренние сопротивление аккумулятора, общее время работы, стоимость электроэнергии [Ач], доставка или хранение, определение температуры, а также охлаждение аккумулятора жидкостью или воздухом.
Включает определение местоположения неисправности, вывод информации о неисправности, оценку типа неисправности и обнаружение неисправности.Раннее предупреждение и методология диагностики называются обнаружением неисправностей.Отказ аккумуляторной батареи может быть вызван датчиком, исполнительным механизмом (например, контактором, вентилятором, насосом, нагревателем и т. д.), цепью высоковольтной батареи, подсистемой управления температурным режимом, сетью, различным аппаратным обеспечением контроллера. и проблемы с программным обеспечением и т. д.
Перенапряжение (перезарядка), пониженное напряжение (переразряд), перегрузка по току, очень высокая температура, внутреннее короткое замыкание, ослабление соединений, утечка электролита батареи, ухудшение изоляции и другие проблемы считаются неисправностями самого аккумуляторного блока. .
Контроль безопасности и сигнализация для аккумуляторов
Включая контроль электробезопасности высокого напряжения и управление тепловой системой.Чтобы предотвратить высокие или низкие температуры, перезарядку, чрезмерную разрядку, перегрузку по току, утечку и другие повреждения батареи и людей, система управления батареями BMS диагностирует проблему, уведомляет контроллер транспортного средства через сеть и требует от контроллера транспортного средства эффективно обрабатываться.После определенного порога система управления батареями BMS имеет возможность отключить питание главной цепи.
Модуль управления зарядкой системы управления батареями (BMS) регулирует зарядное устройство для безопасной зарядки аккумулятора LiFePO4 в зависимости от уровня мощности зарядного устройства, температуры и свойств аккумулятора.
Вместимость Аккумуляторная батарея меньше емкости наименьшего мономера в группе из-за несогласованности.Для выравнивания батареи используются процедуры активного или пассивного, диссипативного или недиссипативного равновесия, основанные на информации об отдельной батарее, с целью максимально приблизить емкость аккумуляторной батареи к минимальной одиночной емкости.
Постоянно улучшайте производительность батареи и активно управляйте отклонениями в работе каждой батареи.
Сила активного нагрева и отвода тепла устанавливается исходя из данных о распределении температуры в аккумуляторном блоке, а также требований по зарядке и разрядке.Это позволяет аккумулятору работать при оптимальной температуре и максимизировать его производительность.
Система управления батареями BMS требует связи с сетевыми узлами, такими как контроллер автомобиля, чтобы сообщать о рабочем состоянии другим устройствам через протокол связи CAN;Между тем, BMS сложно разобрать на автомобиле и включает в себя онлайн-калибровку, мониторинг, автоматическую генерацию кода и онлайн-загрузку программ (обновляется без снятия продукта).
Для сохранения важной информации в памяти, включая коды неисправностей, согласованность, совокупный заряд и число разрядных Ач, SOC, SOH, SOF и SOE.Реальная BMS автомобиля может иметь только часть вышеупомянутого аппаратного и программного обеспечения.В каждом аккумуляторном элементе должен быть установлен как минимум один датчик температуры и один датчик напряжения аккумулятора.Один контроллер BMS может использоваться для аккумуляторных систем с несколькими десятками батарей, либо функции BMS могут быть интегрированы в основной контроллер автомобиля.В аккумуляторных системах с сотнями аккумуляторных элементов одним аккумуляторным модулем может управлять главный контроллер и множество подчиненных контроллеров.Для каждого батарейного модуля с несколькими десятками аккумуляторных элементов может быть несколько контакторов и балансировочных модулей.Эти модули используются для управления аккумуляторным модулем с контроллера, который действует как измеритель напряжения и тока, управляет контакторами, балансирует аккумуляторную ячейку и взаимодействует с главным контроллером.Главный контроллер будет оценивать состояние батареи, диагностировать неисправности, регулировать температуру и выполнять другие функции на основе предоставленных данных.
Электромобили имеют сложную рабочую среду, поэтому BMS должна обладать сильными возможностями защиты от электромагнитных помех в дополнение к низкому внешнему излучению.
Являясь центром мониторинга аккумуляторных батарей для транспортных средств на новых источниках энергии, система управления BMS должна контролировать температуру аккумулятора, напряжение, ток заряда и разряда, а также другие соответствующие параметры для динамического мониторинга в режиме реального времени.При необходимости он также может принять экстренные меры для защиты мономерной батареи и предотвращения проблем с безопасностью аккумуляторного блока из-за перезаряда, чрезмерного нагрева или короткого замыкания.
Системы для электромобилей могут рекуперировать энергию для зарядки аккумулятора.
Как весь аккумуляторный блок, так и каждый отдельный элемент внутри аккумуляторного блока защищены возможностями мониторинга и управления BMS.В настоящее время литий-ионные аккумуляторы являются наиболее энергоемкими и предпочтительным вариантом для широкого спектра применений, включая огромные системы хранения энергии, электромобили и крошечные электронные гаджеты.Несмотря на исключительные характеристики литиевых батарей, существуют строгие правила их использования, и для них предусмотрена безопасная рабочая зона (SOA).
Аккумулятор уязвим к серьезным последствиям и необратимому повреждению при отсутствии мониторинга и управления BMS.В результате конструкция BMS также весьма сложна.Функция мониторинга обеспечивает безопасность электрических, контрольных, температурных и других параметров литиевой батареи.Чтобы напряжение, ток и температура любой батареи или модуля, которые контролирует BMS, не превышали безопасную рабочую зону (SOA), работайте в пределах диапазона данных.
Решения по управлению батареями не имеют установленного стандарта.Следующие переменные часто связаны с выполнением технических функций и дизайном:
Продолжительность цикла, проблемы безопасности при использовании аккумуляторов и гарантийные требования.
правила, регулирующие штрафы за несоблюдение стандартов безопасности, и требования сертификации национального правительства.
Наиболее фундаментальными особенностями проектирования BMS являются управление мощностью и управление защитой аккумуляторов.Среди них — управление безопасностью аккумулятора, которое позволяет аккумулятору работать в заранее заданном безопасном диапазоне напряжения и тока.Он также активно регулирует температуру и включает функцию предотвращения перегрева, чтобы поддерживать аккумулятор в рабочем состоянии.
Поскольку ток и напряжение влияют на безопасность батареи, контроль тока и напряжения аккумуляторной батареи является фундаментальной частью защиты батареи.Чтобы сохранить аккумулятор, производители часто настраивают BMS на стандартный рабочий диапазон напряжения и тока.Это продлит срок службы батареи и предотвратит ее работу сверх номинального значения.
Литий-ионные аккумуляторы часто имеют мгновенные ограничения тока, диапазон пикового тока, время зарядки и разрядки, а также другие механизмы защиты для ограничения тока зарядки и разрядки.Например, можно предсказать мгновенный максимальный непрерывный ток в энергоаккумулирующих электростанциях и электромобилях.Система BMS вызовет уменьшение тока или полную остановку тока, если он выходит за пределы прогнозируемого защитного диапазона.
Напряжение литиевой батареи также должно находиться в определенном диапазоне напряжений.Уникальный химический состав и условия эксплуатации литиевых батарей определяют их безопасный диапазон напряжения.Низковольтные литиевые батареи могут образовывать медные дендриты на аноде, что может повысить скорость саморазряда батареи и поставить под угрозу безопасность.Использование низкого напряжения может привести к эффекту памяти, при котором литиевая батарея теряет емкость.
Чтобы максимально продлить срок службы батареи, напряжение часто регулируют во время зарядки или работы со значительными токовыми нагрузками.Любые обстоятельства, ограничивающие напряжение батареи, должны быть известны BMS.Когда напряжение достигает верхнего предела, оно может либо снизиться, либо вообще прекратить зарядку;когда напряжение приближается к низкому, нагрузка снижается.Например, BMS электромобиля снизит выходной тяговый момент двигателя, чтобы защитить батарею, когда напряжение батареи падает во время работы автомобиля.
Температура аккумуляторной батареи может контролироваться системой BMS путем ее нагрева или охлаждения.Установив систему жидкостного охлаждения и нагреватель для регулирования температуры аккумулятора, скажем, от 30 до 35 градусов по Цельсию, можно предотвратить слишком сильное повышение или понижение температуры аккумулятора.
Емкость литиевых аккумуляторов, работающих при низких температурах, существенно снизится, несмотря на то, что литий-ионные аккумуляторы имеют широкий диапазон рабочих температур.В основном это связано с более низкой химической активностью при низких температурах.При температуре ниже 5 градусов по Цельсию большинство литиевых батарей невозможно быстро зарядить.Запрещается заряжать при температуре ниже 0 градусов Цельсия.Контроль температуры имеет решающее значение, хотя литиевые батареи работают лучше при низких температурах, чем свинцово-кислотные.Это связано с тем, что металлическое литиевое покрытие может возникнуть в результате низкотемпературной зарядки анодных батарей, а вибрация и давление могут необратимо повредить внутреннюю структуру батареи.
Увеличение емкости аккумулятора является важнейшим компонентом BMS.Аккумуляторные блоки быстро устареют, если не проводить техническое обслуживание по управлению емкостью.Основная причина проблемы заключается в том, что состояние каждой батареи меняется неравномерно.Аккумуляторная батарея состоит из батарей, соединенных параллельно и последовательно.Батареи могут иметь совершенно разную консистенцию.Примеры факторов, которые могут привести к изменениям в элементах аккумуляторной батареи, включают саморазряд и затухание заряда батареи.
BMS имеет возможность регулировать и балансировать емкость в случае возникновения несоответствия батареи.Например, чтобы избежать перезарядки, одиночная батарея с быстрой зарядкой прекратит зарядку до того, как достигнет полной емкости, и вместо этого продолжит заряжать батарею с медленной зарядкой на протяжении всего процесса зарядки.Далее, BMS предотвращает неравномерную зарядку и разрядку, предотвращает перезарядку или чрезмерную разрядку некоторых батарей, выравнивает общее состояние заряда аккумуляторной батареи и максимизирует ее емкость.
Всего имеется только одна BMS, и она связана со всеми аккумуляторными блоками.Для больших аккумуляторов требуется много соединительных кабелей, что в целом затрудняет обслуживание и устранение неисправностей.
Модульная архитектура BMS
Аккумуляторный блок состоит из нескольких BMS, один из которых служит основным модулем и отвечает за контроль над другими модулями BMS.Хотя эта конструкция довольно дорогая, ее легко поддерживать и отлаживать, а также она обладает хорошей масштабируемостью.
Архитектура «главный/подчиненный» BMS
Эта схема аналогична модульной структуре в том смысле, что ведущая BMS выполняет все обязанности по вычислениям, управлению и связи, тогда как единственной обязанностью ведомой BMS является передача данных измерений.Такое расположение существенно упрощает функции и одновременно экономит деньги.
Архитектура распределенной BMS
Каждая батарея интегрирована с модулем платы управления BMS.Каждая BMS самостоятельно управляет вычислениями и связью.Кажется, что структура проста.С другой стороны, обслуживание и устранение неисправностей становятся более трудными и дорогостоящими, когда для каждой батареи требуется BMS.
Поскольку литиевые батареи имеют высокую плотность энергии, уровень отказоустойчивости BMS довольно низок.Химически активные литий-ионные аккумуляторы сейчас являются одними из самых безопасных благодаря развитию BMS и литий-ионной технологии.
