バッテリーエネルギー貯蔵システムは,ますます要求の高い市場条件に置かれ,幅広いアプリケーションを提供しています.長寿を保証するバッテリー管理システム (BMS) を構築する方法について議論する価値のある質問です柔軟性や利用可能性
現代の電池には電池管理システム (BMS) が必要です 電子機器とソフトウェアの組み合わせで 電池の脳として機能しますこの記事では,固定エネルギー貯蔵システムのBMS技術に焦点を当てています.バッテリー電池がバランスと安全性を保ち,利用可能なエネルギーなどの重要な情報,ユーザーまたは接続されたシステムに転送されます..
バランスの取れることは バッテリーシステムには 何百個 時には何千個もの 個々のセルがあり それぞれが 容量と抵抗が 少しずつ違っているからです細胞が異なる速さで分解するにつれて これらの差異は時間とともに増加します電池の電圧は,電池の容量が使い物にならないほど早く離れる.
電池が過充電された場合,電池は電圧,電流,温度の安全な動作制限内で保持されます.非常に低い温度で充電される過剰な電流や高温にさらされた場合,火事や爆発を引き起こす障害が発生する可能性があります.
BMS が計算しなければならないことを意味します. このデータには, この計算は状態推定と呼ばれ,結果はユーザーインターフェースを含むより高いレベルのシステムに転送されます.
BMS の設計上の考慮事項を詳細に検討する前に,BMS の異なる種類と設計選択を決定する業界要件について説明する価値があります.バランス付けアプローチは,通常,BMSタイプを分類するために使用されます.州推定と情報流の異なるアプローチなど,他のデザインの側面が重要な役割を果たしている.
基本パック構成
電池はリチウムイオン電池のような電化学電池です リチウムイオン電池は電池の中で エネルギーを貯蔵する最小の単位です 容量と直接関係する様々な物理的なサイズがありますリチウムイオン電池の最小電圧は 2.5V (LFP電池の場合) と最大電圧はNMC化学の場合は4.3Vまで高くなることがあります.
細胞はパックから抽出できる最大電流を増やすために並列接続される.並列接続された細胞のグループをスーパーセルと呼びます.
一般的には,スーパーセル内の細胞は自己バランスになり,これ以上管理する必要はありません.例外は,リチウム硫黄のような新しい化学薬品や,リチウム鉄リン酸塩のような極端なC率条件で動作する電荷状態対電圧曲線のフラット状態の化学薬品が含まれます..
超電池は連続で接続され,弦を形成する.バッテリーパックは通常,単一の弦で構成される.超電池を連続で接続することで,パックの電圧が増加する.高電力のアプリケーションで,非常に高い電流を防ぐために必要なもの.
蓄電池パックに電池を追加すると エネルギー容量は増加します.したがって,超電池に並行電池を追加すると,電池パックのエネルギー容量は増加します.連続で追加的なスーパーセルを接続する.
BMS タイプ
バランスの取れたアプローチ
パシブバランシングは,電荷処理の終わりに電池電圧を同期させ,電荷が完全に充電された電池に流れていたエネルギーを電阻を通して熱として散布します.このアプローチの利点は,電子機器の部品コストが低いことです..
デメリットとしては,すべての電池が同じ電流にさらされていること,つまり,最も弱い連続電池が電池全体のエネルギー,電源,寿命,安全性を制限するということです.弱い細胞の電流は,その容量に対してより高いので,細胞分解は加速する.また,充電過程でエネルギーが無駄になるため,電池の電力を低下させたり,安全問題さえ引き起こす,局所的なホットスポットも引き起こします.消極的なBMSは,パック電流をモニターし,故障の場合,切断スイッチでそれを中断するだけです.
双方向情報流が実装されている場合,電池使用寿命または性能を優先するために,運用設定などのシステムレベルのパラメータを変更することができます.稼働期間を短縮し,利用可能なエネルギーや電力を犠牲にして,寿命を優先する.バッテリーの寿命を犠牲にして 稼働期間を拡大することで 性能が優先されます
アクティブバランシングは,通常,低電流バイパス回路によって実施され,エネルギーを熱として分散するのではなく,まだ充電されていないセルに低電流を導きます.このアプローチの主な利点は,充電効率の向上です.可能な限り効率的に利用する必要がある場合,重要な可能性があります.しかし,ほとんどのアプリケーションでは,積極的なバランスで得られる利益に対する追加コストは正当化されない細胞の分解は,より弱い細胞の相対的な電流により加速し,ホットスポットが形成される.
州による推定
充電状態 (SoC) と健康状態 (SoH) の推定は,バッテリーモデルと推定アルゴリズムの組み合わせに基づいています.状態推定と基礎となるバッテリーモデルが可能な高度な精度と精度は,ハードウェアに強く依存します異なるアプローチを区別するために使います
統合回路 (IC) は,状態推定のためにほとんどの従来のBMSで使用され,しばしば"燃料計"と呼ばれます.ICは 化学特有のバッテリーモデルと状態推定アルゴリズムで 硬いワイヤー付きICの利点は低コストである.デメリットには,システム設計の柔軟性と精度が限られている.後者は時間の経過とともに悪化する傾向がある.設計の柔軟性は限られており,ICは通常,特定の仕様で特定のバッテリー化学のために作られています..
バッテリーの化学成分や仕様が変わると,ICも変更され,設計も調整する必要があります. The reasons for the limited and deteriorating accuracy are (i) state estimation on ICs is based on generalised representations of the battery chemistry and doesn’t capture the nuanced thermodynamic and dynamic properties of cells製造者,フォーマット,バッチによって異なります.(ii) IC の計算能力が限られているため,状態推定アルゴリズムと基礎となるバッテリーモデルの複雑性と信頼性が制限されます.(iii) 細胞の特徴が時間とともに変化し,ハードワイヤードICアルゴリズムによって捕捉できないため,時間とともに不正確性が増加する.
マイクロプロセッサは より複雑で高精度なバッテリーモデルと状態推定アルゴリズムで プログラムできます特定のセル特性と仕様を考慮して微調整できる状態推定アルゴリズムとバッテリーモデルのパラメータを更新することで,変化するセル特性に対応でき,時間とともに出力がより正確になります.同じハードウェアは,電池化学またはメーカー任意のタイプに使用することができます欠点は,必要な機能と計算能力に応じて,より高い部品コストである可能性があります.
情報の流れ
単方向の情報流は,ほとんどのバッテリーシステムで一般的です.BMSからより高いレベルのシステムとユーザーインターフェイスへ情報流.BMSがセルメーカーによって提供されている場合,低レベルの情報が少ない傾向があります最も重要な情報は安全性や性能に関するもので,SoCやSoHなどの指標を含みます.
BMS が動作設定の変更 (例えば最大および最小許容電池電圧またはSoC) などの入力処理が可能である場合,双方向の情報流が可能です.バッテリーモデルや状態推定アルゴリズムを更新して 精度を維持しますマイクロコントローラを使用する場合
