1 Šta je BMS aktivno balansiranje
BMS aktivno balansiranje je metoda prijenosa energije od pojedinačnih ćelija većeg kapaciteta do pojedinačnih ćelija manjeg kapaciteta putem prijenosa energije, čime se postiže konzistentnost u baterijskom paketu i poboljšava performanse sistema za pohranu energije.
BMS aktivno balansiranje se razlikuje od pasivnog balansiranja. Pasivno balansiranje općenito prazni energiju visokonaponskih baterija kroz otpornike kako bi se održalo ravnopravno stanje sa snagom niskonaponskih baterija. Ova metoda ima nedostatke kao što su niska efikasnost korišćenja energije, rasipanje toplote, niska balansna struja i spora efikasnost. Aktivno balansiranje, s druge strane, je proces prijenosa energije iz visokoenergetskih baterija na niskoenergetske baterije, slično kao odsijecanje prednosti i nedostataka drvene ploče.
Trenutno postoje razna rješenja za aktivno balansiranje, osim rješenja za kondenzatore Fit koje nije postalo mainstream zbog malog broja primjenjivih žica i ograničenja u prijenosu, postoje i rješenja transformatora i DCDC čipovi za konverziju specifičnih za baterije koje su dizajnirali proizvođači poluvodiča. su uvedeni na tržište. Prednosti aktivnog balansiranja su očigledne, sa visokom efikasnošću, prijenosom energije i samo gubicima u zavojnicama transformatora, koji čine mali udio; Balansirana struja može biti dizajnirana da bude velika, dostižući nivo od nekoliko ampera ili čak 10 A, a efekat balansiranja je brz.
Međutim, aktivna ravnoteža donosi i nove probleme. Prvo, struktura je složena, posebno u shemama transformatora gdje su dizajn i kontrola matrica prekidača i drajvera izazovni. To je također razlog zašto se funkcija aktivnog balansiranja ne može u potpunosti integrirati u namjenske IC-ove. Drugo, tu je pitanje troškova. Složene strukture neminovno dovode do složenih kola, a povećanje troškova i stopa kvarova je neizbježno, što također ograničava promociju aktivnog balansiranja BMS-a.
Za BMS, pored funkcije balansiranja, osnovna strategija balansiranja je još važnija. Kada je razlika u konzistenciji baterijskih ćelija unutar određenog raspona, kapacitet baterije i napon su u pozitivnoj korelaciji; Ali kada je konzistencija baterije daleko od dobre, odnosno kada je baterija u oštećenom stanju, korelacija između snage i napona nije tako jaka, a osnova ravnoteže se ne može suditi samo na osnovu podataka o naponu. Ako baterija nije svjesna oštećenja ispod kritičnog stanja i još uvijek održava ravnotežu napona, to zapravo može uzrokovati oštećenje baterije, posebno u aktivnoj ravnoteži, gdje je šteta uzrokovana velikom strujom veća nego u pasivnoj ravnoteži.
Aktivno balansiranje je pogodno za aplikacije litijumskih baterija velikog kapaciteta i velikog kapaciteta, dok je pasivno balansiranje pogodno za aplikacije litijumskih baterija malog kapaciteta i malog broja žica. Konzistencija Tesline baterije je vrlo dobra, a pasivno balansiranje je dovoljno. Međutim, u Kini još uvijek postoji prostor za poboljšanje sirovina i proizvodnih procesa baterija, a stupanj disperzije u konzistenciji baterija je relativno velik. Aktivno balansiranje će biti prikladnije za primenu litijumskih baterija tipa snage.
2 Uloga BMS aktivnog balansiranja u sistemima za skladištenje energije
(1) Poboljšajte ukupne performanse baterije
1. Uklonite neravnotežu snage uzrokovanu nedosljednim pojedinačnim ćelijama u baterijskom paketu i poboljšajte ukupni kapacitet i performanse napajanja baterije.
U sistemima za skladištenje energije, zbog razlika u materijalu i proizvodnim procesima, kao i varijacija u okruženju upotrebe i nivoa starenja, postoje određene razlike u hemijskim i električnim karakteristikama između pojedinačnih ćelija, koje se manifestuju kao nedoslednosti u kapacitetu, DC unutrašnjem otporu, otvorenosti napon kola, stanje napunjenosti (SOC) i drugi aspekti. Ova nedosljednost može dovesti do neujednačenog kapaciteta baterije među pojedinačnim ćelijama u baterijskom paketu, što utiče na ukupni kapacitet i performanse napajanja baterije. BMS aktivno balansira prijenos energije od pojedinačnih ćelija većeg kapaciteta do pojedinačnih ćelija manjeg kapaciteta kroz prijenos energije, čime se ublažava ovaj fenomen neravnoteže snage i poboljšava ukupni kapacitet i performanse snage baterije.
Na primjer, transformatori se široko koriste u aktivnom balansiranju kako bi uravnotežili distribuciju energije unutar baterije kroz donje i gornje strategije balansiranja. Postoje i metode balansiranja zasnovane na komponentama za skladištenje energije kao što su kondenzatori i induktori, ili zasnovane na DC-DC pretvaračima. Ove metode balansiranja koje ne troše energiju uglavnom prenose energiju između pojedinačnih ćelija ili između pojedinačnih ćelija i cijelog paketa baterija putem kondenzatora, induktora ili DC-DC pretvarača. U poređenju sa balansirajućim strukturama koje troše energiju, one su složenije, ali imaju veću efikasnost korišćenja energije, fleksibilan prenos energije i mogu efikasno poboljšati ukupne performanse baterijskog paketa.
2. Otkrivanjem statusa svake pojedinačne ćelije u baterijskom paketu, koristite metode balansiranja kako biste održali napon ili stanje napunjenosti između pojedinačnih ćelija unutar određenog raspona.
BMS sistem aktivnog balansiranja procjenjuje radni status baterije kontinuiranim praćenjem ključnih parametara kao što su napon, struja i temperatura svake ćelije baterije. Kada se otkrije razlika u naponu ili stanju napunjenosti između pojedinih baterija, aktivira se metoda balansiranja. Na primjer, korištenjem dvosmjernog naprijed DC-DC pretvarača kao glavnog kola za balansiranje, kada se energija prenosi sa strane visokog napona na stranu niskog napona, četiri komutirajuća tranzistora rade u skladu sa specifičnim vremenom provođenja signala pokretanja kako bi se postigao dvosmjerni prijenos energije od niskonaponsku stranu U1 jedinice na stranu visokog napona U2 i sa strane visokog napona U2 na niskonaponsku stranu U1 jedinice, čime se održava napon ili stanje napunjenosti između baterija jedinice unutar određenog raspona.
Istovremeno, kontrolno kolo mikrokontrolera, kao jezgro čitavog sistema za balansiranje, kontroliše modul za akviziciju napona preko CAN magistrale kako bi prikupio napon svake pojedinačne ćelije u modulu baterije. Informacije o bateriji su sažete i koriste se za razvoj plana balansiranja. Niz prekidača se koristi za odabir ćelija koje treba balansirati, a zatim se komanda balansiranja šalje u kontrolno kolo balansiranja kako bi se osiguralo da je stanje svake pojedinačne ćelije u baterijskom paketu unutar razumnog raspona.
(2) Produžite životni vijek baterije
1. Spriječite pojavu konzistentnosti između ćelija baterije i smanjite utjecaj disperzije baterije na vijek trajanja baterije.
Nedosljednost između baterijskih ćelija postupno će se akumulirati s povećanjem vremena korištenja, stvarajući neravnotežu u količini električne energije između baterijskih ćelija, što ne samo da utječe na ukupni kapacitet i performanse baterije, već i ograničava životni vijek baterije. pack. BMS aktivno balansira prijenos energije od pojedinačnih ćelija većeg kapaciteta ka pojedinačnim ćelijama manjeg kapaciteta putem prijenosa energije, suzbijajući tako pojavu međućelijske konzistentnosti.
Na primjer, usvajanje tehnologije aktivnog balansiranja može izbjeći prerano starenje nekih baterija uzrokovano nedosljednim pojedinačnim ćelijama. BMS proizvodi koje je razvio Shenzhen Kelie Technology Co., Ltd. sa osnovnim tehnološkim funkcijama "aktivnog balansiranja i bežičnog prijenosa" mogu precizno pratiti energiju svake pojedinačne baterije i aktivno postići efikasan prijenos energije između pojedinačnih baterija, postižući cilj energetske ravnoteže između pojedinačne baterije, značajno poboljšavajući performanse baterije, suzbijajući pojavu konzistentnosti između ćelija baterije i smanjujući uticaj disperzije baterije na životni vijek baterije.
2. Može povećati raspoloživi kapacitet sistema baterija i značajno poboljšati vijek trajanja ciklusa.
BMS tehnologija aktivnog balansiranja efikasno eliminiše problem neravnoteže kapaciteta između baterijskih ćelija kroz prenos energije, poboljšavajući performanse čitavog paketa baterija. Usvajanjem nezavisno razvijenog dvosmjernog DC-DC čipa za aktivno balansiranje od strane Kelie, u poređenju sa tradicionalnim čipovima za balansiranje, inovativni ugrađeni napredni inteligentni algoritam brzo i efikasno kompenzuje razlike koje generiše baterija kroz prijenos energije, osiguravajući konzistentnost baterije, produžujući vijek trajanja i srednje vreme između kvarova na baterijskom paketu i efektivno poboljšanje ekonomskih koristi tokom celog životnog veka proizvoda ciklus. Dugoročni podaci cikličkog testiranja pokazuju da ova tehnologija aktivnog balansiranja može povećati raspoloživi kapacitet baterijskog sistema za više od 10%, poboljšati vijek trajanja ciklusa za više od 20%, a što je više serija povezanih, to je značajniji učinak poboljšanja.
3 Princip rada BMS aktivnog balansiranja
(1) Sastav ravnotežnog sistema
BMS aktivni balansni sistem se uglavnom sastoji od serijskog baterijskog modula, 12V baterijskog paketa, niza prekidača, glavnog kola za balansiranje, kola za prikupljanje napona i kontrolnog kola mikrokontrolera.
1. Niz prekidača:
Niz prekidača se sastoji od prekidača za gajting ćelija baterije i prekidača za gajting polariteta baterije, koji mogu postići gejting ćelija koje treba da budu izbalansirane. Na primjer, za 7-seriju povezanih baterija, postoje specifične kombinacije prekidača za odabir različitih baterija. Uzimajući za primjer izbor baterije 1 i baterije 2, kada se izabere baterija 1, prekidači K1, K2, KP3 i KP4 se uključuju, a ostali prekidači se isključuju, formirajući specifično kolo za punjenje i pražnjenje; Prilikom odabira baterije 2, prekidači K2, K3, KP1 i KP2 se uključuju, a ostali prekidači se isključuju, formirajući odgovarajući krug za punjenje i pražnjenje. Gajting neparnih ćelija može se odnositi na kombinaciju prekidača za gajting baterije 1, a čak i zatvaranje ćelija može se odnositi na kombinaciju prekidača za gajting baterije 2.
2. Balansirano glavno kolo:
Usvajanje dvosmjernog naprijed DC-DC pretvarača za postizanje dvosmjernog prijenosa energije. Ova topologija uglavnom uključuje transformator T, dva otpornika za uzorkovanje R1 i R2, dva filterska kondenzatora C1 i C2, kondenzator za stezanje C3, filtersku prigušnicu L i četiri prekidačka tranzistora Q1 do Q4.
(2) Način rada
1. Energija se prenosi sa strane niskog pritiska jedne jedinice na stranu visokog pritiska.
2. Energija se prenosi sa strane visokog napona na niskonaponsku stranu jedne jedinice, koja je podijeljena u četiri stupnja. Prijenos i oslobađanje energije postižu se vođenjem i odvajanjem cijevi prekidača:
Faza 1: Od vremena t1 do t2, sklopne cijevi Q2 i Q3 su uključene. U ovom trenutku, ulazna struja I1 teče u isti terminal namotaja sa strane visokog napona transformatora, a izlazna struja I2 teče iz istog terminala niskonaponskog bočnog namota transformatora. Visokonaponska strana U2 istovremeno prenosi energiju na niskonaponsku stranu U1 i induktor L.
Faza 2: Od vremena t2 do t3, prekidači Q2 i Q3 se isključuju, I2 nastavljaju diode tijela prekidača Q1 i Q2, IT2 se postepeno smanjuje, IQ1 postepeno raste, a energija pohranjena u induktoru L i zaostala magnetska energija niskonaponskog namota puštaju se na niskonaponsku stranu.
Faza 3: Od vremena t3 do t4, prekidač Q1 je uključen, I2 se nastavlja prekidačem Q1, a energija pohranjena u induktoru L se oslobađa na niskonaponsku stranu U1.
Faza 4: Od vremena t4 do t5, prekidač Q1 je isključen, I2 nastavlja dioda tijela prekidača Q1, a energija pohranjena u induktoru L nastavlja da se oslobađa na niskonaponsku stranu U1. Među njima, stepen dva i stepen četiri su stepeni mrtve zone, kako bi se sprečilo da Q1 kratko spoji niskonaponski namotaj kada Q2 i Q3 provode. Prekidač Q4 je povezan serijski sa steznim kondenzatorom C3, a paralelno povezan na oba kraja prekidača Q3 za aktivno stezanje i magnetno resetovanje transformatora.
4 Trenutni status primjene BMS aktivnog balansiranja u sistemima za skladištenje energije
(1) Preduzeća koja učestvuju na tržištu
Trenutno postoje tri glavna tipa učesnika na tržištu u aktivnom balansiranju BMS-a u sistemima za skladištenje energije: proizvođači vozila, proizvođači energetskih litijumskih baterija i nezavisni proizvođači BMS-a.
Instalirani kapacitet BMS-a koje proizvode proizvođači vozila čini oko 21,3% ukupnog udjela, instalirani kapacitet BMS-a proizvedenih u tvornicama energetskih litijumskih baterija iznosi oko 45,4%, a profesionalni proizvođači BMS-a čine oko 33,3% udjela. Iako proizvođači vozila i proizvođači baterija i dalje zauzimaju važne pozicije, uz trend tehnološkog napretka i specijalizirane podjele rada, profesionalni proizvođači BMS-a snažno rastu i postali su dominantni u području komercijalnih vozila, a od njih se očekuje da će napraviti veliki utjecaj u energetskom sektoru. skladište.
Na primjer, CATL i BYD imaju značajne tržišne udjele u oblasti energetskih litijumskih baterija, dok također imaju određeni utjecaj na BMS tržištu za skladištenje energije. General Motors, Tesla, BYD, Huating Power i drugi proizvođači automobila, kao i proizvođači baterija kao što su BYD, Samsung, CATL, Xinwangda, Desai Battery, Tuobang Co., Ltd. i Beijing Plaid, aktivno sudjeluju u skladištenju energije BMS market. Osim toga, profesionalni proizvođači BMS-a kao što su Hangzhou Gaote Electronics, Xieneng Technology i Sci Tech Electronics također konstantno istražuju područje BMS-a za skladištenje energije.
(2) Postojeća pitanja
1. Kineski BMS za skladištenje energije počeo je relativno kasno, sa nekompletnim standardima i bez jedinstvene strategije upravljanja. Iako postoje okvirni standardi, svaka kompanija ima različite zahtjeve za visokonaponskim kutijama i kablovima za skladištenje energije, što dovodi do visokih troškova instalacije i puštanja u rad, višestrukih kvarova i teškog rada i održavanja sistema za skladištenje energije. Relevantna odeljenja u zemlji formulišu standarde vezane za industriju, od kojih se očekuje da će dalje regulisati industriju BMS-a, obezbediti sigurnost i radni vek baterija i smanjiti troškove sistema za skladištenje energije kroz standardizaciju i skaliranje.
2. Pouzdanost tehnologije aktivnog balansiranja još uvijek treba dodatno poboljšati, a troškove dodatno smanjiti. Trenutno je struktura aktivne ravnoteže složena i trošak je mnogo veći od pasivne ravnoteže. Na primjer, uobičajena metoda aktivnog balansiranja pomoću transformatora za DC-DC punjenje i pražnjenje je složena po strukturi, a dizajn i kontrola sklopnih matrica i drajvera su teški, što također ograničava potpunu integraciju funkcije aktivnog balansiranja u namjenske IC-ove. Štaviše, složene strukture neizbežno dovode do složenih kola, a povećanje troškova i stopa kvarova je neizbežno, što takođe ograničava promociju aktivnog balansiranja BMS.
3. BMS algoritam za skladištenje energije tek počinje, a još uvijek ima prostora za poboljšanje u procjeni napretka, konvergencije algoritma i robusnosti. Algoritam upozorenja o bateriji je posebno važan u sistemima za skladištenje energije, ali je i dalje gotovo prazan u industriji u Kini. Sve u svemu, BMS industrija u oblasti skladištenja energije ima nizak ukupni nivo, sa različitim proizvodnim preduzećima BMS i neujednačenim kvalitetom proizvoda. Neka preduzeća nemaju dovoljno razumevanja za sisteme skladištenja energije. Ovo dovodi do toga da se BMS uvijek visoko kotira u rangiranju kvarova komponenti cijelog sistema za pohranu energije.
5 Trend razvoja BMS aktivnog balansiranja u sistemima za skladištenje energije
(1) Tehnologija aktivnog balansiranja postaje trend budućnosti
Uz kontinuirano poboljšanje zahtjeva performansi sistema za skladištenje energije, prednosti tehnologije aktivnog balansiranja postaju sve istaknutije. Može efikasno poboljšati konzistentnost baterijskog paketa, čime se poboljšavaju ukupne performanse sistema za skladištenje energije. U praktičnim primjenama, tehnologija aktivnog balansiranja može prenijeti energiju iz visokoenergetskih baterija u baterije s niskom energijom, postižući energetski balans u baterijskom paketu, baš kao što se uklanjaju prednosti i slabosti drvenih ploča. Ova tehnologija ne samo da ima visoku efikasnost i male gubitke, već ima i veliku uravnoteženu struju i brze rezultate. Stoga će tehnologija aktivnog balansiranja biti široko primijenjena u sustavima upravljanja baterijama za skladištenje energije i postati trend budućeg razvoja.
(2) Lokalizacija ključnih komponenti
Razvoj domaće BMS industrije treba se fokusirati na lokalizaciju ključnih komponenti. Trenutno je kineski BMS za skladištenje energije počeo relativno kasno, a ključne komponente se oslanjaju na uvoz, što ne samo da povećava troškove, već se može suočiti i s rizikom od nestabilnog snabdijevanja. Poboljšanje nezavisnih istraživačkih i razvojnih sposobnosti i postizanje lokalizacije ključnih komponenti su ključni za povećanje konkurentnosti kineske BMS industrije. Na primjer, istraživački izvještaj koji je objavila China International Capital Corporation (CICC) ističe da postoji veliki prostor za poboljšanje stope lokalizacije čipova za upravljanje baterijama i da se lokalni proizvođači suočavaju sa značajnim poslovnim prilikama. S rastom domaćeg tržišta i povećanjem udjela lokalnih daljnjih proizvođača, očekuje se da će lokalni proizvođači čipova za upravljanje baterijama otvoriti nove mogućnosti.
(3) Poboljšana integracija proizvoda
U budućnosti će kombinacija algoritama statusa baterije i velikih podataka baziranih na oblaku postati mainstream, a algoritmi umjetne inteligencije će se također široko primjenjivati u BMS-u. Ovo će poboljšati pouzdanost i sigurnost sistema. Na primjer, patent za "Energy Storage Converter i Energy Storage System" koji je primijenio Xi'an Xingyuan Borui New Energy Technology Co., Ltd. pojednostavljuje dizajn, smanjuje složenost i broj komponenti sistema i značajno smanjuje dizajn troškovi i poteškoće u integraciji. Istovremeno, dizajn kontrolne jedinice omogućava uređaju da inteligentno raspoređuje snagu, poboljšavajući operativnu efikasnost sistema za skladištenje energije. Uz kontinuirani napredak tehnologije, integracija proizvoda BMS-a će se nastaviti poboljšavati, pružajući snažniju podršku razvoju sistema za skladištenje energije.