Batterybestuurstelsel
'n Batterybestuurstelsel (BMS) is 'n toestel wat gebruik word om batterypakke effektief te bestuur. Vir elektriese voertuie kan 'n goed-ontwerpte BMS-hardeware en -sagteware die ryafstand effektief vergroot, batterypakleeftyd verleng, bedryfskoste verminder en die veiligheid en betroubaarheid van die kragbatterypak verseker. Die kragbatterybestuurstelsel het 'n onontbeerlike kernkomponent van elektriese voertuie geword. Hierdie hoofstuk sal fokus op die bekendstelling van die samestelling, funksies en werkbeginsels van die kragbatterybestuurstelsel.
Stelsel argitektuur
'n Tipiese batterybestuurstelsel (BMS) hardeware sluit hoofsaaklik 'n Batterybestuurseenheid (BMU), 'n Selbestuurseenheid (CMU), sensors, bedradingsbome, ens. In die ontwerp van groot-kragbatterystelsels, is die keuse van BMS-argitektuur van kardinale belang, wat direk die verbindingsmetodes tussen hardeware-eenhede en die sagtewareprogrammeringbenadering, installasiekoste-meting en -nauwkeurigheid beïnvloed, stelselkoste, meet. Gebaseer op die topologie tussen beheerders in die BMS, kan BMS'e breedweg in twee tipes gekategoriseer word: geïntegreer en versprei.
1. Geïntegreerde BM
2. Verspreide BMS
Anders as geïntegreerde topologieë, verdeel verspreide argitekture die BMS-funksionaliteit in 'n hoofbord-BMU en verskeie slawe-CMU's. Die modulêre struktuur vereenvoudig modulesamestelling, optimaliseer die uitleg van die steekproefharnas en verlig spanningsval teenstrydighede met eenvormige spasiëring. Nadele sluit in hoër koste en meer komplekse kommunikasie- en beheerontwerp. Gebaseer op die diversiteit van verspreide BMS-verbindingsmetodes, kan hulle verder in drie tipes verdeel word: sterverbinding (sien Figuur 8-2), busverbinding en kettingverbinding.
(1) SterverbindingIn 'n sterverbinding is die hoofbord-BMU sentraal geleë, en elke CMU-module is direk gekoppel aan die BMS-hoofbord via 'n harnas. Sterverbindings vergemaklik punt-tot-puntbeheer, en die mislukking van 'n enkele CMU-nodus het nie 'n noemenswaardige impak op die stelsel nie. Soos die aantal modules egter toeneem, neem die kompleksiteit van die kommunikasielyne in 'n sterverbinding eksponensieel toe, wat instandhouding moeilik maak en skaalbaarheid beperk. As gevolg van beperkings van die BMS-hoofbordpoorte, kan CMU-modules nie arbitrêr bygevoeg word nie, wat dit relatief skaars maak in groot-toepassings.
(2) Busverbinding'n Bus-gebaseerde stelselargitektuur fasiliteer modulêre ontwerp, soos getoon in Figuur 8-3. Die BMS word tipies in verskeie beheereenhede verdeel: BMU, CMU en Battery Join Box (BJB). Die BMU, CMU en BJB is verbind via CAN of ander busnetwerke. Die BMU voer die kernalgoritmefunksies vir batterybestuur uit; die CMU voer selspanningverkryging, gelykstelling en temperatuurmeting uit; die BJB voer hoëspanning-, stroom- en temperatuurverkryging, kontaktorbestuur en diagnostiek, en isolasie-opsporing vir die batterypak uit; isolasie verskaf elektriese isolasie, wat voorkom dat terugvloei die kringbord uitbrand en interferensieamplitude beperk.
Die bus-gebaseerde argitektuur bied meer buigsame kommunikasieverbindings en sterk skaalbaarheid, wat hardeware-argitektuurontwerp aansienlik vereenvoudig, modulariteit bereik, en stelseltoepasbaarheid en -oordraagbaarheid verbeter. Die grootste nadeel daarvan is die relatief hoë koste.
Daisy-ketting is 'n relatief nuwe verbindingsmetode wat in onlangse jare na vore gekom het. Die koppelvlak kan vol-dupleks SPI-seine tot 1Mb/s in differensiële seine omskep en dit via gedraaide-paarkabel en 'n eenvoudige, lae--transformator oordra. Lineêre Tegnologie se AFE-toestelle (LTC6811) kan byvoorbeeld met mekaar verbind word om 'n BMS te vorm. 'n Klein, lae-transformator vervang die data-isolator. Aan die hoofbeheermikroverwerkerkant bied 'n klein adapter-IC (LTC6820) die hoofbeheerkoppelvlak. Terwyl eenrigting-daisy--kettingnetwerke eenvoudig is, kan die mislukking van enige nodus die kommunikasie van die hele stelsel beïnvloed. Daarom is 'n verbeterde ringmadeliefie-ketting, soos getoon in Figuur 8-4, ontwikkel en toegepas in die BMS-produkte van groot nuwe energievoertuigvervaardigers soos Tesla. In vergelyking met CAN-busverbindings, is daisy-ketting laer in koste en kleiner in grootte, maar dit het swak skaalbaarheid, 'n beperkte maksimum aantal nodusse en probleme met die hantering van batterybestuurkwessies in meer komplekse scenario's soos grootskaalse energiebergingstelsels.
Basiese funksies
Oor die algemeen sluit die basiese funksies van 'n Batterybestuurstelsel (BMS) in: dataverkryging, batterytoestandberaming, energiebestuur, veiligheidsbestuur, termiese bestuur, gelykmakingsbeheer, kommunikasiefunksies en menslike-masjienkoppelvlak. Figuur 8-5 toon 'n funksionele blokdiagram van 'n batterybestuurstelsel.
Data-verkryging is die grondslag van alle algoritmes en kontroles in 'n Battery Management System (BMS). Daarom is steekproeftempo, akkuraatheid en voor-filterkenmerke deurslaggewende aanwysers wat batterystelselwerkverrigting beïnvloed. Die data-verkrygingskoers word bepaal deur die scenario en funksie. Byvoorbeeld, met 'n rugsteunkragbron kan die data-verkrygingstempo so laag as een raam per 10 sekondes of selfs per minuut wees; terwyl vir voorwerpe met vinnig veranderende stroom (soos voertuie), data ten minste een keer elke 1 sekonde verkry moet word, met sekere veiligheids-verwante data wat steekproeffrekwensies van so laag as 100ms of 10ms vereis.
2. Batterytoestandskatting
Batterytoestandskatting sluit hoofsaaklik twee aspekte in:Staat van beheer (SOC)enGesondheidstoestand (SOH). SOC kenmerk die huidige oorblywende lading van die batterypak en is die basis vir die skatting van die ryafstand van 'n elektriese voertuig. SOH is 'n parameter wat gebruik word om die battery se oorblywende leeftyd en ander gesondheidstoestande voor te stel.
Energiebestuur verseker dat die intydse-energie-uitset en -insette van die battery nie die battery en stelsel se drakapasiteit oorskry nie. In werklikheid word 'n battery se laai-/ontladingskapasiteit onder andere deur temperatuur, SOC en SOH beïnvloed. Terselfdertyd, op stelselvlak, moet risiko's soos oorverhitting en stroombaan ineenstorting vermy word. Daarom is energiebestuur 'n globale beheerproses wat hoofsaaklik stroom, spanning, temperatuur, SOC en SOH as insette gebruik.
Monitering van batteryspanning, stroom en temperatuur om te verseker dat hulle nie normale reekse oorskry nie. Moderne BMS (Battery Management System) monitor nie net die hele batterypak nie, maar bied ook verfynde beheer oor uiterste individuele seltoestande soos oorlaai, oor-ontlading en oor-temperatuur.
Verkoeling van die battery wanneer sy bedryfstemperatuur te hoog is en verhitting dit wanneer dit onder die onderste limiet van sy geskikte bedryfstemperatuur val om die battery binne sy optimale bedryfsreeks te hou en temperatuurbalans tussen individuele selle te handhaaf tydens werking. Termiese bestuur is veral nodig vir batterye wat onder hoë-kragontlading en hoë-temperatuurtoestande gebruik word.
6. Balanseringsbeheer
Teenstrydighede in batterywerkverrigting kan lei tot 'n afname in algehele batterypakwerkverrigting en selfs veiligheidsrisiko's. Balanseringskringe word tussen die individuele selle in die batterypak geïnstalleer om te verseker dat die laai- en ontladingstoestande van elke individuele sel so konsekwent moontlik is, en sodoende die algehele werkverrigting van die batterypak verbeter.
'n Belangrike funksie van 'n batterybestuurstelsel (BMS) is om kommunikasie van batteryparameters en inligting met aanboord- of vanboordtoestelle moontlik te maak, wat data verskaf vir laai-/ontladingsbeheer en voertuigbeheer. Afhangende van die toepassing, kan data-uitruiling verskillende kommunikasie-koppelvlakke gebruik, soos analoog seine, PWM seine, CAN bus, of I2C seriële koppelvlakke.
8. Menslike-masjienkoppelvlak (HMI)
Die HMI is die tussenganger-koppelvlak vir menslike-masjieninteraksie. Dit gebruik toepaslike invoer- en uitvoertoestelle om dialoog en interaksie tussen mense en die masjiene wat hulle bedryf effektief moontlik te maak. In 'n BMS bevat die HMI vertooninligting en beheerknoppies en -knoppies, gekonfigureer volgens ontwerpvereistes.
