1 Základné pojmy BMS
Battery Management System (BMS) je hlavná riadiaca jednotka systému skladovania energie batérie, ktorá slúži ako dôležité spojenie medzi batériovými článkami a systémom skladovania energie/elektrárňou. Hlavnou funkciou je dosiahnuť inteligentnú správu a údržbu rôznych batériových jednotiek, zabrániť prebitiu a nadmernému vybitiu, zabrániť tepelnému úniku a zaistiť bezpečnosť a účinnosť systému.
Zodpovedá najmä za monitorovanie stavu batérie (meranie parametrov batérie vrátane základných parametrov a stavu ako napätie, prúd, teplota, ako aj výpočet údajov o stave batérie ako SOC a SOH), analýzu stavu, nabitie a vybitie batérie riadenie, ochrana pred poruchami a zabezpečenie bezpečnej a efektívnej prevádzky systému. Zároveň je možné nahrať kľúčové dáta do nadradeného systému na zálohovanie a analýzu dát.
2 Operačné prostredie Battery Management System (BMS)
Vysoké napätie: Napätie batérie môže často dosiahnuť 700 V.
Vysoký prúd: Prúd v batérii môže zvyčajne dosiahnuť 100 až 300 ampérov.
Hĺbka vybitia a nabitia (DOD) batérií s hlbokým cyklom je zvyčajne 80 % alebo viac.
3 Charakteristika systému BMS skladovania energie
Bezpečnosť: Môže zabrániť prebitiu batérie, nadmernému vybitiu, prehriatiu, skratu a iným poruchám, čím sa zabezpečí bezpečná prevádzka batérie.
Účinnosť: Môže optimalizovať proces nabíjania a vybíjania batérie a zlepšiť jej efektivitu využitia.
Životnosť: Môže predĺžiť životnosť batérie.
Spoľahlivosť: Schopný pracovať stabilne v drsnom prostredí.
Škálovateľnosť: schopnosť uspokojiť potreby systémov skladovania energie rôznych mier.
4 Spoločné komunikačné protokoly pre systémy skladovania energie BMS
CAN bus: bežne používaný protokol fieldbus s výhodami ako nízka cena, vysoká prenosová rýchlosť a vysoká spoľahlivosť.
RS485: RS485 je poloduplexný sériový komunikačný protokol so silnou odolnosťou proti rušeniu a dlhou prenosovou vzdialenosťou.
Modbus: Modbus je univerzálny protokol Modbus s výhodami, ako je jednoduchosť použitia a dobrá otvorenosť.
5 Referenčné údaje pre bežne používané systémy skladovania energie BMS
Typ batérie: Lítium-iónová batéria, olovená batéria atď
Jednotlivé napätie: 3,7V, 12V, 24V atď
Napätie akumulátora: 48V, 220V, 400V atď
Kapacita batérie: 10 kWh, 20 kWh, 50 kWh atď
Maximálny nabíjací prúd: 1C, 2C, 3C atď
Maximálny vybíjací prúd: 1C, 2C, 3C atď
6 Súčastí BMS
1. Modul merania
Senzor napätia: monitoruje napätie každého článku batérie, aby sa zabezpečilo, že napätie každého článku je v bezpečnom rozsahu.
Snímač prúdu: Meranie nabíjacieho a vybíjacieho prúdu v reálnom čase, sledovanie stavu nabíjania a vybíjania batérie.
Teplotný senzor: monitoruje teplotu článkov batérie, aby sa zabránilo prehriatiu alebo nesprávnemu chladeniu.
2. Riadiaca jednotka
Mikrokontrolér (MCU) alebo digitálny signálový procesor (DSP): zodpovedný za spracovanie údajov z meracích modulov, vykonávanie algoritmov na výpočet SOC, SOH a iných stavov a riadenie podľa prednastavených stratégií.
Pamäť: ukladá programový kód, historické údaje a informácie o stave.
3. Balančný obvod
Pasívny vyvažovací obvod: Rezistory spotrebúvajú rozdiel vo výkone medzi článkami batérie, aby dosiahli rovnováhu.
Aktívny vyvažovací obvod: Obvod prenáša energiu z jedného článku batérie na druhý, aby sa dosiahlo efektívnejšie vyvažovanie.
4. Chráňte obvod
Ochranný obvod proti prebitiu/nadmernému vybitiu: Keď napätie batérie prekročí bezpečný rozsah, automaticky preruší cestu nabíjania alebo vybíjania.
Ochranný obvod proti skratu: detekuje podmienky skratu, aby sa zabránilo poškodeniu spôsobenému nadmerným prúdom.
Ochranný obvod teploty: Keď teplota prekročí nastavený prah, systém sa automaticky vypne, aby ochránil batériu.
5. Komunikačný modul
Komunikačné rozhrania: ako CAN, RS485, UART atď., Používa sa na výmenu dát s externými zariadeniami (ako sú nabíjačky, meniče, monitorovacie systémy).
Bezdrôtový komunikačný modul: ako je Bluetooth WiFi, podpora vzdialeného monitorovania a správy.
6. Používateľské rozhranie
Displej: Poskytuje vizualizáciu stavu batérie, prevádzkových údajov a informácií o poruchách.
Ovládací panel: Používatelia môžu nastavovať a monitorovať pomocou tlačidiel, prepínačov alebo dotykových ovládacích rozhraní.
7. Softvérový systém
Vstavaný softvér: softvér bežiaci na riadiacej jednotke, zodpovedný za zber údajov, ich spracovanie, riadiacu logiku a vykonávanie stratégií ochrany.
Aplikácia: Softvér vyššej úrovne na analýzu údajov, vzdialené monitorovanie a správu systému.
8. Externé rozhrania
Napájacie rozhranie: Pripojte batériu k externým záťažiam alebo nabíjacím zariadeniam.
Rozhranie ladenia: uľahčuje inžinierom ladenie systému a riešenie problémov.
9. Systém tepelného manažmentu
Chladič alebo ventilátor: pomáha ochladzovať batériovú jednotku, predchádzať prehriatiu a udržiavať batériu v bezpečnom rozsahu prevádzkovej teploty.
10. Bezpečnostný mechanizmus
Návrh redundancie: Navrhnite redundanciu na kľúčových komponentoch na zlepšenie spoľahlivosti systému.
Systém diagnostiky porúch: Monitorovanie stavu rôznych komponentov v reálnom čase, poskytujúce funkcie varovania pred poruchami a alarmov.
7 Hlavné funkcie BMS
1. Monitorovanie stavu
Monitorovanie napätia: Meranie napätia každého článku batérie v reálnom čase, aby sa zabezpečilo, že batéria funguje v bezpečnom rozsahu.
Monitorovanie prúdu: Monitorujte nabíjací a vybíjací prúd, aby ste zabezpečili súlad s konštrukčnými špecifikáciami a okamžite odhalili akékoľvek abnormálne situácie.
Monitorovanie teploty: Zmerajte teplotu článkov batérie, aby ste zabránili prehriatiu a nesprávnemu chladeniu, ktoré by ovplyvnilo výkon batérie.
2. Riadenie nabíjania a vybíjania
Ovládanie nabíjania: Automaticky upravte stratégiu nabíjania na základe stavu batérie, aby ste zabránili prebíjaniu a nadmernému prúdu.
Kontrola vybíjania: Monitorujte proces vybíjania, aby ste sa uistili, že sa batéria nevybije a predĺžite jej životnosť.
Vyvážené riadenie: Články batérie sú vyvážené, aby sa zabezpečilo, že napätie a kapacita každého článku budú konzistentné, čím sa zabráni prebíjaniu a vybíjaniu jednotlivých článkov.
3. Bezpečnostná ochrana
Ochrana proti prebitiu: Keď napätie batérie dosiahne nastavenú hodnotu, automaticky sa zastaví nabíjanie, aby sa zabránilo prebitiu.
Ochrana proti nadmernému vybitiu: Keď je napätie batérie nižšie ako nastavená hodnota, vybíjanie sa automaticky zastaví, aby bola batéria chránená.
Ochrana proti skratu: Monitorovanie prúdu v reálnom čase, aby sa zabránilo poškodeniu batérie spôsobenému skratom.
Ochrana proti prehriatiu: Monitorujte zmeny teploty, aby ste zabránili tepelnému úniku batérie v dôsledku prehriatia.
4. Odhad stavu
Odhad SOC (State of Charge): odhaduje aktuálny stav nabitia, ktorý predstavuje pomer aktuálneho výkonu k menovitému výkonu.
Hodnotenie zdravotného stavu (SOH): Hodnotenie zdravotného stavu batérie, odrážajúce stupeň degradácie kapacity a výkonu batérie.
5. Diagnostika porúch a alarm
Detekcia porúch v reálnom čase: Monitorujte rôzne indikátory, rýchlo zisťujte chyby a zaznamenávajte informácie o poruchách.
Mechanizmus alarmu: Keď nastane abnormálna situácia, okamžite sa spustí alarm, ktorý používateľovi pripomenie, aby vykonal opatrenia.
6. Záznam údajov a komunikácia
Záznam údajov: Zaznamenávajte históriu nabíjania a vybíjania, zmeny teploty, prevádzkový čas a ďalšie údaje batérie pre následnú analýzu.
Komunikačná funkcia: výmena údajov s externými systémami (ako sú meniče, monitorovacie systémy atď.) a poskytovanie informácií o stave v reálnom čase.
7. Používateľské rozhranie
Vizuálne zobrazenie: Poskytuje užívateľsky prívetivé rozhranie na zobrazenie stavu batérie, historických údajov a informácií o poruchách na monitorovanie a správu používateľa.
8. Inteligentné riadenie
Analýza údajov: Použitie techník analýzy údajov, ako je strojové učenie, na analýzu výkonu batérie a optimalizáciu stratégií nabíjania a vybíjania.
Vzdialené monitorovanie: Implementácia vzdialeného monitorovania a správy cez sieť na zlepšenie efektívnosti správy systému a rýchlosti odozvy.
9. Integrácia a kompatibilita
Systémová integrácia: Integrácia s inými výkonovými elektronickými zariadeniami (ako sú invertory, nabíjacie stanice atď.) na zlepšenie celkového výkonu systému.
Kompatibilita: Kompatibilné s rôznymi typmi batérií (ako sú lítium-iónové, olovené, atď.) na použitie.