Батерейны удирдлагын систем гэж юу вэ?

Батерейны удирдлагын систем

Батерейны удирдлагын систем (BMS) нь батерейг үр дүнтэй удирдахад ашигладаг төхөөрөмж юм. Цахилгаан тээврийн хэрэгслийн хувьд сайн зохион бүтээсэн BMS техник хангамж, программ хангамж- нь жолоодлогын зайг үр дүнтэйгээр нэмэгдүүлэх, батерейны ашиглалтын хугацааг уртасгах, ашиглалтын зардлыг бууруулж, цахилгаан батерейны аюулгүй байдал, найдвартай байдлыг хангах боломжтой. Цахилгаан батерейны удирдлагын систем нь цахилгаан тээврийн хэрэгслийн зайлшгүй чухал бүрэлдэхүүн хэсэг болсон. Энэ бүлэг нь цахилгаан батерейны удирдлагын системийн бүтэц, үйл ажиллагаа, ажиллах зарчмуудыг танилцуулахад чиглэнэ.

Системийн архитектур

Ердийн батерейны удирдлагын системийн (BMS) техник хангамж нь үндсэндээ Батерейны удирдлагын нэгж (BMU), эсийн удирдлагын нэгж (CMU), мэдрэгч, цахилгааны утас гэх мэтийг агуулдаг. Том хэмжээний цахилгаан батерейны системийг зохион бүтээхэд BMS архитектурын сонголт нь маш чухал бөгөөд энэ нь техник хангамжийн нэгжүүд болон программ хангамжийн програмчлалын арга барил хоорондын холболтын аргуудыг шууд тодорхойлох, мөн системийн шинэчлэлт, засвар үйлчилгээ, засвар үйлчилгээний зардалд нөлөөлдөг. BMS-ийн хянагч хоорондын топологи дээр үндэслэн BMS-ийг нэгдсэн болон тархсан гэсэн хоёр төрөлд ерөнхийд нь ангилж болно.

1. Нэгдсэн BM

Нэг{0}}нэгж БМС гэж нэрлэгддэг нэгдсэн BMS нь үндсэн хянагч (BMU) болон эсийн хянагч (CMU) хоёрыг нэг хянагч болгон нэгтгэж, үндсэн хянагч нь өгөгдөл цуглуулах, боловсруулах, удирдах функцийг шууд хариуцдаг BMS-ийг хэлнэ. Нэгдсэн BMS-ийн топологийг Зураг 8-1-д үзүүлэв.

 

Нэгдсэн BMS нь авсаархан, хөндлөнгийн нөлөөллийн эсрэг хүчтэй чадвартай,-борт дээрх хурдан холболтыг санал болгож, синхрон өгөгдөл цуглуулах боломжийг олгодог. Цаашилбал, тэд нэг багцад BMS-ийн бүх функцийг гүйцэтгэж, зардлыг бууруулж чадна. Гэсэн хэдий ч нэгдсэн BMS нь нарийн төвөгтэй холбогч, утаснуудтай байдаг тул системийн янз бүрийн хэсэгт богино холболт үүсэх үед зайны системийг хамгаалахад хүндрэлтэй байдаг. Эдгээр нь зөвхөн жижиг зайны модулиудад тохиромжтой бөгөөд өргөтгөх чадвар, засвар үйлчилгээ муутай байдаг.

 

2. Тархсан BMS

 

Нэгдсэн топологиос ялгаатай нь тархсан архитектурууд нь BMS функцийг үндсэн хавтангийн BMU болон олон slave CMU-д хуваадаг. Модульчлагдсан бүтэц нь модулийн угсралтыг хялбарчилж, дээж авах бэхэлгээний зохион байгуулалтыг оновчтой болгож, жигд зайтай хүчдэлийн уналтын зөрчлийг багасгадаг. Сул тал нь өндөр өртөгтэй, илүү төвөгтэй харилцаа холбоо, хяналтын загвар юм. Тархсан BMS холболтын аргуудын олон янз байдал дээр үндэслэн тэдгээрийг од холболт (Зураг 8-2-г үзнэ үү), автобусны холболт, гинжин хэлхээний холболт гэсэн гурван төрөлд хувааж болно.

 

(1) Одтой холболтОдтой холболтод BMU-ийн үндсэн хавтан нь төвд байрладаг бөгөөд CMU модуль бүр нь бэхэлгээний тусламжтайгаар BMS-ийн үндсэн хавтантай шууд холбогддог. Одтой холболтууд нь цэгээс-цэгээс-хяналтыг хөнгөвчлөх ба нэг CMU зангилааны эвдрэл нь системд төдийлөн нөлөөлөхгүй. Гэсэн хэдий ч модулиудын тоо нэмэгдэхийн хэрээр од холболт дахь холбооны шугамын нарийн төвөгтэй байдал нь экспоненциалаар нэмэгдэж, засвар үйлчилгээ хийхэд хүндрэл учруулж, өргөтгөх чадварыг хязгаарладаг. BMS-ийн үндсэн хавтангийн портуудын хязгаарлалтын улмаас CMU модулиудыг дур зоргоороо нэмэх боломжгүй бөгөөд энэ нь том хэмжээний-програмд ​​харьцангуй ховор тохиолддог.

 

(2) Автобусны холболтАвтобусанд суурилсан системийн архитектур нь Зураг 8-3-т үзүүлсэн шиг модульчлагдсан дизайныг хөнгөвчилдөг. BMS нь ихэвчлэн BMU, CMU, Battery Join Box (BJB) гэсэн олон хяналтын нэгжид хуваагддаг. BMU, CMU, BJB нь CAN эсвэл бусад автобусны сүлжээгээр холбогддог. BMU нь батерейг удирдах үндсэн алгоритмын функцийг гүйцэтгэдэг; CMU нь эсийн хүчдэлийг олж авах, тэнцүүлэх, температурыг хэмжих ажлыг гүйцэтгэдэг; BJB нь өндөр хүчдэл, гүйдэл, температурыг олж авах, контакторыг жолоодох, оношлох, батерейны тусгаарлагчийг илрүүлэх; Тусгаарлах нь цахилгааны тусгаарлалтыг хангаж, буцах урсгал нь хэлхээний самбарыг шатаахаас сэргийлж, хөндлөнгийн далайцыг хязгаарладаг.

 

Автобусанд суурилсан архитектур нь илүү уян хатан холбооны холболт, хүчирхэг өргөтгөх боломжтойг санал болгож, техник хангамжийн архитектурын дизайныг ихээхэн хөнгөвчлөх, модульчлагдмал болгох, системийн хэрэглэгдэхүүн болон зөөвөрлөх чадварыг сайжруулдаг. Үүний гол сул тал бол харьцангуй өндөр өртөг юм.

 

Daisy{0}}гинж нь сүүлийн жилүүдэд гарч ирсэн харьцангуй шинэ холболтын арга юм. Интерфэйс нь 1Mb/s хүртэлх бүтэн{2}}дуплекс SPI дохиог дифференциал дохио болгон хувиргаж, эрчилсэн{4}}хос кабель болон энгийн, хямд-транформатороор дамжуулан дамжуулах боломжтой. Жишээлбэл, Linear Technology-ийн AFE төхөөрөмжүүдийг (LTC6811) хооронд нь холбож, BMS үүсгэх боломжтой. Өгөгдлийн тусгаарлагчийг -жижиг, хямд өртөгтэй трансформатор орлоно. Үндсэн хяналтын микропроцессорын тал дээр жижиг адаптер IC (LTC6820) нь үндсэн хянагчийн интерфейсийг хангадаг. Нэг чиглэлтэй гинжин сүлжээ нь энгийн боловч аливаа зангилааны эвдрэл нь бүхэл системийн харилцаанд нөлөөлж болно. Тиймээс 8{18}}4-р зурагт үзүүлсэн шиг сайжруулсан цагирагны гинжийг Тесла зэрэг шинэ эрчим хүчний автомашин үйлдвэрлэгчдийн BMS бүтээгдэхүүнүүдэд боловсруулж ашигласан. CAN автобусны холболттой харьцуулахад гинжин хэлхээ нь өртөг багатай, хэмжээ нь бага боловч өргөтгөх чадвар муу, зангилааны дээд хязгаар хязгаарлагдмал, том хэмжээний эрчим хүч хадгалах систем гэх мэт нарийн төвөгтэй хувилбаруудад батерейны удирдлагын асуудлыг шийдвэрлэхэд бэрхшээлтэй байдаг.

Үндсэн функцууд

Ерөнхийдөө батерейны удирдлагын системийн (BMS) үндсэн функцууд нь: өгөгдөл цуглуулах, батерейны төлөвийг тооцоолох, эрчим хүчний удирдлага, аюулгүй байдлын удирдлага, дулааны удирдлага, тэнцвэржүүлэх хяналт, холбооны функцууд болон хүний{0}}машины интерфейс. Зураг 8-5-д батерейны удирдлагын системийн функциональ блок диаграммыг үзүүлэв.

1. Мэдээлэл олж авах

Мэдээлэл цуглуулах нь Батерейны удирдлагын систем (BMS) дахь бүх алгоритм, удирдлагын үндэс суурь юм. Тиймээс түүвэрлэлтийн хурд, нарийвчлал, шүүлтүүрийн өмнөх шинж чанарууд нь батерейны системийн гүйцэтгэлд нөлөөлдөг чухал үзүүлэлтүүд юм. Мэдээлэл олж авах хурдыг хувилбар болон функцээр тодорхойлно. Жишээлбэл, нөөц тэжээлийн хангамжтай бол өгөгдөл олж авах хурд нь 10 секундэд нэг фрэйм, бүр минутанд ч бага байх боломжтой; хурдацтай өөрчлөгдөж буй гүйдэл бүхий объектын хувьд (тээврийн хэрэгсэл гэх мэт) өгөгдлийг дор хаяж 1 секунд тутамд нэг удаа олж авах шаардлагатай бөгөөд аюулгүй байдлын-тай холбоотой зарим өгөгдлийг 100 мс эсвэл 10 мс хүртэлх давтамжтай түүвэрлэх шаардлагатай.

2. Зайны төлөвийн тооцоо

Батерейны төлөв байдлын тооцоо нь үндсэндээ хоёр зүйлийг агуулна.Хариуцсан муж (SOC)болонЭрүүл мэндийн байдал (SOH). SOC нь батерейны одоогийн үлдсэн цэнэгийг тодорхойлдог бөгөөд цахилгаан тээврийн хэрэгслийн жолоодлогын хүрээг тооцоолох үндэс болдог. SOH нь батерейны ашиглалтын хугацаа болон бусад эрүүл мэндийн нөхцөл байдлыг илэрхийлэхэд ашигладаг параметр юм.

3. Эрчим хүчний менежмент

Эрчим хүчний удирдлага нь батерейны бодит-оролтын эрчим хүчний гаралт ба батарей болон системийн даацаас хэтрэхгүй байхыг баталгаажуулдаг. Бодит байдал дээр батерейны цэнэглэх/цэнэглэх хүчин чадалд температур, SOC, SOH зэрэг бусад хүчин зүйлс нөлөөлдөг. Үүний зэрэгцээ системийн түвшинд хэт халалт, хэлхээний эвдрэл зэрэг эрсдэлээс зайлсхийх хэрэгтэй. Тиймээс эрчим хүчний менежмент нь гүйдэл, хүчдэл, температур, SOC болон SOH-ийг орц болгон ашигладаг дэлхийн хяналтын процесс юм.

4. Аюулгүй байдлын менежмент

Зайны хүчдэл, гүйдэл, температурыг хэвийн хэмжээнээс хэтрүүлэхгүйн тулд хянах. Орчин үеийн BMS (Батерейны удирдлагын систем) нь зөвхөн батерейг бүхэлд нь хянаад зогсохгүй хэт цэнэглэх, хэт цэнэггүй болох, хэт-температур зэрэг эсийн онцгой нөхцөл байдлыг хянах боломжийг олгодог.

5. Дулааны менежмент

Ашиглалтын температур хэт өндөр байх үед батерейг хөргөх, ажиллах температурын доод хязгаараас доош унасан үед халаах нь батерейг хамгийн оновчтой ажиллах хязгаарт багтааж, үйл ажиллагааны явцад бие даасан эсийн температурын тэнцвэрийг хадгалах явдал юм. Дулааны менежмент нь өндөр-цахилгаан батерей, өндөр{2}}температурын нөхцөлд ялангуяа шаардлагатай байдаг.

6. Тэнцвэржүүлэх хяналт

Батерейны гүйцэтгэлийн зөрчилдөөн нь батерейны нийт гүйцэтгэл буурч, аюулгүй байдлын эрсдэлд хүргэж болзошгүй юм. Зайны багц дахь бие даасан үүрнүүдийн хооронд тэнцвэржүүлэх хэлхээг суурилуулсан бөгөөд тус бүрийг цэнэглэх, цэнэглэх нөхцөлийг аль болох тогтвортой байлгахын тулд батерейны багцын ерөнхий гүйцэтгэлийг сайжруулдаг.

7. Харилцааны функцууд

Батерейны удирдлагын системийн (BMS) чухал үүрэг бол батерейны параметрүүд болон мэдээллийг самбар дээрх болон гаднах төхөөрөмжтэй холбоо тогтоох, цэнэглэх, цэнэггүй болгох, тээврийн хэрэгслийн хяналтын өгөгдлийг хангах явдал юм. Хэрэглээнээс хамааран өгөгдөл солилцох нь аналог дохио, PWM дохио, CAN автобус эсвэл I2C цуваа интерфэйс гэх мэт өөр өөр холбооны интерфейсийг ашиглаж болно.

8. Хүний{1}}машины интерфейс (HMI)

HMI нь хүний{0}}машинтай харилцах зуучлагч интерфейс юм. Энэ нь хүмүүс болон тэдний ажиллаж буй машинуудын хоорондын харилцан яриа, харилцан үйлчлэлийг үр дүнтэй болгохын тулд зохих оролт, гаралтын төхөөрөмжийг ашигладаг. BMS-д HMI нь дизайны шаардлагын дагуу тохируулагдсан дэлгэцийн мэдээлэл, хяналтын товчлуур, бариулыг агуулдаг.