Система управления батареями (BMS)

С системой управления батареи (СЭЗ)- это любая электронная система, которая управляет аккумуляторная батарея (сотовый или аккумулятор), например, путем защиты аккумулятора от действующих за пределами его область безопасной работы[разъяснение, необходимое], мониторинг его состояния, расчета вторичных данных, составления отчетов, контроля окружающей среды, проверки подлинности и / или балансировки его.

Блок батарей построенный вместе с системой управления батареи с внешней шиной данных связи умный блок батарей . Интеллектуальный аккумуляторный блок должен заряжаться с помощью интеллектуального зарядного устройства

Функции

Монитор

Цепь безопасности для 4 батарей клетки LiFePO4 с балансером

BMS может контролировать состояние батареи, представленное различными элементами, такими как::

• Напряжение тока: полное напряжение тока, напряжения тока индивидуальных клеток, минимальное и максимальное напряжение тока клетки или напряжение тока периодических отводов
• Температура: средняя температура, температура входа хладоагента, температура выхода хладоагента, или температуры индивидуальных клеток
• Состояние заряда (SOC) или глубина разряда (DOD), чтобы указать уровень заряда батареи
• Состояние здоровья (SOH), различн-определенное измерение остальной емкости батареи как % от первоначальной емкости
• Состояние мощности (SOP), количество мощности, доступной в течение определенного интервала времени с учетом текущего потребления энергии, температуры и других условий
• Состояние безопасности (SOS)
• Расход охлаждающей жидкости: для батарей с воздушным или жидкостным охлаждением
• Течение : течение В или из батареи

Системы электромобилей: рекуперация энергии

• BMS также будет контролировать перезарядку батареи путем перенаправления восстановленной энергии (т. е. - от рекуперативного торможения ) обратно в аккумуляторный блок (обычно состоящий из нескольких батарей, каждая из которых состоит из нескольких элементов).

Вычисление

Кроме того, BMS может рассчитывать значения на основе вышеуказанных элементов, таких как: [требуется цитирование]

• Максимальный ток заряда в качестве предела тока заряда (ККЛ)
• Максимальный разряд тока как предел разряда тока (DCL)
• Энергия [кВтч], поставляемая с момента последней зарядки или цикла зарядки
• Внутреннее сопротивление ячейки (для определения напряжения разомкнутой цепи)
• Заряд [Ah] доставлен или сохранен (иногда эта функция называется счетчиком кулона)
• Полная энергия поставленная с первой пользы
• Общее время работы с момента первого использования
• Total number of cycles

Коммуникация

Центральный контроллер BMS взаимодействует внутренне со своим оборудованием, работающим на уровне ячейки, или внешне с оборудованием высокого уровня, таким как ноутбуки или HMI .[ требуется разъяснение]

Внешние коммуникации высокого уровня просты и используют несколько методов: [требуется цитирование]

• Различные виды последовательной связи .
• Смогите повезти сообщения на автобусе, обыкновенно используемые в автомобильных окружающих средах.
• DC-BUS-последовательная связь по линии электропередачи
• Различные типы беспроводной связи

Низковольтные централизованные BMSs в основном не имеют никаких внутренних коммуникаций. Они измеряют напряжение тока клетки разделением сопротивления.

Распределенные или модульные BMSs должны использовать некоторую низкоуровневую внутреннюю связь cell-controller (модульная архитектура) или controller-controller (распределенная архитектура). Эти виды коммуникаций сложны, особенно для высоковольтных систем. Проблема заключается в смещении напряжения между ячейками. Первый сигнал заземления ячейки может быть на сотни вольт выше, чем сигнал заземления другой ячейки. Помимо программных протоколов, существует два известных способа аппаратной связи для систем сдвига напряжения: оптическая развязка и беспроводная связь. Еще одним ограничением для внутренних коммуникаций является максимальное количество ячеек. Для модульной архитектуры большинство аппаратных средств ограничено максимальными 255 узлами. Для высоковольтных систем время поиска всех ячеек является еще одним ограничением, ограничивающим минимальную скорость шины и теряющим некоторые аппаратные возможности. Стоимость модульных систем важна, потому что она может быть сопоставима с ценой ячейки. Сочетание аппаратных и программных ограничений приводит к нескольким вариантам внутренней связи:

• Изолированные последовательные связи
• беспроводная последовательная связь

Защита

BMS может защитить свою батарею, предотвращая ее работу за пределами своей безопасной рабочей зоны, например:

• Перегрузки по току (может отличаться в режимах зарядки и разрядки)
• Перенапряжение (во время зарядки)
• Недонапряжение (во время discharging), специально важное для клеток свинцовокислотных и Li-Иона
• Над температурой
• Под-температура
• Избыточное давление (NiMH аккумуляторы)
• Обнаружение тока замыкания на землю или утечки (контроль системы, что высоковольтная батарея электрически отключена от любого проводящего объекта, осязаемого для использования, например, кузова транспортного средства)

BMS может предотвратить деятельность вне рабочей зоны батареи безопасной мимо:

• Включая внутренний переключатель (например, реле или твердотельное устройство), который открывается, если батарея работает вне его безопасной рабочей зоны
• Запрашивать устройства, к которым подключена батарея, чтобы уменьшить или даже прекратить использование батареи.
• Активно контролируя окружающую среду, как через подогреватели, вентиляторы, кондиционирование воздуха или жидкостный охлаждать

Подключение аккумулятора к цепи нагрузки

Файл:ЧаргБМСмок.JPG

BMS может также отличать системой предварительного заряда позволяющ безопасному пути соединить батарею к различным нагрузкам и исключать чрезмерно течения inrush для того чтобы нагрузить конденсаторы.

Подключение к нагрузкам обычно контролируется через электромагнитные реле, называемые контакторами. Схема предварительного заряда может быть либо силовыми резисторами, соединенными последовательно с нагрузками до тех пор, пока конденсаторы не будут заряжены. Альтернативно, переключенный источник питания режима соединенный параллельно к нагрузкам можно использовать для того чтобы поручить напряжение тока цепи нагрузки до уровня близко достаточно к напряжению тока батареи для того чтобы позволить закрыть контакторы между батареей и цепью нагрузки. BMS может иметь цепь которая может проверить закрыто ли реле уже перед поджимать (должный к сваривать например) для предотвращения течений inrush произойти.

Оптимизация

Распределенная система управления батареей

Для того чтобы увеличить емкость батареи, и предотвратить локализованные недонагружать или начислять сверх, BMS может активно обеспечить что все клетки которые составляют батарею сдержаны на таких же напряжении тока или положении обязанности, через балансировать. BMS может сбалансировать клетки мимо:

• Расточительствуя энергию от самых порученных клеток путем соединять их к нагрузке (как через пассивные регуляторы)
• Перетасовка энергии из наиболее заряженных ячеек в наименее заряженные ячейки (балансировщики)
• Снижение зарядного тока до достаточно низкого уровня, который не повредит полностью заряженные ячейки, в то время как менее заряженные ячейки могут продолжать заряжаться (не относится к литиевым химическим элементам)
• Модульная зарядка

Топологии

Технология BMS отличается сложностью и производительностью:

Ошибка создания миниатюры: Файл не найден

Кабельный модуль передачи данных

• Простые пассивные регуляторы достигают балансировать через батареи или клетки путем обходить поручая течение когда напряжение тока клетки достигает некоторый уровень. Напряжение тока клетки плохой индикатор SOC клетки (и для некоторых химий лития как LiFePO4 это никакой индикатор на всех), таким образом, делать напряжения тока клетки равным используя пассивные регуляторы не балансирует SOC, которое цель BMS. Поэтому такие устройства, будучи безусловно полезными, имеют серьезные ограничения в своей эффективности.
• Активные регуляторы толковейше поворачивая время от времени нагрузку когда соотвествующий, снова для того чтобы достигнуть балансировать. Если в качестве параметра включения активных регуляторов используется только напряжение ячейки, то для пассивных регуляторов применяются те же ограничения, что и для пассивных.
• Полный BMS также сообщает о состоянии батареи на дисплее и защищает батарею.

Беспроводная связь BMS

Топологии BMS попадают в 3 категории:

• Централизованный: одиночный регулятор соединен к батарейным элементам через множество проводов
• Распределено: доска BMS установлена на каждую клетку, с как раз одиночным кабелем связи между батареей и регулятором
• Модульный: несколько контроллеров, каждый из которых передает определенное количество ячеек, с сообщением между контроллерами

Централизованные BMSs являются наиболее экономичными, наименее расширяемыми и страдают от множества проводов. Распределенные BMSs являются самыми дорогими, простыми в установке и предлагают самую чистую сборку. Модульные BMSs предлагают компромисс характеристик и проблем других 2 топологий.

Требования к BMS в мобильных приложениях (таких как электромобили) и стационарных приложениях (таких как stand-by UPSs в серверной комнате) сильно отличаются, особенно от требований к ограничению пространства и веса, поэтому аппаратные и программные реализации должны быть адаптированы к конкретному использованию. В случае электрических или гибридных транспортных средств BMS является только подсистемой и не может работать в качестве автономного устройства. Он должен взаимодействовать, по крайней мере, с зарядным устройством (или зарядной инфраструктурой), подсистемами нагрузки, теплового управления и аварийного отключения. Поэтому, в хорошей конструкции корабля BMS плотно интегрировано с теми подсистемами. Некоторые небольшие мобильные приложения (например, тележки для медицинского оборудования, моторизованные инвалидные коляски, скутеры и аэродромные автопогрузчики) часто имеют внешнее зарядное оборудование, однако бортовая BMS все еще должна иметь тесную интеграцию дизайна с внешним зарядным устройством.

Различные методы балансировки батареи используются, некоторые из них основаны на состоянии теории заряда.

Смотрите также

• Устройство для балансировки аккумуляторной батареи
• Контроль батареи
• Зарядное устройство
• Цифровой ток

Пруф

.nrel.gov/vehiclesandfuels/energystorage/pdfs/3a_2002_01_1918.pdf

• .nrel.gov/docs/fy15osti/61263.pdf
• .nrel.gov/transportation/energystorage/evaluation.html
• .mpoweruk.com/bms.htm