PAKET Ishlab chiqarish Jarayoni Seriyasi: Batareya Paketining BMS ning Asosiy Funksiyalari, Tizim Arhitekturasi va Apparat Tuzilishi

Quvvat batareya paketlari ham, energiya saqlash batareya paketlari ham odatda o'nlab yoki hatto yuzlab ichki hujayralarni o'z ichiga oladi. Bunday katta miqdordagi hujayralarni boshqarish uchun Batareya boshqaruv tizimi (BMS) ajralmas kalit texnologiyaga aylangan.

Aytish mumkinki, BMS batareya paketining "miya"sidir. Uning vazifalari xodimlar va batareya xavfsizligini ta'minlash, quvvat yoki energiya saqlash talablarini qondirish va batareya umrini uzaytirishdan iborat.

01 BMSning asosiy funksiyalari

BMSning asosiy funksiyasi batareya kuchlanishi, harorati va oqimini real vaqtda kuzatish, Zaryad holati (SOC) baholash va muvozanatlash nazorati orqali batareya ish faoliyatini optimallashtirish, shuningdek, ortiqcha kuchlanish, ortiqcha oqim va ortiqcha haroratdan himoya qilish kabi nosozliklardan himoya qilish funksiyalariga ega bo'lishdir.

Hujayralar holatini baholash BMSning asosiy vazifasidir. Ushbu vazifani bajarish uchun Analog Front-End (AFE) chipi (kuchlanishni olish uchun), Hall sensorlari (oqimni olish uchun), NTC sensorlari (haroratni olish uchun) va boshqa sensorlar (gaz bosimi, tutun va boshqalarni olish uchun) talab qilinadi.

Signallar olingandan so'ng, ular elektrokimyoviy modellar va ilg'or baholash algoritmlari (masalan, Kengaytirilgan Kalman filtri, Sliding Mode Observer va boshqalar) bilan birlashtirilib, real vaqt rejimida batareyaning Zaryad holati (SOC), Salomatlik holati (SOH), Quvvat holati (SOP), Energiya holati (SOE) va Xavfsizlik holati (SOS) baholanadi.

Ushbu holat parametrlari asosida,

a) Batareya pakining o'zi uchun:

BMS batareyaning zaryadlash va tushirish quvvatini optimallashtirishni boshqaradi va nazorat qiladi, zaryadlash/tushirish davomiyligini cheklaydi va batareyaning ichki holatini samarali boshqarishga erishish uchun boshqaruv buyruqlari, aloqa va diagnostika funksiyalari orqali o'zaro aloqada bo'ladi.

b) Tashqi tizimlar uchun:

Алоқа ва диагностика функциялари орқали, BMS автомобил ва зарядловчига асосий ҳолат ахбороти ва бошқариш буйруқларини тарқатади, аккумулятор ва ташқи тизимлар ўртасида мувофиқлаштирилган ишлашни таъминлайди.

02 BMS тизимининг архитектураси

(1) Марказлаштирилган ва тарқатма архитектуралар

Markazlashtirilgan BMS uchta funksional modulni - hujayra monitoring birligini (CMC), yuqori kuchlanish monitoring birligini (HVMU) va batareya boshqaruv birligini (BMU) bitta plataga yoki integratsiyalashgan kontrollerga birlashtirib, "bir nuqtali boshqaruv" arxitekturasini hosil qiladi.

Markazlashtirilgan BMS ixcham tizim tuzilishiga, kamaytirilgan kabellarga, kichikroq joyga va nisbatan past umumiy xarajatlarga olib keladi. Biroq, yuqori va past kuchlanishli modullar bir xil platada bo'lganligi sababli, elektr izolyatsiyasi va xavfsizlik masofalariga alohida e'tibor qaratish lozim.

Tarqatilgan BMS ma'lumotlarni yig'ish funksiyasini individual batareya modullariga yuklaydi. Bir nechta Slave boshqaruv birliklari (CMC) tarqatilgan namuna olish va dastlabki ma'lumotlarni qayta ishlashni amalga oshiradi, shu bilan birga Master boshqaruv birligi (BMU/BCU) tizim darajasidagi boshqaruv va rejalashtirish uchun javobgardir, bu esa "ko'p nuqtali yig'ish, markazlashtirilgan qayta ishlash" arxitekturasini hosil qiladi. Bu katta sig'imli batareya tizimlarining talablarini qondira oladi, masalan, ko'plab yig'ish kanallari va tarqoq modul joylashuvi.

Yuqoridagi rasmda ko'rinib turibdiki, tarqatilgan arxitektura asosan o'rtada boshqaruv sub-tizimlarining bir qatlamini qo'shadi. Ushbu kichik tizimlar asosan hujayralarning bir qismidan ma'lumotlarni yig'ish uchun javobgardir, keyin esa avtobus orqali BMS boshqaruv platasiga xabar beradi. BMS boshqaruv platasi keyinchalik xabar qilingan ma'lumotlar asosida keng qamrovli himoya choralari, zaryad darajasi hisob-kitoblari va boshqa boshqaruv funksiyalarini amalga oshiradi.

Oddiy qilib aytganda, bu kompaniyaning tashkiliy tuzilishiga o'xshaydi. Odamlar soni ko'payganda, tekis boshqaruv katta miqyosdagi batareya boshqaruv tizimlarida ishonchsiz bo'lib qoladi. Shu sababli, asosiy boshqaruv kengashining yukini bo'lishish uchun ba'zi kichik vazifalar imtiyozli boshqaruv uchun CSC modullariga (Hujayra nazorati davrlari) yuklanadi.

Tarqatilgan BMS quyidagilarga bo'linishi mumkin: Yulduz tipidagi Tarqatilgan, Magistral tipidagi Tarqatilgan va Zanjir tipidagi Tarqatilgan.

Yulduz tipidagi Tarqatilgan: BMU markazda joylashgan bo'lib, har bir CMC mustaqil aloqa liniyasi orqali to'g'ridan-to'g'ri BMUga ulanadi. Ushbu tuzilma kuchli shovqinga qarshi qobiliyatga ega mustaqil aloqa liniyalarini taklif etadi. Biroq, u avtobusni konsentratsiya qilish modulini talab qiladi, bu esa simlarni ulash va interfeysni boshqarishni nisbatan murakkablashtiradi.

Avtobus turidagi taqsimlangan: Bir nechta CMC'lar CAN avtobusi orqali BMU bilan bog'lanadi (hozirda eng ko'p ishlatiladigan BMS aloqa usuli). Barcha CMC'lar avtobusni bo'lishganligi sababli, tugunlar orasidagi quvvat sarfi nisbatan muvozanatlangan. Biroq, tizim avtobusning holatiga kuchli bog'liq; agar avtobus ishlamay qolsa, umumiy aloqa uzilishi mumkin.

Zanjirsimon taqsimlangan: Bir nechta CMC'lar zanjirda ketma-ket ulanadi, ma'lumotlar BMU'ga havola orqali uzatiladi. Ushbu tuzilma oddiy aloqa ulanishini ta'minlaydi, simlarni tejaydi. Ko'p modullarga ega va aniq qatlamli batareya tuzilmasiga ega tizimlar uchun mos keladi.

(2) Funksional qatlamlash

Modullik, kengaytiriladiganlik va yuqori ishonchlilikni ta'minlash uchun, BMS odatda uch qatlamga bo'linishi mumkin, bu quyidagi rasmda ko'rsatilgan.

a) Jismoniy qatlam: Batareya ishlash paytida kuchlanish, tok, sirt harorati kabi to'g'ridan-to'g'ri o'lchanadigan tashqi holatlarni olish uchun javobgardir, yuqori qatlamlar uchun ma'lumotlar bilan ta'minlaydi.

b) Yadro qatlam: Modellar va algoritmlar orqali batareyaning ichki o'lchanmaydigan holatlarini, masalan, SOC va ichki hujayra haroratini baholash uchun javobgardir. Bu tizimning muhim qismidir.

c) Boshqaruv qatlam: Yadro qatlam tomonidan taqdim etilgan ichki holat ma'lumotlaridan foydalanib, batareyani zaryadlash/zaryadsizlantirishni oqilona boshqarish va kelajakdagi ish sharoitlarini bashorat qilish, batareyaning xavfsiz va samarali ishlashini ta'minlash.

03 BMS apparat tuzilishi

BMS apparat arxitekturasi uning tizim funksiyalarining jismoniy tashuvchisidir. Apparat dizayni tizim aniqligi, ishonchliligi va narxiga bevosita ta'sir qiladi. Tipik BMS apparat dizayni taqsimlangan arxitekturani qabul qiladi, asosan Boshqaruvchi Blok (BMU), Qul Bloklar (CSC), sensor tarmoqlari va aktuator/himoya sxemalarini o'z ichiga oladi.

(1) Boshqaruvchi Blok

Asosiy Boshqaruvchi MCU: ASIL-D funksional xavfsizlik darajasini qo'llab-quvvatlovchi yuqori samarali protsessor.

Xotira: Flash xotira parametr konfiguratsiyalarini va nosozlik jurnallarini saqlaydi; RAM real vaqt ma'lumotlarini buferlash uchun ishlatiladi.

Izolyatsiyalangan Quvvat Ta'minoti: DC/DC izolyatsiya moduli orqali BMU ga quvvat beradi (kirish kuchlanishi ko'pincha 12V/24V, chiqish 3.3V/5V).

Aloqa Interfeyslari: CAN transiverlari, Ethernet PHY chiplari.

(2) Qul Bloklar

AFE Chiplari: Seriyali ulanishli xujayralarni monitoring qilish uchun maxsus Analog Front-End chiplari.

Kuchlanishni namuna olish davri: Multiplexer kaliti + aniq ADC, shovqinni kamaytirish uchun differensial namuna olishdan foydalanadi.

Haroratni olish davri: NTC termistor + kuchlanish bo'luvchi tarmog'i yoki raqamli harorat sensorlari.

Balanslash davri: Passiv balanslash: MOSFET + quvvat rezistori; Faol balanslash: Ikki tomonlama DC/DC yoki sig'im massivlari.

(3) Sensorlar

Hall sensorlari: Kontaktsiz o'lchov, aniqlik ±0.5% (umumiy oqimni aniqlash uchun ishlatiladi).

Shunt rezistorlari: Arzon oqimni aniqlash yechimi, differensial kuchaytirgich bilan birgalikda ±0.5% aniqlikka erishadi.

Harorat sensorlari: Hujayra yuzasi, avtobus chiziqlari va sovutgichlar kabi asosiy joylarga joylashtirilgan NTC/PTC sensorlari.

(4) Harakatlantirish va himoya qilish davrlari

Реле ва Пре-зарядлаш Хиди:

Асосий Релелар: Аккумулятор пакетининг зарядлаш/разрядлаш хидини назорат қилувчи юқори кучланишли DC релелари.

Пре-зарядлаш Хиди: Қувват ёқилганда оқимнинг кириш токни олдини олиш учун юмшоқ стартни таъминловчи пре-зарядлаш резистори + контактордан фойдаланади.

Предохранительлар ва Автоматлар:

Асосий Предохранитель: Қисқа туташув носозлигидан ҳимоя қилиш учун тезкор тури.

Иккиламчи Ҳимоя: Локаллашган ортиқча оқимни олдини олиш учун ресетланувчи предохранительлар (PPTC).