Systemy zarządzania i monitorowania baterii, BMS

Technologia mająca na celu kontrolę pakietu baterii - zespołu ogniw baterii, ułożonych elektrycznie w konfiguracji macierzy wiersz x kolumna, aby umożliwić dostarczanie docelowego zakresu napięcia i prądu przez określony czas w stosunku do oczekiwanych scenariuszy obciążenia - jest znana jako system zarządzania baterią (BMS). Zazwyczaj system BMS oferuje monitorowanie obejmujące:

Sprawdzenie akumulatora.
Zapewnienie ochrony akumulatorów.
Zastosowanie estymacji stanu operacyjnego akumulatora.
Stała poprawa wydajności akumulatorów.
Powiadamianie o statusie operacyjnym systemów zewnętrznych.

W tym przypadku słowo "bateria" odnosi się do całego zestawu; jednak w całym zestawie baterii funkcje monitorowania i sterowania są szczególnie stosowane do poszczególnych ogniw lub grup ogniw zwanych modułami. Od komputerów po samochody elektryczne, wiele urządzeń konsumenckich, w tym zestawy baterii, wykorzystuje Akumulatory litowo-jonowe ze względu na ich maksymalną gęstość energii. Chociaż działają one dobrze, to jeśli działają poza zwykle ograniczonym bezpiecznym obszarem działania (SOA), mogą być dość bezlitosne, a ich skutki mogą wahać się od pogorszenia wydajności akumulatora do absolutnie katastrofalnych konsekwencji. System BMS ma niewątpliwie wymagający opis zadań, a jego całkowita złożoność i zakres nadzoru może obejmować wiele dyscyplin, takich jak elektryka, cyfryzacja, sterowanie, termika i hydraulika.

Jak działają systemy zarządzania akumulatorami?

Rozwiązania do zarządzania akumulatorami nie mają z góry zdefiniowanego lub unikalnego zestawu kryteriów, które należy zastosować. Zakres projektu technologicznego i realizowane funkcje często łączą się z:

Koszty, złożoność i rozmiar zestawu baterii.
Zastosowanie akumulatora oraz wszelkie względy bezpieczeństwa, trwałości i gwarancji.
Kryteria certyfikacji wynikające z różnych przepisów rządowych, w których opłaty i kary mają kluczowe znaczenie w przypadku niewystarczających środków bezpieczeństwa funkcjonalnego.

Istnieje kilka aspektów projektowania BMS, przy czym zarządzanie ochroną akumulatora i zarządzanie pojemnością to dwie kluczowe cechy. Przeanalizujemy tutaj, jak działają te dwie funkcje. Zarządzanie ochroną akumulatora obejmuje dwa ważne obszary: ochrona elektrycznaco wiąże się z niedopuszczeniem do uszkodzenia akumulatora przez użycie poza jego SOA, oraz ochrona termiczna, która obejmuje pasywną i/lub aktywną regulację temperatury w celu utrzymania lub doprowadzenia opakowania do SOA.

Ochrona zarządzania elektrycznością: Prąd

Monitorowanie prądu akumulatora i napięcia ogniw lub modułów jest kluczem do ochrony elektrycznej. Elektryczny SOA każdego ogniwa akumulatora jest ograniczony przez prąd i napięcie. Rysunek 1 przedstawia typową SOA ogniwa litowo-jonowego, a dobrze zaprojektowany system BMS chroni pakiet, zabraniając pracy poza wartościami znamionowymi ogniw podanymi przez producenta. W wielu przypadkach, w celu wydłużenia czasu pracy akumulatora, można zastosować większe obniżenie wartości znamionowych, aby utrzymać się w bezpiecznej strefie SOA.

Ogniwa litowo-jonowe mają inne limity prądu podczas ładowania niż podczas rozładowywania, a oba tryby mogą obsługiwać wyższe prądy szczytowe, choć przez krótki czas. Producenci ogniw akumulatorowych zazwyczaj określają maksymalne limity ciągłego prądu ładowania i rozładowania, wraz z limitami szczytowego prądu ładowania i rozładowania. System BMS zapewniający ochronę prądową z pewnością zastosuje maksymalny prąd ciągły. Może to być jednak poprzedzone uwzględnieniem nagłej zmiany warunków obciążenia; na przykład nagłego przyspieszenia pojazdu elektrycznego. System BMS może obejmować monitorowanie prądu szczytowego poprzez integrację prądu i po czasie delta, podejmując decyzję o zmniejszeniu dostępnego prądu lub całkowitym przerwaniu prądu pakietu. Pozwala to systemowi BMS na niemal natychmiastową wrażliwość na ekstremalne wartości szczytowe prądu, takie jak stan zwarcia, który nie zwrócił uwagi żadnych bezpieczników rezydujących, ale także na wybaczanie wysokich wartości szczytowych, o ile nie są one nadmierne przez zbyt długi czas.

Ochrona zarządzania elektrycznego: Napięcie

Rysunek 2 pokazuje, że ogniwo litowo-jonowe musi działać w określonym zakresie napięcia. Te granice SOA zostaną ostatecznie określone przez skład chemiczny wybranego ogniwa litowo-jonowego i temperaturę ogniw w danym momencie. Co więcej, ponieważ każdy zestaw akumulatorów doświadcza znacznej ilości cykli prądowych, rozładowywania ze względu na wymagania obciążenia i ładowania z różnych źródeł energii, te limity napięcia SOA są zwykle dodatkowo ograniczone w celu optymalizacji żywotności baterii. System BMS musi wiedzieć, jakie są te limity i będzie podejmować decyzje w oparciu o bliskość tych progów. Na przykład, zbliżając się do limitu wysokiego napięcia, system BMS może zażądać stopniowego zmniejszania prądu ładowania lub całkowitego zatrzymania prądu ładowania po osiągnięciu limitu. Ograniczenie to jest jednak często uzupełniane dodatkowymi względami związanymi z histerezą napięcia wewnętrznego, aby zminimalizować zakłócenia sterowania dotyczące progu wyłączenia. Z drugiej strony, zbliżając się do limitu niskiego napięcia, system BMS zażąda, aby kluczowe aktywne obciążenia zmniejszyły swoje zapotrzebowanie na prąd. W przypadku pojazdu elektrycznego może to nastąpić poprzez zmniejszenie dopuszczalnego momentu obrotowego dostępnego dla silnika trakcyjnego. Oczywiście system BMS musi nadać najwyższy priorytet względom bezpieczeństwa dla kierowcy, jednocześnie chroniąc akumulator, aby zapobiec jego trwałemu uszkodzeniu.

Ochrona przed przegrzaniem: Temperatura

Na pierwszy rzut oka 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 spada. Jeśli chodzi o wydajność w niskich temperaturach, są one znacznie lepsze niż akumulatory kwasowo-ołowiowe lub NiMh; jednak zarządzanie temperaturą jest niezbędne, ponieważ ładowanie poniżej 0 °C (32 °F) jest fizycznie problematyczne. Zjawisko galwanizacji metalicznego litu może wystąpić na anodzie podczas ładowania poniżej zera. Jest to nieodwracalne uszkodzenie i nie tylko skutkuje niższą pojemnością, ale ogniwa są bardziej wrażliwe na awarie, jeśli są narażone na wibracje lub inne stresujące sytuacje. System BMS może zarządzać temperaturą akumulatora poprzez ogrzewanie i chłodzenie.

Zrealizowane zarządzanie temperaturą jest w pełni zależne od rozmiaru i kosztu zestawu akumulatorów oraz docelowej wydajności, wymagań projektowych systemu BMS i jednostki produktu, które mogą obejmować uwzględnienie pożądanej lokalizacji geograficznej (np. Alaska vs Hawaje). Niezależnie od typu grzejnika, często bardziej efektywne jest pobieranie energii z zewnętrznego źródła zasilania prądem przemiennym lub alternatywnego akumulatora przeznaczonego do zasilania grzejnika w razie potrzeby. Jeśli jednak nagrzewnica elektryczna ma umiarkowane zapotrzebowanie na prąd, energia z głównego zestawu akumulatorów może być pobierana w celu jej ogrzania. Jeśli wykorzystywany jest termiczny układ hydrauliczny, wówczas grzałka elektryczna jest używana do podgrzewania chłodziwa, które jest pompowane i rozprowadzane po całym zestawie.

Eksperci od projektowania systemów BMS z pewnością znają sztuczki pozwalające na dostarczanie energii cieplnej do akumulatora. Na przykład, można włączyć różne układy elektroniczne w systemie BMS przeznaczone do zarządzania wydajnością. Chociaż nie jest to tak wydajne jak bezpośrednie ogrzewanie, może być jednak stosowane. Chłodzenie jest szczególnie istotne dla zmniejszenia spadku wydajności akumulatora litowo-jonowego. Na przykład, załóżmy, że dany akumulator działa optymalnie w temperaturze 20°C; jeśli temperatura pakietu wzrośnie do 30°C, jego wydajność może zostać obniżona nawet o 20%. Jeśli akumulator jest wielokrotnie ładowany i doładowywany w temperaturze 45°C (113°F), spadek wydajności może wzrosnąć do 50%. Żywotność baterii może również ucierpieć z powodu wczesnego starzenia się i degeneracji, jeśli jest ona wielokrotnie narażona na wysoką produkcję ciepła, szczególnie podczas szybkich cykli ładowania i rozładowywania. Chłodzenie jest zwykle wykonywane na dwa sposoby, pasywny lub aktywny, i obie strategie mogą być stosowane. Chłodzenie pasywne polega na przepływie powietrza w celu schłodzenia akumulatora. W przypadku samochodu elektrycznego sugeruje to, że po prostu porusza się on po drodze. Może to być jednak bardziej skomplikowane niż się wydaje, ponieważ czujniki prędkości powietrza mogą być podłączone do strategicznej automatycznej regulacji odchylających się zapór powietrznych w celu optymalnego przepływu powietrza. Wdrożenie aktywnego wentylatora z regulacją temperatury może być pomocne przy niskich prędkościach lub po zatrzymaniu pojazdu, ale wszystko, co może zrobić, to wyrównać pakiet z otaczającą temperaturą otoczenia. W przypadku upalnego dnia może to podnieść początkową temperaturę akumulatora. Aktywne chłodzenie termiczno-hydrauliczne może być zaprojektowane jako system uzupełniający i zazwyczaj wykorzystuje chłodziwo etylenowo-glikolowe o określonym stosunku mieszanki, krążące za pomocą pompy napędzanej silnikiem elektrycznym przez rury / węże, kolektory dystrybucyjne, krzyżowy wymiennik ciepła (chłodnicę) i płytę chłodzącą umieszczoną na zespole akumulatora. System BMS monitoruje temperatury w całym zestawie akumulatorów oraz otwiera i zamyka liczne zawory, aby utrzymać temperaturę całego akumulatora w niewielkim zakresie temperatur w celu zagwarantowania optymalnej wydajności akumulatora.

Zarządzanie pojemnością

Maksymalizacja pojemności akumulatora jest prawdopodobnie jedną z najbardziej krytycznych cech wydajności akumulatora, które zapewnia system BMS. Jeśli ta czynność nie zostanie wykonana, akumulator może ostatecznie stać się bezwartościowy. Podstawą problemu jest to, że "stos" akumulatorów (szereg ogniw) nie jest dokładnie równy i naturalnie ma nieco zróżnicowane wskaźniki wycieków lub samorozładowania. Wyciek nie jest winą producenta, ale właściwością chemiczną akumulatora, jednak może być statystycznie zależny od drobnych różnic w procesie produkcyjnym. Początkowo akumulator może zawierać dobrze dopasowane ogniwa, ale z czasem podobieństwo między ogniwami coraz bardziej się zmniejsza, nie tylko z powodu samorozładowania, ale także pod wpływem cykli ładowania / rozładowania, podwyższonej temperatury i ogólnego starzenia się kalendarza. Mając to na uwadze, należy pamiętać o wcześniejszym stwierdzeniu, że akumulatory litowo-jonowe działają doskonale, ale mogą być dość surowe, jeśli są obsługiwane poza ścisłą SOA. Słyszeliśmy wcześniej o niezbędnej ochronie elektrycznej, ponieważ akumulatory litowo-jonowe nie radzą sobie dobrze z przeładowaniem. Po całkowitym naładowaniu nie mogą odbierać więcej prądu, a każda dodatkowa energia wlana do nich jest przekształcana w ciepło, a napięcie potencjalnie szybko rośnie, być może do śmiertelnego poziomu. Nie jest to zdrowe środowisko dla ogniwa i może spowodować nieodwracalne uszkodzenia i szkodliwe warunki pracy, jeśli będzie się utrzymywać.

Szeregowy układ ogniw akumulatora kontroluje całkowite napięcie akumulatora, a niedopasowanie między sąsiednimi ogniwami stanowi wyzwanie podczas próby naładowania dowolnego stosu. Rysunek 3 pokazuje, dlaczego tak jest. Jeśli mamy idealnie zrównoważony zestaw ogniw, wszystko jest w porządku, ponieważ każde z nich ładuje się w równym stopniu, a prąd ładowania może zostać wyłączony po osiągnięciu wyższego progu odcięcia napięcia 4,0. Jednak w przypadku braku równowagi, górne ogniwo osiągnie swój limit naładowania wcześniej, a prąd ładowania musi zostać przerwany dla nogi, zanim inne ogniwa pod spodem zostaną naładowane do maksymalnej pojemności.

BMS jest tym, co wkracza do akcji i ratuje dzień, lub w tym przypadku akumulator. Aby zademonstrować, jak to działa, należy przedstawić istotną koncepcję. Stan naładowania (SOC) ogniwa lub modułu w danym momencie jest proporcjonalny do dostępnego ładunku w porównaniu do całkowitego naładowania po całkowitym naładowaniu. Tak więc bateria, która znajduje się na poziomie 50% SOC sugeruje, że jest naładowana 50%, co jest analogiczne do wskaźnika poziomu naładowania. Zarządzanie pojemnością BMS polega na równoważeniu fluktuacji SOC na każdym stosie w zespole akumulatorów. Ponieważ SOC nie jest liczbą bezpośrednio wymierną, można ją obliczyć za pomocą wielu podejść, a sam schemat równoważenia zazwyczaj dzieli się na dwie podstawowe grupy, pasywną i aktywną. Istnieją różne rodzaje tematów, a każda odmiana ma zalety i wady. Do inżyniera projektującego BMS należy określenie, który z nich jest idealny dla konkretnego zestawu akumulatorów i jego zastosowania. Równoważenie pasywne jest najprostsze do zastosowania, a także do przekazania ogólnej zasady równowagi. Technika pasywna pozwala każdemu ogniwu w stosie mieć taką samą naładowaną pojemność jak najsłabsze ogniwo. Wykorzystując stosunkowo niewielki prąd, przenosi niewielką ilość energii z ogniw o wysokim SOC przez cały cykl ładowania, tak że wszystkie ogniwa ładują się do maksymalnego SOC. Rysunek 4 przedstawia sposób, w jaki jest to wykonywane przez BMS. Monitoruje on każde ogniwo i wykorzystuje przełącznik tranzystorowy oraz odpowiedniej wielkości rezystor rozładowujący równolegle z każdym ogniwem. Gdy BMS wyczuje, że określone ogniwo osiąga limit naładowania, przekieruje nadwyżkę prądu wokół niego do następnego ogniwa poniżej w metodzie odgórnej.

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

Usunięcie ładunku z najwyżej naładowanych ogniw, co zapewnia miejsce na dalszy prąd ładowania w celu uniknięcia przeładowania i pozwala mniej naładowanym ogniwom na otrzymanie większego prądu ładowania.
Przekierowanie części lub praktycznie całego prądu ładowania wokół najwyżej naładowanych ogniw, umożliwiając mniej naładowanym ogniwom otrzymywanie prądu ładowania przez dłuższy czas.

Rodzaje systemów zarządzania akumulatorami

Systemy zarządzania akumulatorami są zarówno proste, jak i złożone i mogą obejmować szeroki zakres różnych technologii, aby osiągnąć swój główny cel, jakim jest "dbanie o akumulator". Systemy te można jednak podzielić na kategorie w oparciu o ich topologię, która odnosi się do sposobu ich instalacji i działania na ogniwach lub modułach w całym zestawie akumulatorów.

Scentralizowana architektura BMS

Posiada jeden centralny system BMS w zespole akumulatorów. Wszystkie pakiety akumulatorów są połączone bezpośrednio z centralnym systemem BMS. Budowa scentralizowanego systemu BMS została przedstawiona na rysunku 6. Scentralizowany system BMS oferuje pewne korzyści. Jest bardziej kompaktowy i zazwyczaj najtańszy, ponieważ jest tylko jeden system BMS. Istnieją jednak wady scentralizowanego systemu BMS. Ponieważ wszystkie akumulatory są połączone bezpośrednio z systemem BMS, wymaga on wielu portów do połączenia ze wszystkimi pakietami akumulatorów. Prowadzi to do mnóstwa kabli, okablowania, połączeń itp. w dużych zestawach akumulatorów, co komplikuje zarówno diagnostykę, jak i konserwację.

Modułowa topologia BMS

Podobnie jak w podejściu scentralizowanym, system BMS jest podzielony na wiele replikowanych modułów, z których każdy ma wyspecjalizowaną wiązkę przewodów i łączy się z sąsiednim przydzielonym elementem stosu akumulatorów. Patrz rysunek 7. W pewnych okolicznościach te podmoduły BMS mogą działać pod nadzorem głównego modułu BMS, którego zadaniem jest monitorowanie stanu podmodułów i łączenie się z urządzeniami peryferyjnymi. Dzięki nieodłącznej elastyczności, diagnostyka i konserwacja są łatwe, a rozbudowa do większych zestawów akumulatorów jest prosta. Wadą jest to, że całkowite wydatki są nieco większe, a w zależności od zastosowania może występować powielanie niepotrzebnych funkcji.

Podstawowy/podrzędny BMS

Koncepcyjnie porównywalny do architektury modułowej, ale w tym przypadku urządzenia podrzędne są bardziej ograniczone do przekazywania informacji pomiarowych, podczas gdy urządzenie nadrzędne jest przeznaczone do obliczeń i kontroli, a także komunikacji zewnętrznej. Tak więc, choć podobnie jak w przypadku architektury modułowej, koszty mogą być niższe, ponieważ funkcjonalność urządzeń podrzędnych jest zwykle prostsza, z przypuszczalnie mniejszym narzutem i mniejszą liczbą niepotrzebnych funkcji.

Rozproszona architektura BMS

Znacznie różni się od innych topologii, w których sprzęt elektryczny i oprogramowanie są zamknięte w modułach, które łączą się z ogniwami za pomocą wiązek powiązanego okablowania. Rozproszony system BMS zawiera cały sprzęt elektryczny na płycie sterującej umieszczonej bezpośrednio na monitorowanym ogniwie lub module. Pozwala to ograniczyć większość okablowania do kilku przewodów czujników i kabli komunikacyjnych między pobliskimi jednostkami BMS. W rezultacie każdy system BMS jest bardziej samodzielny i wykonuje obliczenia oraz komunikuje się w razie potrzeby. Jednak pomimo tej pozornej prostoty, ta zintegrowana forma sprawia, że rozwiązywanie problemów i konserwacja są raczej trudne, ponieważ znajdują się głęboko w zespole modułu ekranu. Koszty są również zwykle wyższe, ponieważ w całej konstrukcji zestawu akumulatorów znajduje się więcej systemów BMS.

Znaczenie systemów zarządzania akumulatorami

Bezpieczeństwo funkcjonalne ma ogromne znaczenie w systemach BMS. Podczas ładowania i rozładowywania niezbędne jest zapobieganie przekroczeniu ustalonych limitów SOA przez napięcie, prąd i temperaturę każdego ogniwa lub modułu pod kontrolą nadzoru. Jeśli ograniczenia zostaną przekroczone przez pewien okres czasu, nie tylko potencjalnie kosztowny zestaw akumulatorów ulegnie degradacji, ale może dojść do śmiertelnej sytuacji ucieczki termicznej. Co więcej, dolne limity progowe napięcia są również dokładnie monitorowane w celu ochrony akumulatorów litowo-jonowych i bezpieczeństwa funkcjonalnego. Jeśli akumulator litowo-jonowy pozostanie w stanie niskiego napięcia, na anodzie mogą ostatecznie utworzyć się miedziane dendryty, co może skutkować zwiększoną szybkością samorozładowania i stwarzać potencjalne problemy związane z bezpieczeństwem. Ogromna gęstość energii urządzenia zasilane litowo-jonowo ma swoją cenę, która oferuje niewiele miejsca na błąd w zarządzaniu baterią. Dzięki systemom BMS i postępowi w dziedzinie akumulatorów litowo-jonowych jest to jeden z najbardziej udanych i bezpiecznych obecnie dostępnych rodzajów baterii.

Wydajność zestawu akumulatorów jest drugim najważniejszym elementem systemu BMS, który obejmuje kontrolę elektryczną i termiczną. Aby elektrycznie zmaksymalizować całkowitą pojemność akumulatora, wszystkie ogniwa w zestawie muszą być zrównoważone, co oznacza, że SOC pobliskich ogniw w całym zespole są prawie równe. Jest to szczególnie ważne, ponieważ nie tylko pozwala osiągnąć idealną pojemność baterii, ale także pomaga uniknąć ogólnego pogorszenia stanu i zmniejsza niebezpieczne punkty zapalne spowodowane przeładowaniem słabych ogniw. Akumulatory litowo-jonowe powinny unikać rozładowywania poniżej niskiego napięcia, ponieważ może to skutkować efektem pamięci i poważną utratą pojemności. Procesy elektrochemiczne są bardzo wrażliwe na temperaturę, a baterie nie są wyjątkiem. Gdy temperatura otoczenia spada, pojemność i dostępna energia akumulatora gwałtownie spadają. W związku z tym system BMS może włączyć zewnętrzną grzałkę liniową, która działa, powiedzmy, w układzie chłodzenia cieczą akumulatora samochodu elektrycznego lub włączyć rezydentne płyty grzewcze, które są zamontowane pod modułami akumulatora umieszczonego w helikopterze lub innym samolocie. Ponadto, ponieważ ładowanie zimnych ogniw litowo-jonowych jest szkodliwe dla żywotności baterii, ważne jest, aby najpierw odpowiednio podnieść temperaturę baterii. Większość akumulatorów litowo-jonowych nie może być szybko ładowana, gdy ich temperatura jest niższa niż 5°C i nie powinna być w ogóle ładowana, gdy ich temperatura jest niższa niż 0°C. Aby uzyskać maksymalną wydajność podczas zwykłego użytkowania, zarządzanie temperaturą BMS często zapewnia, że bateria działa w ograniczonym obszarze Goldilocks (np. 30-35°C). Zapewnia to wydajność, promuje dłuższą żywotność i wspiera zdrowy, niezawodny akumulator.

Zalety systemów zarządzania akumulatorami

Cały akumulatorowy system magazynowania energii, czasami określany jako BESS, może składać się z dziesiątek, setek, a nawet tysięcy ogniw litowo-jonowych starannie upakowanych razem, w zależności od zastosowania. Systemy te mogą mieć napięcie znamionowe niższe niż 100 V, ale mogą sięgać nawet 800 V, a prądy zasilania mogą sięgać nawet 300 A lub więcej. Jakiekolwiek niewłaściwe obchodzenie się z pakietem wysokiego napięcia może spowodować zagrażającą życiu, katastrofalną tragedię. W związku z tym systemy BMS są niezbędne do zapewnienia bezpiecznego funkcjonowania. Zalety systemów BMS można przedstawić w następujący sposób.

Bezpieczeństwo funkcjonalne. Jest to szczególnie mądre i potrzebne w przypadku dużych akumulatorów litowo-jonowych. Jednak nawet mniejsze formaty, używane na przykład w komputerach, są znane z tego, że mogą się zapalić i wyrządzić ogromne szkody. Bezpieczeństwo osobiste użytkowników urządzeń korzystających z systemów zasilanych litowo-jonowo oferuje ograniczone miejsce na błąd w zarządzaniu baterią.
Żywotność i niezawodność. Zarządzanie ochroną akumulatora, elektryczną i termiczną, gwarantuje, że wszystkie ogniwa są wykorzystywane zgodnie z określonymi wymaganiami SOA. Ta precyzyjna kontrola gwarantuje, że ogniwa są chronione przed trudnym użytkowaniem oraz szybkimi cyklami ładowania i rozładowywania, a ostatecznie skutkuje stabilnym systemem, który może zapewnić wiele lat niezawodnej pracy.
Wydajność i zasięg. Zarządzanie pojemnością akumulatora BMS, w którym równoważenie między ogniwami jest wykonywane w celu wyrównania SOC sąsiednich ogniw w całym zespole akumulatora, umożliwiając osiągnięcie optymalnej pojemności akumulatora. Bez tej zdolności BMS do uwzględnienia różnic w samorozładowaniu, cyklach ładowania/rozładowania, wpływie temperatury i ogólnym starzeniu się, akumulator może ostatecznie stać się bezwartościowy.
Diagnostyka, gromadzenie danych i komunikacja zewnętrzna. Zadania związane z nadzorem obejmują ciągłe monitorowanie wszystkich ogniw akumulatora, gdzie rejestrowanie danych może być wykorzystywane samo w sobie do diagnostyki, ale zwykle jest wykorzystywane do obliczeń w celu oszacowania SOC wszystkich ogniw w zespole. Informacje te są wykorzystywane do algorytmów równoważenia, ale łącznie mogą być przesyłane do urządzeń zewnętrznych i wyświetlaczy w celu pokazania dostępnej energii rezydentnej, przewidywania przewidywanego zasięgu lub zasięgu / żywotności w zależności od bieżącego zużycia oraz podania stanu zdrowia zestawu akumulatorów.
Redukcja kosztów i gwarancji. Dodanie systemu BMS do systemu BESS zwiększa koszty, ponieważ zestawy akumulatorów są kosztowne i potencjalnie niebezpieczne. Im bardziej skomplikowany system, tym wyższe standardy bezpieczeństwa, co skutkuje koniecznością zwiększonej obecności nadzoru BMS. Jednak ochrona i konserwacja zapobiegawcza systemu BMS w zakresie bezpieczeństwa funkcjonalnego, żywotności i niezawodności, wydajności i zasięgu, diagnostyki itp. zapewnia obniżenie całkowitych kosztów, w tym kosztów związanych z gwarancją.

Systemy zarządzania akumulatorami

Symulacja jest kluczowym sprzymierzeńcem w projektowaniu BMS, zwłaszcza gdy jest wykorzystywana do badania i rozwiązywania trudności projektowych w ramach rozwoju sprzętu, prototypowania i testowania. Dzięki realistycznemu modelowi ogniwa litowo-jonowego, model symulacyjny architektury BMS jest wykonywalną specyfikacją uznawaną za wirtualny prototyp. Ponadto, symulacja zapewnia bezbolesną ocenę zmienności funkcji nadzoru BMS w różnych warunkach pracy akumulatora i otoczenia. Wątpliwości związane z implementacją można wykryć i zbadać bardzo wcześnie, co umożliwia przetestowanie wydajności i ulepszeń bezpieczeństwa funkcjonalnego przed wdrożeniem na rzeczywistym prototypie sprzętowym. Skraca to czas opracowywania i pomaga zapewnić, że początkowy prototyp sprzętowy będzie solidny. Ponadto można przeprowadzić różne testy uwierzytelniania, w tym najgorsze scenariusze, dla systemu BMS i zestawu akumulatorów podczas ćwiczeń w fizycznie realistycznych aplikacjach systemu wbudowanego.

Zapewniamy obszerne biblioteki modeli elektrycznych, cyfrowych, sterowania i hydrauliki termicznej, aby pomóc inżynierom zainteresowanym Projekt systemu BMS i zestawu akumulatorów i rozwój. Dostępne są narzędzia do szybkiego konstruowania modeli przy użyciu podstawowych specyfikacji arkusza danych i krzywych pomiarowych dla wielu urządzeń elektrycznych i różnych typów chemicznych akumulatorów. Oceny statystyczne, stresu i błędów zapewniają weryfikację w całym spektrum obszaru roboczego, w tym w regionach granicznych, aby zapewnić ogólną niezawodność BMS. Ponadto dostarczane są różne przykłady projektowe, aby pomóc użytkownikom w zainicjowaniu projektu i szybkim uzyskaniu odpowiedzi wymaganych z symulacji.