Co to jest system zarządzania baterią?

Definicja

System zarządzania baterią (BMS) to technologia przeznaczona do nadzorowania pakietu baterii będącego zespołem ogniw baterii, elektrycznie zorganizowanych w konfiguracji matrycy rząd x kolumna, aby umożliwić dostarczanie docelowego zakresu napięcia i prądu przez określony czas w stosunku do oczekiwane scenariusze obciążenia.Nadzór zapewniany przez BMS zazwyczaj obejmuje:

• Monitorowanie akumulatora
• Zapewnienie ochrony baterii
• Ocena stanu pracy akumulatora
• Ciągła optymalizacja wydajności baterii
• Raportowanie stanu pracy do urządzeń zewnętrznych

W tym przypadku termin „bateria” oznacza cały pakiet;jednakże funkcje monitorowania i sterowania są stosowane w szczególności do poszczególnych ogniw lub grup ogniw zwanych modułami w całym zestawie akumulatorów.Ogniwa akumulatorowe litowo-jonowe charakteryzują się najwyższą gęstością energii i są standardowym wyborem w przypadku akumulatorów do wielu produktów konsumenckich, od laptopów po pojazdy elektryczne.Chociaż działają znakomicie, mogą być bezlitosne, jeśli są używane poza ogólnie ciasnym, bezpiecznym obszarem operacyjnym (SOA), co może skutkować różnymi konsekwencjami, od pogorszenia wydajności akumulatora po wręcz niebezpieczne konsekwencje.Opis stanowiska BMS z pewnością jest wymagający, a jego ogólna złożoność i zasięg nadzoru mogą obejmować wiele dziedzin, takich jak elektryka, technologia cyfrowa, sterowanie, termika i hydraulika.

Jak działają systemy zarządzania baterią?

Systemy zarządzania akumulatorami nie mają stałego ani unikalnego zestawu kryteriów, które należy przyjąć.Zakres projektu technologii i zaimplementowane funkcje generalnie korelują z:

• Koszty, złożoność i rozmiar pakietu baterii
• Zastosowanie baterii oraz wszelkie kwestie związane z bezpieczeństwem, żywotnością i gwarancją
• Wymagania certyfikacyjne wynikające z różnych przepisów rządowych, w przypadku których koszty i kary są najważniejsze w przypadku zastosowania nieodpowiednich środków bezpieczeństwa funkcjonalnego

Istnieje wiele funkcji konstrukcyjnych BMS, przy czym zarządzanie ochroną pakietu akumulatorów i zarządzanie pojemnością to dwie podstawowe funkcje.Omówimy tutaj działanie tych dwóch funkcji.Zarządzanie ochroną pakietu baterii obejmuje dwa kluczowe obszary: ochronę elektryczną, która oznacza niedopuszczenie do uszkodzenia baterii w wyniku użytkowania poza jej SOA, oraz ochronę termiczną, która obejmuje pasywną i/lub aktywną kontrolę temperatury w celu utrzymania lub wprowadzenia pakietu do SOA.

Ochrona zarządzania energią elektryczną: prąd

Monitorowanie prądu pakietu akumulatorów oraz napięć ogniw lub modułów to droga do ochrony elektrycznej.Elektryczna SOA dowolnego ogniwa akumulatora jest ograniczona prądem i napięciem.Rysunek 1 ilustruje typowy SOA ogniwa litowo-jonowego, a dobrze zaprojektowany BMS ochroni pakiet, uniemożliwiając działanie poza parametrami ogniwa podanymi przez producenta.W wielu przypadkach można zastosować dalsze obniżenie wartości znamionowych w celu utrzymania bezpiecznej strefy SOA w celu wydłużenia żywotności baterii.

Ogniwa litowo-jonowe mają inne ograniczenia prądu dla ładowania niż dla rozładowywania, a oba tryby mogą wytrzymać wyższe prądy szczytowe, choć przez krótkie okresy czasu.Producenci ogniw akumulatorowych zazwyczaj określają maksymalne limity prądu ciągłego ładowania i rozładowywania, a także szczytowe limity prądu ładowania i rozładowywania.BMS zapewniający zabezpieczenie prądowe z pewnością zastosuje maksymalny prąd ciągły.Jednakże może to zostać poprzedzone, aby uwzględnić nagłą zmianę warunków obciążenia;na przykład gwałtowne przyspieszenie pojazdu elektrycznego.BMS może obejmować monitorowanie prądu szczytowego poprzez całkowanie prądu i czasu delta, podejmując decyzję o zmniejszeniu dostępnego prądu lub całkowitym przerwaniu prądu pakietu.Dzięki temu system BMS może posiadać niemal natychmiastową czułość na ekstremalne wartości szczytowe prądu, takie jak zwarcie, które nie zwróciło uwagi żadnego bezpiecznika, ale także toleruje wysokie wymagania szczytowe, o ile nie są one nadmierne przez zbyt długi czas. długi.

Zabezpieczenie zarządzania energią elektryczną: napięcie

Rysunek 2 pokazuje, że ogniwo litowo-jonowe musi działać w określonym zakresie napięcia.Te granice SOA zostaną ostatecznie określone przez wewnętrzną chemię wybranego ogniwa litowo-jonowego i temperaturę ogniw w danym momencie.Co więcej, ponieważ każdy zestaw baterii podlega znacznym zmianom prądu, rozładowywaniu pod wpływem obciążenia i ładowaniu z różnych źródeł energii, te limity napięcia SOA są zwykle dodatkowo ograniczane, aby zoptymalizować żywotność baterii.BMS musi wiedzieć, jakie są te limity i będzie wydawać decyzje w oparciu o bliskość tych progów.Na przykład, gdy zbliża się limit wysokiego napięcia, BMS może zażądać stopniowego zmniejszenia prądu ładowania lub może zażądać całkowitego zaprzestania prądu ładowania, jeśli limit zostanie osiągnięty.Jednakże temu ograniczeniu zwykle towarzyszą dodatkowe względy dotyczące histerezy napięcia wewnętrznego, aby zapobiec drganiom sterowania dotyczącym progu wyłączenia.Z drugiej strony, gdy zbliża się do dolnej granicy napięcia, BMS zażąda, aby kluczowe aktywne obciążenia zakłócające zmniejszyły swoje zapotrzebowanie na prąd.W przypadku pojazdu elektrycznego można tego dokonać poprzez zmniejszenie dopuszczalnego momentu obrotowego dostępnego dla silnika trakcyjnego.Oczywiście BMS musi nadać priorytet bezpieczeństwu kierowcy, jednocześnie chroniąc akumulator, aby zapobiec trwałemu uszkodzeniu.

Ochrona termiczna: Temperatura

Na pozór może się wydawać, że ogniwa litowo-jonowe mają szeroki zakres temperatur pracy, ale ogólna pojemność baterii zmniejsza się w niskich temperaturach, ponieważ szybkość reakcji chemicznych znacznie spowalnia.Jeśli chodzi o wydajność w niskich temperaturach, działają one znacznie lepiej niż akumulatory kwasowo-ołowiowe lub NiMh;jednakże zarządzanie temperaturą jest rozważnie niezbędne, ponieważ ładowanie poniżej 0 °C (32 °F) jest fizycznie problematyczne.Podczas ładowania poniżej zamarzania na anodzie może wystąpić zjawisko osadzania się metalicznego litu.Jest to trwałe uszkodzenie, które nie tylko skutkuje zmniejszoną wydajnością, ale także ogniwa są bardziej podatne na awarie, jeśli zostaną poddane wibracjom lub innym stresującym warunkom.BMS może kontrolować temperaturę pakietu akumulatorów poprzez ogrzewanie i chłodzenie.

Zrealizowane zarządzanie temperaturą jest całkowicie zależne od rozmiaru i kosztu pakietu akumulatorów oraz założeń dotyczących wydajności, kryteriów projektowych BMS i jednostki produktu, co może obejmować uwzględnienie docelowego regionu geograficznego (np. Alaska czy Hawaje).Niezależnie od typu grzejnika, ogólnie rzecz biorąc, bardziej efektywne jest pobieranie energii z zewnętrznego źródła prądu przemiennego lub alternatywnego akumulatora, który w razie potrzeby będzie zasilał grzejnik.Jeśli jednak grzejnik elektryczny ma niewielki pobór prądu, energia z głównego zestawu akumulatorów może zostać odprowadzona w celu samoogrzania.Jeżeli zastosowano układ termo-hydrauliczny, wówczas do podgrzewania chłodziwa pompowanego i rozprowadzanego po całym zespole pakietu wykorzystuje się grzejnik elektryczny.

Inżynierowie projektujący BMS niewątpliwie znają sztuczki w swojej branży projektowej, aby sprowadzić energię cieplną do opakowania.Można na przykład włączyć różne układy zasilania wewnątrz systemu BMS przeznaczone do zarządzania wydajnością.Chociaż nie jest tak wydajny jak ogrzewanie bezpośrednie, można go wykorzystać niezależnie.Chłodzenie jest szczególnie istotne, aby zminimalizować utratę wydajności pakietu akumulatorów litowo-jonowych.Na przykład być może dana bateria działa optymalnie w temperaturze 20°C;jeśli temperatura pakietu wzrośnie do 30°C, jego wydajność może spaść nawet o 20%.Jeśli pakiet jest stale ładowany i ponownie ładowany w temperaturze 45°C (113°F), utrata wydajności może wzrosnąć do znacznych 50%.Żywotność baterii może również ucierpieć z powodu przedwczesnego starzenia się i degradacji, jeśli jest stale narażona na nadmierne wytwarzanie ciepła, szczególnie podczas szybkich cykli ładowania i rozładowywania.Chłodzenie zwykle osiąga się dwiema metodami, pasywną lub aktywną, przy czym można zastosować obie techniki.Chłodzenie pasywne opiera się na ruchu strumienia powietrza chłodzącego akumulator.W przypadku pojazdu elektrycznego oznacza to, że po prostu porusza się on po drodze.Jednak może to być bardziej wyrafinowane, niż się wydaje, ponieważ można zintegrować czujniki prędkości powietrza w celu strategicznej automatycznej regulacji odchylających zapór powietrznych w celu maksymalizacji przepływu powietrza.Zastosowanie aktywnego wentylatora sterowanego temperaturą może pomóc przy niskich prędkościach lub po zatrzymaniu pojazdu, ale jedyne, co może zrobić, to po prostu wyrównać pakiet z temperaturą otoczenia.W przypadku upalnego dnia może to spowodować podniesienie początkowej temperatury opakowania.Aktywne chłodzenie termiczno-hydrauliczne można zaprojektować jako system uzupełniający i zazwyczaj wykorzystuje się chłodziwo na bazie glikolu etylenowego o określonym stosunku mieszanki, rozprowadzane za pomocą pompy napędzanej silnikiem elektrycznym przez rury/węże, kolektory dystrybucyjne, krzyżowy wymiennik ciepła (chłodnica). oraz płytkę chłodzącą przylegającą do zespołu akumulatora.BMS monitoruje temperatury w całym pakiecie oraz otwiera i zamyka różne zawory, aby utrzymać temperaturę całego akumulatora w wąskim zakresie temperatur, aby zapewnić optymalną wydajność akumulatora.

Zarządzanie wydajnością

Maksymalizacja pojemności akumulatora jest prawdopodobnie jedną z najważniejszych funkcji zapewniających wydajność akumulatora, jaką zapewnia system BMS.Jeśli ta konserwacja nie zostanie przeprowadzona, akumulator może w końcu stać się bezużyteczny.Źródłem problemu jest to, że „stos” pakietu akumulatorów (szeregowy układ ogniw) nie jest idealnie równy i wewnętrznie charakteryzuje się nieco innymi wskaźnikami wycieku lub samorozładowania.Wyciek nie jest wadą produkcyjną, ale cechą chemiczną akumulatora, chociaż statystycznie może na niego wpływać drobne różnice w procesie produkcyjnym.Początkowo pakiet baterii może mieć dobrze dopasowane ogniwa, ale z biegiem czasu podobieństwo między ogniwami ulega dalszemu pogorszeniu, nie tylko z powodu samorozładowania, ale także pod wpływem cykli ładowania/rozładowania, podwyższonej temperatury i ogólnego starzenia się kalendarza.Mając to na uwadze, przypomnijmy sobie wcześniejszą dyskusję, że ogniwa litowo-jonowe działają znakomicie, ale mogą być raczej bezlitosne, jeśli działają poza obcisłą architekturą SOA.O wymaganym zabezpieczeniu elektrycznym dowiedzieliśmy się już wcześniej, ponieważ ogniwa litowo-jonowe źle znoszą przeładowanie.Po całkowitym naładowaniu nie mogą przyjąć już więcej prądu, a wszelka dodatkowa energia wtłoczona w nie zostaje zamieniona w ciepło, a napięcie może szybko wzrosnąć, być może do niebezpiecznego poziomu.Nie jest to zdrowa sytuacja dla ogniwa i jeśli będzie się utrzymywać, może spowodować trwałe uszkodzenie i niebezpieczne warunki pracy.

Układ ogniw serii akumulatorów określa całkowite napięcie pakietu, a niedopasowanie pomiędzy sąsiednimi ogniwami stwarza dylemat podczas próby naładowania dowolnego stosu.Rysunek 3 pokazuje, dlaczego tak się dzieje.Jeśli mamy idealnie zbalansowany zestaw ogniw, wszystko jest w porządku, ponieważ każde ładuje się w jednakowy sposób, a prąd ładowania może zostać odcięty po osiągnięciu górnego progu odcięcia napięcia wynoszącego 4,0.Jednakże w scenariuszu niezrównoważonym górne ogniwo osiągnie swój limit naładowania wcześniej, a prąd ładowania musi zostać zakończony w odnodze, zanim inne ogniwa znajdujące się poniżej zostaną naładowane do pełnej pojemności.

BMS wkracza i ratuje sytuację, czyli w tym przypadku akumulator.Aby pokazać, jak to działa, należy wyjaśnić kluczową definicję.Stan naładowania (SOC) ogniwa lub modułu w danym momencie jest proporcjonalny do dostępnego ładunku w stosunku do całkowitego ładunku po pełnym naładowaniu.Zatem akumulator, którego SOC wynosi 50%, oznacza, że ​​jest naładowany w 50%, co jest podobne do wartości wskaźnika poziomu paliwa.Zarządzanie wydajnością BMS polega na równoważeniu zmienności SOC na każdym stosie w zestawie pakietu.Ponieważ SOC nie jest wielkością bezpośrednio mierzalną, można go oszacować różnymi technikami, a sam schemat bilansowania ogólnie dzieli się na dwie główne kategorie, pasywne i aktywne.Istnieje wiele odmian motywów, a każdy typ ma zalety i wady.Decyzja, który z akumulatorów jest optymalny dla danego pakietu akumulatorów i jego zastosowania, należy do inżyniera projektu BMS.Równoważenie pasywne jest najłatwiejsze do wdrożenia i wyjaśnia ogólną koncepcję równoważenia.Metoda pasywna pozwala, aby każde ogniwo w stosie miało taką samą pojemność naładowaną jak najsłabsze ogniwo.Wykorzystując stosunkowo niski prąd, przesyła niewielką ilość energii z ogniw o wysokim SOC podczas cyklu ładowania, dzięki czemu wszystkie ogniwa ładują się do maksymalnego SOC.Rysunek 4 ilustruje, jak jest to realizowane przez BMS.Monitoruje każde ogniwo i wykorzystuje przełącznik tranzystorowy oraz rezystor rozładowujący o odpowiedniej wielkości równolegle z każdym ogniwem.Kiedy BMS wykryje, że dane ogniwo zbliża się do limitu naładowania, przekieruje nadmiar prądu wokół niego do następnego ogniwa poniżej w sposób z góry na dół.

Punkty końcowe procesu równoważenia, przed i po, pokazano na rysunku 5. Podsumowując, BMS równoważy stos akumulatorów, umożliwiając ogniwu lub modułowi w stosie zobaczenie innego prądu ładowania niż prąd pakietu, na jeden z następujących sposobów:

• Usunięcie ładunku z najbardziej naładowanych ogniw, co zapewnia rezerwę dla dodatkowego prądu ładowania, aby zapobiec przeładowaniu, i pozwala mniej naładowanym ogniwom otrzymać większy prąd ładowania
• Przekierowanie części lub prawie całego prądu ładowania wokół najbardziej naładowanych ogniw, umożliwiając w ten sposób mniej naładowanym ogniwom otrzymywanie prądu ładowania przez dłuższy czas

Rodzaje systemów zarządzania baterią

Systemy zarządzania baterią są różnorodne, od prostych po złożone i mogą obejmować szeroką gamę różnych technologii, aby osiągnąć swój główny cel, jakim jest „dbanie o baterię”.Jednakże systemy te można klasyfikować na podstawie ich topologii, która odnosi się do sposobu ich instalacji i sposobu działania na ogniwach lub modułach w całym zestawie akumulatorów.

Scentralizowana architektura BMS

Posiada jeden centralny BMS w zespole akumulatora.Wszystkie pakiety akumulatorów są podłączone bezpośrednio do centralnego systemu BMS.Strukturę scentralizowanego BMS pokazano na rysunku 6. Scentralizowany BMS ma pewne zalety.Jest bardziej kompaktowy i zwykle najbardziej ekonomiczny, ponieważ jest tylko jeden BMS.Scentralizowany BMS ma jednak wady.Ponieważ wszystkie akumulatory są podłączone bezpośrednio do BMS, BMS potrzebuje wielu portów do połączenia ze wszystkimi pakietami akumulatorów.Przekłada się to na dużą liczbę przewodów, okablowania, złączy itp. w dużych zestawach akumulatorów, co komplikuje zarówno rozwiązywanie problemów, jak i konserwację.

Topologia modułowa BMS

Podobnie jak w przypadku wdrożenia scentralizowanego, BMS jest podzielony na kilka zduplikowanych modułów, każdy z dedykowaną wiązką przewodów i połączeniami z przypisaną do sąsiadującej części stosu akumulatorów.Patrz rysunek 7. W niektórych przypadkach te podmoduły BMS mogą znajdować się pod nadzorem głównego modułu BMS, którego zadaniem jest monitorowanie stanu podmodułów i komunikacja z urządzeniami peryferyjnymi.Dzięki zduplikowanej modułowości rozwiązywanie problemów i konserwacja są łatwiejsze, a rozbudowa o większe zestawy akumulatorów jest prosta.Wadą jest to, że ogólne koszty są nieco wyższe, a niewykorzystane funkcje mogą się powielać, w zależności od zastosowania.

Podstawowy/podrzędny BMS

Konceptualnie podobny do topologii modułowej, jednak w tym przypadku urządzenia podrzędne ograniczają się jedynie do przekazywania informacji pomiarowych, a urządzenie nadrzędne jest przeznaczone do obliczeń i sterowania, a także komunikacji zewnętrznej.Tak więc, podobnie jak w przypadku typów modułowych, koszty mogą być niższe, ponieważ funkcjonalność urządzeń podrzędnych jest zwykle prostsza, prawdopodobnie wiąże się z mniejszym obciążeniem i mniejszą liczbą niewykorzystanych funkcji.

Rozproszona architektura BMS

Znacznie różni się od innych topologii, w których sprzęt elektroniczny i oprogramowanie są zamknięte w modułach, które łączą się z komórkami za pośrednictwem wiązek dołączonego okablowania.Rozproszony BMS obejmuje cały sprzęt elektroniczny na płycie sterującej umieszczonej bezpośrednio na monitorowanej komórce lub module.Dzięki temu większość okablowania ogranicza się do kilku przewodów czujników i przewodów komunikacyjnych pomiędzy sąsiednimi modułami BMS.W rezultacie każdy BMS jest bardziej niezależny i w razie potrzeby obsługuje obliczenia i komunikację.Jednak pomimo tej pozornej prostoty, ta zintegrowana forma sprawia, że ​​rozwiązywanie problemów i konserwacja są potencjalnie problematyczne, ponieważ znajdują się głęboko w zespole modułu osłony.Koszty również są zwykle wyższe, ponieważ w ogólnej strukturze zestawu akumulatorów znajduje się więcej systemów BMS.

Znaczenie systemów zarządzania akumulatorami

Bezpieczeństwo funkcjonalne jest w systemie BMS najważniejsze.Podczas ładowania i rozładowywania niezwykle ważne jest, aby napięcie, prąd i temperatura dowolnego ogniwa lub modułu znajdującego się pod nadzorem nie przekroczyły zdefiniowanych limitów SOA.Jeśli wartości graniczne będą przekraczane przez dłuższy czas, nie tylko naraża się na szwank potencjalnie kosztowny zestaw akumulatorów, ale może także wystąpić niebezpieczna niekontrolowana temperatura.Co więcej, dolne progi napięcia są również rygorystycznie monitorowane w celu ochrony ogniw litowo-jonowych i bezpieczeństwa funkcjonalnego.Jeśli akumulator litowo-jonowy pozostanie w stanie niskiego napięcia, dendryty miedzi mogą w końcu odrosnąć na anodzie, co może skutkować zwiększonym współczynnikiem samorozładowania i wzbudzić potencjalne obawy dotyczące bezpieczeństwa.Wysoka gęstość energii systemów zasilanych litowo-jonami ma swoją cenę, która pozostawia niewiele miejsca na błędy w zarządzaniu baterią.Dzięki systemom BMS i ulepszeniom litowo-jonowym jest to jedna z najskuteczniejszych i najbezpieczniejszych baterii dostępnych obecnie na rynku.

Wydajność zestawu akumulatorów to kolejna najważniejsza cecha systemu BMS, która obejmuje zarządzanie energią elektryczną i temperaturą.Aby zoptymalizować elektrycznie ogólną pojemność akumulatora, wszystkie ogniwa w pakiecie muszą być zrównoważone, co oznacza, że ​​SOC sąsiednich ogniw w całym zespole są w przybliżeniu równoważne.Jest to wyjątkowo ważne, ponieważ nie tylko pozwala uzyskać optymalną pojemność akumulatora, ale pomaga zapobiegać ogólnej degradacji i ogranicza potencjalne gorące punkty spowodowane przeładowaniem słabych ogniw.Baterie litowo-jonowe powinny unikać rozładowywania poniżej niskich wartości granicznych napięcia, ponieważ może to spowodować uszkodzenie pamięci i znaczną utratę pojemności.Procesy elektrochemiczne są bardzo wrażliwe na temperaturę i akumulatory nie są tu wyjątkiem.Gdy temperatura otoczenia spada, pojemność i dostępna energia akumulatora znacznie spadają.W związku z tym BMS może włączyć zewnętrzny grzejnik liniowy, który znajduje się, powiedzmy, w układzie chłodzenia cieczą zestawu akumulatorów pojazdu elektrycznego, lub włączyć stałe płyty grzewcze, które są zainstalowane pod modułami pakietu wbudowanego w helikopter lub inny samolot.Dodatkowo, ponieważ ładowanie zimnych ogniw litowo-jonowych ma szkodliwy wpływ na żywotność akumulatora, ważne jest, aby najpierw odpowiednio podnieść temperaturę akumulatora.Większość ogniw litowo-jonowych nie może być szybko ładowana, gdy temperatura jest niższa niż 5°C i nie należy ich w ogóle ładować, gdy temperatura jest niższa niż 0°C.Aby zapewnić optymalną wydajność podczas typowego użytkowania, zarządzanie temperaturą BMS często zapewnia, że ​​bateria działa w wąskim obszarze działania Złotowłosej (np. 30 – 35°C).Gwarantuje to wydajność, wydłuża żywotność i sprzyja zdrowemu, niezawodnemu akumulatorowi.

Korzyści z systemów zarządzania akumulatorami

Cały system magazynowania energii akumulatorowej, często nazywany BESS, może składać się z dziesiątek, setek, a nawet tysięcy ogniw litowo-jonowych strategicznie upakowanych razem, w zależności od zastosowania.Systemy te mogą mieć napięcie znamionowe mniejsze niż 100 V, ale mogą sięgać nawet 800 V, a prądy zasilania pakietu mogą sięgać nawet 300 A lub więcej.Jakiekolwiek niewłaściwe zarządzanie pakietem wysokiego napięcia może spowodować zagrażającą życiu, katastrofalną katastrofę.W związku z tym BMS są absolutnie niezbędne do zapewnienia bezpiecznej pracy.Korzyści z BMS można podsumować w następujący sposób.

• Bezpieczeństwo funkcjonalne.Bez dwóch zdań, w przypadku wielkoformatowych akumulatorów litowo-jonowych jest to szczególnie rozważne i niezbędne.Wiadomo jednak, że nawet mniejsze formaty używane, powiedzmy, w laptopach zapalają się i powodują ogromne szkody.Bezpieczeństwo osobiste użytkowników produktów wyposażonych w systemy zasilane litowo-jonowo nie pozostawia miejsca na błędy w zarządzaniu baterią.
• Żywotność i niezawodność.Zarządzanie ochroną pakietu akumulatorów, elektryczną i termiczną, zapewnia, że ​​wszystkie ogniwa są wykorzystywane w ramach zadeklarowanych wymagań SOA.Ten delikatny nadzór zapewnia, że ​​ogniwa są zabezpieczone przed agresywnym użytkowaniem oraz szybkim cyklem ładowania i rozładowywania, co nieuchronnie skutkuje stabilnym systemem, który potencjalnie zapewni wiele lat niezawodnej pracy.
• Wydajność i zasięg.Zarządzanie pojemnością pakietu akumulatorów BMS, w którym stosuje się równoważenie między ogniwami w celu wyrównania SOC sąsiednich ogniw w całym zespole pakietu, pozwala uzyskać optymalną pojemność akumulatora.Bez tej funkcji BMS, która uwzględnia różnice w samorozładowaniu, cyklach ładowania/rozładowania, wpływie temperatury i ogólnym starzeniu się, zestaw akumulatorów może ostatecznie stać się bezużyteczny.
• Diagnostyka, zbieranie danych i komunikacja zewnętrzna.Zadania nadzorcze obejmują ciągłe monitorowanie wszystkich ogniw akumulatora, gdzie rejestrowanie danych może być wykorzystywane samodzielnie do celów diagnostycznych, ale często ma na celu obliczenia mające na celu oszacowanie SOC wszystkich ogniw w zespole.Informacje te są wykorzystywane w algorytmach równoważenia, ale łącznie mogą być przekazywane do urządzeń zewnętrznych i wyświetlaczy w celu wskazania dostępnej energii, oszacowania oczekiwanego zasięgu lub zasięgu/żywotności w oparciu o bieżące zużycie oraz zapewnienia stanu akumulatora.
• Obniżenie kosztów i gwarancji.Wprowadzenie BMS do BESS zwiększa koszty, a zestawy akumulatorów są drogie i potencjalnie niebezpieczne.Im bardziej skomplikowany system, tym wyższe wymagania bezpieczeństwa, co skutkuje koniecznością większej obecności nadzoru BMS.Jednak ochrona i konserwacja zapobiegawcza BMS w zakresie bezpieczeństwa funkcjonalnego, żywotności i niezawodności, wydajności i zasięgu, diagnostyki itp. gwarantuje, że obniży to koszty ogólne, w tym te związane z gwarancją.

Systemy zarządzania akumulatorami i streszczenie

Symulacja jest cennym sprzymierzeńcem w projektowaniu BMS, szczególnie gdy jest stosowana do badania i rozwiązywania wyzwań projektowych w zakresie rozwoju sprzętu, prototypowania i testowania.Dzięki dokładnemu modelowi ogniwa litowo-jonowego model symulacyjny architektury BMS jest wykonywalną specyfikacją uznawaną za wirtualny prototyp.Ponadto symulacja umożliwia bezbolesne badanie wariantów funkcji nadzoru BMS w odniesieniu do różnych scenariuszy pracy akumulatorowej i środowiskowej.Problemy z wdrożeniem można wykryć i zbadać na bardzo wczesnym etapie, co pozwala na weryfikację poprawy wydajności i bezpieczeństwa funkcjonalnego przed wdrożeniem na prawdziwym prototypie sprzętu.Skraca to czas opracowywania i pomaga zapewnić solidność pierwszego prototypu sprzętowego.Ponadto wiele testów uwierzytelniania, w tym najgorszych scenariuszy, można przeprowadzić dla BMS i pakietu akumulatorów, jeśli zostaną przećwiczone w fizycznie realistycznych aplikacjach systemów wbudowanych.

Streszczenie SaberRDoferuje obszerne biblioteki modeli elektrycznych, cyfrowych, sterujących i termiczno-hydraulicznych, aby zapewnić inżynierom zainteresowanym projektowaniem i rozwojem BMS oraz pakietów akumulatorów.Dostępne są narzędzia umożliwiające szybkie generowanie modeli na podstawie podstawowych specyfikacji arkuszy danych i krzywych pomiarowych dla wielu urządzeń elektronicznych i różnych typów składu chemicznego akumulatorów.Analizy statystyczne, naprężenia i błędy umożliwiają weryfikację w całym spektrum obszaru operacyjnego, w tym w obszarach granicznych, w celu zapewnienia ogólnej niezawodności BMS.Ponadto dostępnych jest wiele przykładów projektów, które umożliwiają użytkownikom szybkie rozpoczęcie projektu i szybkie uzyskanie odpowiedzi potrzebnych na podstawie symulacji.