ბატარეის მართვის სისტემა
ბატარეის მართვის სისტემა (BMS) არის მოწყობილობა, რომელიც გამოიყენება ბატარეის პაკეტების ეფექტურად მართვისთვის. ელექტრო მანქანებისთვის,-კარგად შემუშავებულ BMS აპარატურასა და პროგრამულ უზრუნველყოფას შეუძლია ეფექტურად გაზარდოს მართვის დიაპაზონი, გაახანგრძლივოს ბატარეის პაკეტის სიცოცხლე, შეამციროს ოპერაციული ხარჯები და უზრუნველყოს კვების ელემენტის პაკეტის უსაფრთხოება და საიმედოობა. ენერგიის ბატარეის მართვის სისტემა გახდა ელექტრო მანქანების შეუცვლელი ძირითადი კომპონენტი. ეს თავი ყურადღებას გაამახვილებს ენერგიის ბატარეის მართვის სისტემის შემადგენლობის, ფუნქციების და მუშაობის პრინციპების გაცნობაზე.
სისტემის არქიტექტურა
ტიპიური ბატარეის მართვის სისტემის (BMS) აპარატურა ძირითადად მოიცავს ბატარეის მართვის ერთეულს (BMU), უჯრედების მართვის ერთეულს (CMU), სენსორებს, გაყვანილობის აღკაზმულობას და ა.შ. დიდი-ელექტროენერგიის ბატარეის სისტემების დიზაინში BMS არქიტექტურის არჩევანი გადამწყვეტია, რომელიც პირდაპირ განსაზღვრავს კავშირის მეთოდებს შორის აპარატურულ ერთეულებსა და პროგრამული უზრუნველყოფის პროგრამირების მიდგომას. სიზუსტე. BMS-ში კონტროლერებს შორის ტოპოლოგიიდან გამომდინარე, BMS შეიძლება დაიყოს ორ ტიპად: ინტეგრირებული და განაწილებული.
1. ინტეგრირებული BM
2. განაწილებული BMS
ინტეგრირებული ტოპოლოგიისაგან განსხვავებით, განაწილებული არქიტექტურები ყოფს BMS ფუნქციონირებას მთავარ BMU-ად და რამდენიმე slave CMU-ად. მოდულური სტრუქტურა ამარტივებს მოდულის აწყობას, ოპტიმიზებს სინჯების აღკაზმულობის განლაგებას და ამსუბუქებს ძაბვის ვარდნის შეუსაბამობას ერთიანი ინტერვალით. ნაკლოვანებები მოიცავს უფრო მაღალ ღირებულებას და კომუნიკაციისა და კონტროლის უფრო რთულ დიზაინს. განაწილებული BMS კავშირის მეთოდების მრავალფეროვნებიდან გამომდინარე, ისინი შეიძლება დაიყოს სამ ტიპად: ვარსკვლავური კავშირი (იხ. სურათი 8-2), ავტობუსის კავშირი და ჯაჭვის კავშირი.
(1) ვარსკვლავის კავშირივარსკვლავის კავშირში, მთავარი დაფის BMU მდებარეობს ცენტრალურად და თითოეული CMU მოდული პირდაპირ უკავშირდება BMS მთავარ დაფას აღკაზმულობის საშუალებით. ვარსკვლავური კავშირები ხელს უწყობს წერტილის--პუნქტის კონტროლს და ერთი CMU კვანძის უკმარისობა მნიშვნელოვან გავლენას არ ახდენს სისტემაზე. თუმცა, როგორც მოდულების რაოდენობა იზრდება, საკომუნიკაციო ხაზების სირთულე ვარსკვლავურ კავშირში იზრდება ექსპონენტურად, რაც ართულებს შენარჩუნებას და ზღუდავს მასშტაბურობას. BMS-ის მთავარი დაფის პორტების შეზღუდვების გამო, CMU მოდულების თვითნებურად დამატება შეუძლებელია, რაც შედარებით იშვიათია ფართომასშტაბიან აპლიკაციებში.
(2) ავტობუსის კავშირიავტობუსზე-დაფუძნებული სისტემის არქიტექტურა ხელს უწყობს მოდულურ დიზაინს, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 8-3. BMS ჩვეულებრივ იყოფა მრავალ საკონტროლო ერთეულებად: BMU, CMU და ბატარეის შეერთების ყუთი (BJB). BMU, CMU და BJB დაკავშირებულია CAN ან სხვა ავტობუსის ქსელებით. BMU ასრულებს ძირითადი ალგორითმის ფუნქციებს ბატარეის მართვისთვის; CMU ასრულებს უჯრედის ძაბვის მიღებას, გათანაბრებას და ტემპერატურის გაზომვას; BJB ახორციელებს მაღალი ძაბვის, დენის და ტემპერატურის მიღებას, კონტაქტორის მართვას და დიაგნოსტიკას და იზოლაციის ამოცნობას ბატარეის ნაკრებისთვის; იზოლაცია უზრუნველყოფს ელექტრულ იზოლაციას, ხელს უშლის უკანა ნაკადს მიკროსქემის დაწვისგან და ზღუდავს ჩარევის ამპლიტუდას.
ავტობუსზე-დაფუძნებული არქიტექტურა გთავაზობთ უფრო მოქნილ საკომუნიკაციო კავშირებს და ძლიერ მასშტაბურობას, მნიშვნელოვნად ამარტივებს აპარატურის არქიტექტურის დიზაინს, მოდულარობის მიღწევას და სისტემის გამოყენებადობასა და პორტაბელურობას. მისი მთავარი მინუსი არის შედარებით მაღალი ღირებულება.
Daisy-chaining არის შედარებით ახალი კავშირის მეთოდი, რომელიც გაჩნდა ბოლო წლებში. ინტერფეისს შეუძლია გადაიყვანოს სრული-დუპლექსური SPI სიგნალები 1 მბ/წმ-მდე დიფერენციალურ სიგნალებად და გადასცეს ისინი გრეხილი-წყვილი კაბელისა და მარტივი, იაფი-ტრანსფორმატორის მეშვეობით. მაგალითად, Linear Technology-ის AFE მოწყობილობები (LTC6811) შეიძლება ერთმანეთთან იყოს დაკავშირებული BMS-ის შესაქმნელად. მონაცემთა იზოლატორს ცვლის პატარა, დაბალი-ტრანსფორმატორი. ძირითადი კონტროლის მიკროპროცესორის მხარეს, პატარა ადაპტერი IC (LTC6820) უზრუნველყოფს მთავარი კონტროლერის ინტერფეისს. მიუხედავად იმისა, რომ ცალმხრივი-ჯაჭვის ქსელი მარტივია, ნებისმიერი კვანძის წარუმატებლობამ შეიძლება გავლენა მოახდინოს მთელი სისტემის კომუნიკაციაზე. მაშასადამე, გაუმჯობესებული რგოლის გვირილის-ჯაჭვი, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 8-4, შემუშავებულია და გამოიყენება ახალი ენერგეტიკული მანქანების ძირითადი მწარმოებლების BMS პროდუქტებში, როგორიცაა Tesla. CAN ავტობუსის კავშირებთან შედარებით, daisy-დაკავშირება უფრო დაბალია ღირებულებით და უფრო მცირე ზომის, მაგრამ მას აქვს დაბალი მასშტაბურობა, კვანძების შეზღუდული მაქსიმალური რაოდენობა და ბატარეის მართვის საკითხების დამუშავების სირთულე უფრო რთულ სცენარებში, როგორიცაა ენერგიის შენახვის ფართომასშტაბიანი სისტემები.
ძირითადი ფუნქციები
ზოგადად, ბატარეის მართვის სისტემის (BMS) ძირითადი ფუნქციები მოიცავს: მონაცემთა მიღებას, ბატარეის მდგომარეობის შეფასებას, ენერგიის მენეჯმენტს, უსაფრთხოების მართვას, თერმული მენეჯმენტს, გათანაბრების კონტროლს, კომუნიკაციის ფუნქციებს და ადამიანის-მანქანის ინტერფეისს. სურათი 8-5 გვიჩვენებს ბატარეის მართვის სისტემის ფუნქციურ ბლოკ-სქემას.
მონაცემთა შეგროვება არის ბატარეის მართვის სისტემის (BMS) ყველა ალგორითმისა და კონტროლის საფუძველი. აქედან გამომდინარე, შერჩევის სიჩქარე, სიზუსტე და წინასწარ-ფილტრის მახასიათებლები არის გადამწყვეტი ინდიკატორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ბატარეის სისტემის მუშაობაზე. მონაცემთა შეძენის სიჩქარე განისაზღვრება სცენარით და ფუნქციით. მაგალითად, სარეზერვო ელექტრომომარაგებით, მონაცემთა შეძენის სიჩქარე შეიძლება იყოს მინიმუმ ერთი კადრი 10 წამში ან თუნდაც წუთში; მაშინ, როცა სწრაფად ცვალებადი დენის მქონე ობიექტებისთვის (როგორიცაა მანქანები), მონაცემები უნდა იქნას მიღებული მინიმუმ ყოველ 1 წამში ერთხელ, გარკვეული უსაფრთხოების-დაკავშირებული მონაცემებით, რომლებიც საჭიროებენ შერჩევის სიხშირეს 100ms ან 10ms.
2. ბატარეის მდგომარეობის შეფასება
ბატარეის მდგომარეობის შეფასება ძირითადად მოიცავს ორ ასპექტს:პასუხისმგებელი სახელმწიფო (SOC)დაჯანმრთელობის მდგომარეობა (SOH). SOC ახასიათებს ბატარეის პაკეტის ამჟამინდელ დარჩენილ დატენვას და წარმოადგენს ელექტრო სატრანსპორტო საშუალების მართვის დიაპაზონის შეფასების საფუძველს. SOH არის პარამეტრი, რომელიც გამოიყენება ბატარეის დარჩენილი სიცოცხლის ხანგრძლივობისა და სხვა ჯანმრთელობის მდგომარეობის გამოსასახად.
ენერგიის მენეჯმენტი უზრუნველყოფს, რომ რეალურ-დროში გამომავალი ენერგია და ბატარეის შეყვანა არ აღემატებოდეს ბატარეის და სისტემის ტარების მოცულობას. სინამდვილეში, ბატარეის დატენვის/დამუხტვის სიმძლავრეზე გავლენას ახდენს ტემპერატურა, SOC და SOH, სხვა ფაქტორებთან ერთად. ამავდროულად, სისტემის დონეზე, თავიდან უნდა იქნას აცილებული ისეთი რისკები, როგორიცაა გადახურება და მიკროსქემის დნობა. ამრიგად, ენერგიის მენეჯმენტი არის გლობალური კონტროლის პროცესი, რომელიც ძირითადად იყენებს დენის, ძაბვის, ტემპერატურის, SOC და SOH შეყვანის სახით.
ბატარეის ძაბვის, დენისა და ტემპერატურის მონიტორინგი, რათა დარწმუნდეთ, რომ ისინი არ აღემატება ნორმალურ დიაპაზონს. თანამედროვე BMS (ბატარეის მართვის სისტემა) არა მხოლოდ აკონტროლებს ბატარეის მთელ პაკეტს, არამედ უზრუნველყოფს დახვეწილ კონტროლს ექსტრემალურ ცალკეულ უჯრედებზე, როგორიცაა გადატვირთვა, გადატვირთვა და ტემპერატურა
ბატარეის გაგრილება, როდესაც მისი ოპერაციული ტემპერატურა ძალიან მაღალია და მისი გაცხელება, როდესაც ის ეცემა მისი შესაფერისი ოპერაციული ტემპერატურის ქვედა ზღვარს, რათა შეინარჩუნოს ბატარეა ოპტიმალურ სამუშაო დიაპაზონში და შეინარჩუნოს ტემპერატურის ბალანსი ცალკეულ უჯრედებს შორის მუშაობის დროს. თერმული მართვა განსაკუთრებით საჭიროა ბატარეებისთვის, რომლებიც გამოიყენება მაღალი-ენერგიის გამონადენის და მაღალი{2}}ტემპერატურით პირობებში.
6. ბალანსირების კონტროლი
ბატარეის მუშაობის შეუსაბამობამ შეიძლება გამოიწვიოს ბატარეის მთლიანი პაკეტის მუშაობის დაქვეითება და უსაფრთხოების რისკებიც კი. ბატარეის პაკეტში ცალკეულ უჯრედებს შორის დამონტაჟებულია ბალანსირების სქემები, რათა უზრუნველყოს თითოეული ცალკეული უჯრედის დატენვის და განმუხტვის პირობები მაქსიმალურად თანმიმდევრული, რითაც გააუმჯობესებს ბატარეის მთლიანი ფუნქციონირებას.
ბატარეის მართვის სისტემის (BMS) გადამწყვეტი ფუნქციაა ბატარეის პარამეტრების და ინფორმაციის კომუნიკაციის ჩართვა ბორტზე ან ბორტ მოწყობილობებთან, მონაცემთა დატენვის/გამორთვის კონტროლისთვის და მანქანის კონტროლისთვის. აპლიკაციიდან გამომდინარე, მონაცემთა გაცვლას შეუძლია გამოიყენოს სხვადასხვა საკომუნიკაციო ინტერფეისი, როგორიცაა ანალოგური სიგნალები, PWM სიგნალები, CAN ავტობუსი ან I2C სერიული ინტერფეისები.
8. ადამიანის-მანქანის ინტერფეისი (HMI)
HMI არის შუამავალი ინტერფეისი ადამიანის-მანქანით ურთიერთქმედებისთვის. ის იყენებს შესაყვან და გამომავალ მოწყობილობებს, რათა ეფექტურად უზრუნველყოს დიალოგი და ურთიერთქმედება ადამიანებსა და მანქანებს შორის, რომლებსაც ისინი მუშაობენ. BMS-ში, HMI მოიცავს ეკრანის ინფორმაციის და მართვის ღილაკებს და ღილაკებს, რომლებიც კონფიგურირებულია დიზაინის მოთხოვნების შესაბამისად.
