1 Základní pojmy BMS
Battery Management System (BMS) je hlavní řídicí jednotka systému ukládání energie z baterií, která slouží jako důležité spojení mezi články baterie a systémem skladování energie/elektrárnou. Hlavní funkcí je dosáhnout inteligentní správy a údržby různých bateriových jednotek, zabránit přebíjení a nadměrnému vybíjení, zabránit tepelnému úniku a zajistit bezpečnost a účinnost systému.
Zodpovídá především za monitorování stavu akumulátorového systému (měření parametrů akumulátoru včetně základních parametrů a stavu jako je napětí, proud, teplota, dále výpočet údajů o stavu akumulátoru jako SOC a SOH), analýzu stavu, nabití a vybití akumulátoru správy, ochrany proti poruchám a zajištění bezpečného a efektivního provozu systému. Zároveň lze klíčová data nahrát do nadřazeného systému pro zálohování a analýzu dat.
2 Operační prostředí Battery Management System (BMS)
Vysoké napětí: Napětí baterie může často dosáhnout 700 V.
Vysoký proud: Proud v sadě baterií může obvykle dosáhnout 100 až 300 ampér.
Hloubka vybití a nabití (DOD) baterií s hlubokým cyklem je obvykle 80 % nebo vyšší.
3 Charakteristika systému skladování energie BMS
Bezpečnost: Může zabránit přebití baterie, nadměrnému vybití, přehřátí, zkratu a dalším poruchám, což zajišťuje bezpečný provoz baterie.
Účinnost: Může optimalizovat proces nabíjení a vybíjení baterie a zlepšit efektivitu jejího využití.
Životnost: Může prodloužit životnost baterie.
Spolehlivost: Schopnost pracovat stabilně v drsném prostředí.
Škálovatelnost: schopnost vyhovět potřebám systémů skladování energie různých měřítek.
4 Společné komunikační protokoly pro systémy skladování energie BMS
CAN bus: běžně používaný protokol fieldbus s výhodami, jako je nízká cena, vysoká přenosová rychlost a vysoká spolehlivost.
RS485: RS485 je poloduplexní sériový komunikační protokol se silnou odolností proti rušení a dlouhou přenosovou vzdáleností.
Modbus: Modbus je univerzální protokol Modbus s výhodami, jako je snadné použití a dobrá otevřenost.
5 Referenční údaje pro běžně používané systémy skladování energie BMS
Typ baterie: Lithium-iontová baterie, olověná baterie atd
Individuální napětí: 3,7V, 12V, 24V atd
Napětí baterie: 48V, 220V, 400V atd
Kapacita baterie: 10 kWh, 20 kWh, 50 kWh atd
Maximální nabíjecí proud: 1C, 2C, 3C atd
Maximální vybíjecí proud: 1C, 2C, 3C atd
6 Komponenty BMS
1. Modul měření
Senzor napětí: monitoruje napětí každého článku baterie, aby bylo zajištěno, že napětí každého článku je v bezpečném rozsahu.
Proudový senzor: Měření nabíjecího a vybíjecího proudu v reálném čase, sledování stavu nabíjení a vybíjení baterie.
Teplotní senzor: sleduje teplotu článků baterie, aby se zabránilo přehřátí nebo nesprávnému chlazení.
2. Řídicí jednotka
Mikrokontrolér (MCU) nebo digitální signálový procesor (DSP): zodpovědný za zpracování dat z měřicích modulů, provádění algoritmů pro výpočet SOC, SOH a dalších stavů a řízení podle přednastavených strategií.
Paměť: ukládá programový kód, historická data a stavové informace.
3. Balanční obvod
Pasivní vyvažovací obvod: Rezistory spotřebovávají rozdíl ve výkonu mezi články baterie, aby dosáhly rovnováhy.
Aktivní vyvažovací obvod: Obvod přenáší energii z jednoho článku baterie na druhý, aby bylo dosaženo účinnějšího vyvažování.
4. Chraňte obvod
Ochranný obvod proti přebití/přebití: Když napětí baterie překročí bezpečný rozsah, automaticky přeruší nabíjecí nebo vybíjecí dráhu.
Ochranný obvod proti zkratu: detekuje podmínky zkratu, aby se zabránilo poškození způsobenému nadměrným proudem.
Ochranný obvod teploty: Když teplota překročí nastavenou prahovou hodnotu, systém se automaticky vypne, aby ochránil baterii.
5. Komunikační modul
Komunikační rozhraní: jako CAN, RS485, UART atd., sloužící k výměně dat s externími zařízeními (jako jsou nabíječky, střídače, monitorovací systémy).
Modul bezdrátové komunikace: jako je Bluetooth WiFi, podpora vzdáleného monitorování a správy.
6. Uživatelské rozhraní
Displej: Poskytuje vizualizaci stavu baterie, provozních údajů a informací o poruchách.
Ovládací panel: Uživatelé mohou nastavovat a monitorovat pomocí tlačítek, přepínačů nebo dotykových ovládacích rozhraní.
7. Softwarový systém
Vestavěný software: software běžící na řídicí jednotce, zodpovědný za sběr dat, zpracování, řídicí logiku a provádění ochranných strategií.
Aplikace: Software vyšší úrovně pro analýzu dat, vzdálené monitorování a správu systému.
8. Externí rozhraní
Napájecí rozhraní: Připojte baterii k externím zátěžím nebo nabíjecím zařízením.
Rozhraní pro ladění: usnadňuje inženýrům ladění systému a odstraňování problémů.
9. Systém tepelného hospodářství
Chladič nebo ventilátor: pomáhá chladit bateriovou jednotku, zabraňuje přehřátí a udržuje baterii v bezpečném rozsahu provozních teplot.
10. Bezpečnostní mechanismus
Návrh redundance: Navrhněte redundanci na klíčových komponentách pro zlepšení spolehlivosti systému.
Systém diagnostiky poruch: Monitorování stavu různých komponent v reálném čase, poskytující funkce varování a alarmů.
7 Hlavní funkce BMS
1. Sledování stavu
Monitorování napětí: Měření napětí každého článku baterie v reálném čase, aby bylo zajištěno, že baterie pracuje v bezpečném rozsahu.
Monitorování proudu: Monitorujte nabíjecí a vybíjecí proud, abyste zajistili shodu s konstrukčními specifikacemi a okamžitě odhalili jakékoli abnormální situace.
Monitorování teploty: Změřte teplotu článků baterie, abyste zabránili přehřátí a nesprávnému chlazení v ovlivnění výkonu baterie.
2. Řízení nabíjení a vybíjení
Řízení nabíjení: Automaticky upravte strategii nabíjení podle stavu baterie, abyste zabránili přebíjení a nadměrnému proudu.
Kontrola vybíjení: Sledujte proces vybíjení, abyste zajistili, že se baterie nevybije a prodloužíte její životnost.
Vyvážené řízení: Články baterie jsou vyváženy, aby bylo zajištěno, že napětí a kapacita každého článku jsou konzistentní, což zabraňuje přebíjení a vybíjení jednotlivých článků.
3. Bezpečnostní ochrana
Ochrana proti přebití: Když napětí baterie dosáhne nastavené hodnoty, automaticky se zastaví nabíjení, aby se zabránilo přebití.
Ochrana proti nadměrnému vybití: Když je napětí baterie nižší než nastavená hodnota, vybíjení se automaticky zastaví, aby byla baterie chráněna.
Ochrana proti zkratu: Monitorování proudu v reálném čase, aby se zabránilo poškození baterie způsobené zkratem.
Ochrana proti přehřátí: Sledujte změny teploty, abyste zabránili tepelnému úniku baterie v důsledku přehřátí.
4. Stavový odhad
Odhad SOC (State of Charge): odhaduje aktuální stav nabití, představující poměr aktuálního výkonu k jmenovitému výkonu.
Hodnocení zdravotního stavu (SOH): Hodnocení zdravotního stavu baterie, odrážející stupeň degradace kapacity a výkonu baterie.
5. Diagnostika poruch a alarm
Detekce chyb v reálném čase: Sledujte různé indikátory, rychle zjistěte chyby a zaznamenejte informace o poruchách.
Mechanismus alarmu: Když nastane abnormální situace, okamžitě se spustí alarm, který uživateli připomene, aby provedl opatření.
6. Záznam dat a komunikace
Záznam dat: Zaznamenávejte historii nabíjení a vybíjení, změny teploty, provozní dobu a další data baterie pro následnou analýzu.
Komunikační funkce: výměna dat s externími systémy (jako jsou střídače, monitorovací systémy atd.) a poskytování informací o stavu v reálném čase.
7. Uživatelské rozhraní
Vizuální displej: Poskytuje uživatelsky přívětivé rozhraní pro zobrazení stavu baterie, historických dat a informací o poruchách pro uživatelské monitorování a správu.
8. Inteligentní řízení
Analýza dat: Použití technik analýzy dat, jako je strojové učení, k analýze výkonu baterie a optimalizaci strategií nabíjení a vybíjení.
Vzdálené monitorování: Implementace vzdáleného monitorování a správy prostřednictvím sítě pro zlepšení efektivity správy systému a rychlosti odezvy.
9. Integrace a kompatibilita
Systémová integrace: Integrace s jinými výkonovými elektronickými zařízeními (jako jsou střídače, nabíjecí stanice atd.) pro zlepšení celkového výkonu systému.
Kompatibilita: Kompatibilní s různými typy baterií (jako jsou lithium-iontové, olověné atd.) pro použití.