Сістэма кіравання батарэяй
Сістэма кіравання батарэяй (BMS) - гэта прылада, якая выкарыстоўваецца для эфектыўнага кіравання батарэямі. Для электрамабіляў добра-прадуманае апаратнае і праграмнае забеспячэнне BMS можа эфектыўна павялічыць запас ходу, падоўжыць тэрмін службы акумулятара, знізіць эксплуатацыйныя выдаткі і забяспечыць бяспеку і надзейнасць акумулятара. Сістэма кіравання батарэяй харчавання стала незаменным асноўным кампанентам электрамабіляў. Гэтая глава будзе прысвечана прадстаўленню складу, функцый і прынцыпаў працы сістэмы кіравання батарэяй харчавання.
Архітэктура сістэмы
Апаратнае забеспячэнне тыповай сістэмы кіравання батарэяй (BMS) у першую чаргу ўключае блок кіравання батарэяй (BMU), блок кіравання ячэйкай (CMU), датчыкі, джгуты правадоў і г.д. Пры распрацоўцы буйнамаштабных сістэм батарэй харчавання выбар архітэктуры BMS мае вырашальнае значэнне, непасрэдна вызначаючы метады злучэння паміж апаратнымі блокамі і праграмным падыходам, а таксама ўплывае на кошт сістэмы, надзейнасць, прастату ўстаноўкі і абслугоўвання і вымярэння дакладнасць. Зыходзячы з тапалогіі кантролераў у BMS, BMS можна падзяліць на два тыпы: інтэграваныя і размеркаваныя.
1. Інтэгральная БМ
2. Размеркаваная BMS
У адрозненне ад інтэграваных тапалогій, размеркаваныя архітэктуры падзяляюць функцыянальнасць BMS на BMU асноўнай платы і некалькі падпарадкаваных CMU. Модульная структура спрашчае зборку модуля, аптымізуе размяшчэнне джгута выбаркі і памяншае неадпаведнасці падзення напружання з дапамогай раўнамернага размяшчэння. Недахопы ўключаюць больш высокі кошт і больш складаную канструкцыю сувязі і кіравання. Зыходзячы з разнастайнасці размеркаваных метадаў злучэння BMS, іх можна далей падзяліць на тры тыпу: злучэнне зоркай (гл. малюнак 8-2), злучэнне па шыне і паслядоўнае злучэнне.
(1) Злучэнне зоркайПры злучэнні зоркай галоўная плата BMU размешчана ў цэнтры, і кожны модуль CMU непасрэдна падлучаны да галоўнай платы BMS праз джгут. Зорныя злучэнні палягчаюць кантроль ад-да-кропкі, а збой аднаго вузла CMU істотна не ўплывае на сістэму. Аднак па меры павелічэння колькасці модуляў складанасць ліній сувязі ў зорным злучэнні павялічваецца ў геаметрычнай прагрэсіі, што ўскладняе абслугоўванне і абмяжоўвае маштабаванасць. З-за абмежаванняў партоў галоўнай платы BMS модулі CMU нельга дадаваць адвольна, што робіць іх адносна рэдкімі ў вялікіх-прыкладаннях.
(2) Аўтобуснае паведамленнеАрхітэктура сістэмы на аснове -шыны палягчае модульную канструкцыю, як паказана на малюнку 8-3. BMS звычайна дзеліцца на некалькі блокаў кіравання: BMU, CMU і Battery Join Box (BJB). BMU, CMU і BJB падключаюцца праз CAN або іншыя сеткі шыны. BMU выконвае асноўныя функцыі алгарытму для кіравання батарэяй; CMU выконвае збор напружання клеткі, выраўноўванне і вымярэнне тэмпературы; BJB выконвае вызначэнне высокага напружання, току і тэмпературы, кіраванне кантактарам і дыягностыку, а таксама выяўленне ізаляцыі акумулятарнага блока; ізаляцыя забяспечвае электрычную ізаляцыю, прадухіляючы зваротны паток ад выгарання друкаванай платы і абмяжоўваючы амплітуду перашкод.
Архітэктура на аснове -шыны забяспечвае больш гнуткія камунікацыйныя злучэнні і моцную маштабаванасць, што значна спрашчае праектаванне апаратнай архітэктуры, забяспечвае модульнасць і паляпшае прымянімасць і партатыўнасць сістэмы. Галоўны яго недахоп - адносна высокі кошт.
Паслядоўнае-злучэнне - гэта адносна новы метад злучэння, які з'явіўся ў апошнія гады. Інтэрфейс можа пераўтвараць поўна-дуплексныя сігналы SPI да 1 Мбіт/с у дыферэнцыяльныя сігналы і перадаваць іх праз вітую-пару і просты, недарагі-трансфарматар. Напрыклад, прылады AFE ад Linear Technology (LTC6811) могуць быць злучаныя паміж сабой для стварэння BMS. Невялікі, недарагі-трансфарматар замяняе ізалятар дадзеных. На баку галоўнага мікрапрацэсара кіравання невялікі адаптар IC (LTC6820) забяспечвае асноўны інтэрфейс кантролера. У той час як аднанакіраваная ланцуговая-сетка простая, збой любога вузла можа паўплываць на сувязь усёй сістэмы. Такім чынам, палепшаная кальцавая ланцужок-, як паказана на малюнку 8-4, была распрацавана і прыменена ў прадуктах BMS буйных вытворцаў новых энергетычных аўтамабіляў, такіх як Tesla. У параўнанні з падключэннем да шыны CAN, паслядоўнае{19}}ланцуговае злучэнне меншае па кошце і меншым памеры, але мае дрэнную маштабаванасць, абмежаваную максімальную колькасць вузлоў і цяжкасці ў вырашэнні праблем з кіраваннем батарэяй у больш складаных сцэнарыях, такіх як буйнамаштабныя сістэмы захоўвання энергіі.
Асноўныя функцыі
Як правіла, асноўныя функцыі сістэмы кіравання акумулятарам (BMS) ўключаюць: збор даных, ацэнку стану акумулятара, кіраванне энергіяй, кіраванне бяспекай, кіраванне тэмпературай, кантроль выраўноўвання, функцыі сувязі і інтэрфейс чалавек-машына. Малюнак 8-5 паказвае функцыянальную блок-схему сістэмы кіравання батарэяй.
Збор даных з'яўляецца асновай усіх алгарытмаў і элементаў кіравання ў сістэме кіравання батарэяй (BMS). Такім чынам, частата выбаркі, дакладнасць і характарыстыкі папярэдняга-фільтра з'яўляюцца найважнейшымі паказчыкамі, якія ўплываюць на прадукцыйнасць акумулятарнай сістэмы. Хуткасць збору даных вызначаецца сцэнарам і функцыяй. Напрыклад, з рэзервовым крыніцай харчавання хуткасць збору даных можа складаць усяго адзін кадр у 10 секунд ці нават у хвіліну; у той час як для аб'ектаў з хутка зменлівым токам (напрыклад, транспартных сродкаў), даныя павінны быць атрыманы прынамсі раз у 1 секунду, пры гэтым некаторыя даныя,-звязаныя з бяспекай, патрабуюць частаты выбаркі да 100 мс або 10 мс.
2. Ацэнка стану батарэі
Ацэнка стану батарэі ў асноўным уключае два аспекты:Стан зарада (SOC)іСтан здароўя (SOH). SOC характарызуе бягучы зарад батарэі і з'яўляецца асновай для ацэнкі запасу ходу электрамабіля. SOH - гэта параметр, які выкарыстоўваецца для адлюстравання астатняга тэрміну службы батарэі і іншых умоў здароўя.
Кіраванне энергіяй гарантуе, што-выход энергіі і уваход батарэі ў рэальным часе не перавышаюць ёмістасць батарэі і сістэмы. У рэчаіснасці на ёмістасць зарада/разраду акумулятара, сярод іншых фактараў, уплываюць тэмпература, SOC і SOH. Адначасова на сістэмным узроўні неабходна пазбягаць такіх рызык, як перагрэў і расплаўленне ланцуга. Такім чынам, кіраванне энергіяй - гэта глабальны працэс кіравання, у асноўным з выкарыстаннем току, напружання, тэмпературы, SOC і SOH у якасці ўваходных дадзеных.
Маніторынг напружання, току і тэмпературы батарэі, каб пераканацца, што яны не перавышаюць нармальныя дыяпазоны. Сучасная сістэма кіравання акумулятарам (BMS) не толькі кантралюе ўвесь акумулятар, але таксама забяспечвае дакладны кантроль над экстрэмальнымі ўмовамі асобных элементаў, такімі як перазарадка, пера-разрад і пера-тэмпература.
Астуджэнне акумулятара, калі яго працоўная тэмпература занадта высокая, і награванне, калі яна апускаецца ніжэй за ніжнюю мяжу адпаведнай працоўнай тэмпературы, каб падтрымліваць акумулятар у аптымальным працоўным дыяпазоне і падтрымліваць тэмпературны баланс паміж асобнымі элементамі падчас працы. Кіраванне тэмпературай асабліва неабходна для батарэй, якія выкарыстоўваюцца ва ўмовах моцнага-разраду магутнасці і высокай-тэмпературы.
6. Кантроль балансавання
Неадпаведнасць у прадукцыйнасці акумулятара можа прывесці да зніжэння агульнай прадукцыйнасці акумулятара і нават да рызыкі бяспекі. Паміж асобнымі ячэйкамі акумулятарнага блока ўстаноўлены схемы балансіроўкі, каб гарантаваць, што ўмовы зарадкі і разрадкі кожнай асобнай ячэйкі максімальна адпавядаюць, тым самым паляпшаючы агульную прадукцыйнасць акумулятарнага блока.
Важнейшай функцыяй сістэмы кіравання батарэяй (BMS) з'яўляецца забеспячэнне перадачы параметраў батарэі і інфармацыі з бартавымі або пазабортавымі прыладамі, прадастаўленне даных для кантролю зарада/разраду і кантролю аўтамабіля. У залежнасці ад прыкладання абмен дадзенымі можа выкарыстоўваць розныя інтэрфейсы сувязі, такія як аналагавыя сігналы, сігналы ШІМ, шына CAN або паслядоўныя інтэрфейсы I2C.
8. Інтэрфейс чалавека-машыны (HMI)
HMI - гэта прамежкавы інтэрфейс для ўзаемадзеяння чалавека-з машынай. Ён выкарыстоўвае адпаведныя прылады ўводу і вываду для эфектыўнага дыялогу і ўзаемадзеяння паміж людзьмі і машынамі, якімі яны кіруюць. У BMS HMI ўключае ў сябе інфармацыю аб дысплеі і кнопкі і ручкі кіравання, сканфігураваныя ў адпаведнасці з патрабаваннямі праектавання.
