1 Concetti base del BMS
Il sistema di gestione della batteria (BMS) è l'unità di controllo principale del sistema di accumulo dell'energia della batteria e funge da collegamento importante tra le celle della batteria e il sistema di accumulo dell'energia/centrale elettrica. La funzione principale è ottenere una gestione e una manutenzione intelligenti delle varie unità batteria, prevenire il sovraccarico e lo scaricamento eccessivo, evitare l'instabilità termica e garantire la sicurezza e l'efficienza del sistema.
È principalmente responsabile del monitoraggio dello stato del sistema batteria (misurazione dei parametri della batteria, inclusi parametri di base e stato come tensione, corrente, temperatura, nonché calcolo dei dati sullo stato della batteria come SOC e SOH), analisi dello stato, carica e scarica della batteria gestione, protezione dai guasti e garanzia di un funzionamento sicuro ed efficiente del sistema. Allo stesso tempo, i dati chiave possono essere caricati nel sistema di livello superiore per il backup e l'analisi dei dati.
2 Ambiente operativo del sistema di gestione della batteria (BMS)
Alta tensione: la tensione della batteria può spesso raggiungere i 700 V.
Corrente elevata: la corrente in un pacco batteria può generalmente raggiungere da 100 a 300 ampere.
La profondità di scarica e carica (DOD) delle batterie a ciclo profondo è solitamente pari o superiore all'80%.
3 Caratteristiche del sistema BMS di accumulo dell'energia
Sicurezza: può prevenire il sovraccarico della batteria, lo scaricamento eccessivo, il surriscaldamento, il cortocircuito e altri guasti, garantendo il funzionamento sicuro della batteria.
Efficienza: può ottimizzare il processo di carica e scarica della batteria e migliorarne l'efficienza di utilizzo.
Durata della vita: può prolungare la durata della batteria.
Affidabilità: in grado di funzionare stabilmente in ambienti difficili.
Scalabilità: in grado di soddisfare le esigenze di sistemi di accumulo di energia di diverse scale.
4 Protocolli di comunicazione comuni per i sistemi BMS di accumulo di energia
CAN bus: un protocollo bus di campo comunemente utilizzato con vantaggi quali basso costo, elevata velocità di trasmissione ed elevata affidabilità.
RS485: RS485 è un protocollo di comunicazione seriale half duplex con forte capacità anti-interferenza e lunga distanza di trasmissione.
Modbus: Modbus è un protocollo Modbus universale con vantaggi come facilità d'uso e buona apertura.
5 Dati di riferimento per i sistemi BMS di stoccaggio dell'energia comunemente utilizzati
Tipo di batteria: batteria agli ioni di litio, batteria al piombo, ecc
Voltaggio individuale: 3,7 V, 12 V, 24 V, ecc
Voltaggio del pacco batteria: 48 V, 220 V, 400 V, ecc
Capacità della batteria: 10kWh, 20kWh, 50kWh, ecc
Corrente di carica massima: 1C, 2C, 3C, ecc
Corrente di scarica massima: 1C, 2C, 3C, ecc
6 Componenti del BMS
1. Modulo di misurazione
Sensore di tensione: monitora la tensione di ciascuna cella della batteria per garantire che la tensione di ciascuna cella rientri in un intervallo di sicurezza.
Sensore di corrente: misurazione in tempo reale della corrente di carica e scarica, monitoraggio dello stato di carica e scarica della batteria.
Sensore di temperatura: monitora la temperatura delle celle della batteria per prevenire il surriscaldamento o un raffreddamento improprio.
2. Unità di controllo
Microcontrollore (MCU) o processore di segnale digitale (DSP): responsabile dell'elaborazione dei dati dai moduli di misurazione, dell'esecuzione di algoritmi per calcolare SOC, SOH e altri stati e del controllo secondo strategie preimpostate.
Memoria: memorizza il codice del programma, i dati storici e le informazioni sullo stato.
3. Circuito di equilibrio
Circuito di bilanciamento passivo: i resistori consumano la differenza di potenza tra le celle della batteria per raggiungere l'equilibrio.
Circuito di bilanciamento attivo: il circuito trasferisce l'energia da una cella della batteria a un'altra per ottenere un bilanciamento più efficiente.
4. Proteggere il circuito
Circuito di protezione da sovraccarico/scarica eccessiva: quando la tensione della batteria supera l'intervallo di sicurezza, interrompe automaticamente il percorso di carica o scarica.
Circuito di protezione da cortocircuito: rileva le condizioni di cortocircuito per prevenire danni causati da corrente eccessiva.
Circuito di protezione della temperatura: Quando la temperatura supera la soglia impostata, il sistema si spegne automaticamente per proteggere la batteria.
5. Modulo di comunicazione
Interfacce di comunicazione: come CAN, RS485, UART, ecc., utilizzate per lo scambio di dati con dispositivi esterni (come caricabatterie, inverter, sistemi di monitoraggio).
Modulo di comunicazione wireless: come Bluetooth WiFi, supporta il monitoraggio e la gestione remota.
6. Interfaccia utente
Display: fornisce la visualizzazione dello stato della batteria, dei dati operativi e delle informazioni sui guasti.
Pannello di controllo: gli utenti possono impostare e monitorare tramite pulsanti, interruttori o interfacce operative touch.
7. Sistema software
Software incorporato: software in esecuzione sull'unità di controllo, responsabile dell'acquisizione dei dati, dell'elaborazione, della logica di controllo e dell'esecuzione delle strategie di protezione.
Applicazione: software di livello superiore per analisi dei dati, monitoraggio remoto e gestione del sistema.
8. Interfacce esterne
Interfaccia di alimentazione: collega la batteria a carichi esterni o dispositivi di ricarica.
Interfaccia di debug: facilita il debug del sistema e la risoluzione dei problemi per gli ingegneri.
9. Sistema di gestione termica
Dissipatore di calore o ventola: aiuta a raffreddare l'unità batteria, a prevenire il surriscaldamento e a mantenere la batteria entro un intervallo di temperature operative sicure.
10. Meccanismo di sicurezza
Progettazione della ridondanza: progettazione della ridondanza sui componenti chiave per migliorare l'affidabilità del sistema.
Sistema di diagnosi dei guasti: monitoraggio in tempo reale dello stato di vari componenti, fornendo funzioni di avviso di guasto e allarme.
7 Le principali funzioni del BMS
1. Monitoraggio dello stato
Monitoraggio della tensione: misurazione in tempo reale della tensione di ciascuna cella della batteria per garantire che la batteria funzioni entro un intervallo di sicurezza.
Monitoraggio corrente: monitora la corrente di carica e scarica per garantire la conformità alle specifiche di progettazione e rilevare tempestivamente eventuali situazioni anomale.
Monitoraggio della temperatura: misura la temperatura delle celle della batteria per evitare che il surriscaldamento e un raffreddamento improprio influenzino le prestazioni della batteria.
2. Gestione carica e scarica
Controllo della carica: regola automaticamente la strategia di carica in base allo stato della batteria per evitare il sovraccarico e la corrente eccessiva.
Controllo di scarica: monitorare il processo di scarica per garantire che la batteria non si scarichi eccessivamente e prolungarne la durata.
Gestione bilanciata: le celle della batteria sono bilanciate per garantire che la tensione e la capacità di ciascuna cella siano coerenti, impedendo il sovraccarico e lo scaricamento delle singole celle.
3. Tutela della sicurezza
Protezione da sovraccarico: quando la tensione della batteria raggiunge il valore impostato, interrompe automaticamente la carica per evitare il sovraccarico.
Protezione da scarica eccessiva: quando la tensione della batteria è inferiore al valore impostato, la scarica si interromperà automaticamente per proteggere la batteria.
Protezione da cortocircuito: monitoraggio in tempo reale della corrente per prevenire danni alla batteria causati da cortocircuiti.
Protezione da surriscaldamento: monitora le variazioni di temperatura per prevenire l'instabilità termica della batteria dovuta al surriscaldamento.
4. Stima dello Stato
Stima SOC (Stato di Carica): stima lo stato di carica attuale, che rappresenta il rapporto tra la potenza attuale e la potenza nominale.
Valutazione dello stato di salute (SOH): valutazione dello stato di salute di una batteria, che riflette il grado di capacità e degrado delle prestazioni della batteria.
5. Diagnosi dei guasti e allarme
Rilevamento guasti in tempo reale: monitora vari indicatori, rileva tempestivamente i guasti e registra le informazioni sui guasti.
Meccanismo di allarme: quando si verifica una situazione anomala, viene immediatamente emesso un allarme per ricordare all'utente di adottare misure.
6. Registrazione e comunicazione dei dati
Registrazione dati: registra la cronologia di carica e scarica, le variazioni di temperatura, il tempo di funzionamento e altri dati della batteria per la successiva analisi.
Funzione di comunicazione: scambia dati con sistemi esterni (come inverter, sistemi di monitoraggio, ecc.) e fornisce informazioni sullo stato in tempo reale.
7. Interfaccia utente
Display visivo: fornisce un'interfaccia intuitiva per visualizzare lo stato della batteria, i dati storici e le informazioni sui guasti per il monitoraggio e la gestione degli utenti.
8. Gestione intelligente
Analisi dei dati: utilizzo di tecniche di analisi dei dati come l'apprendimento automatico per analizzare le prestazioni della batteria e ottimizzare le strategie di carica e scarica.
Monitoraggio remoto: implementazione del monitoraggio e della gestione remota attraverso la rete per migliorare l'efficienza della gestione del sistema e la velocità di risposta.
9. Integrazione e compatibilità
Integrazione del sistema: integrazione con altri dispositivi elettronici di potenza (come inverter, stazioni di ricarica, ecc.) per migliorare le prestazioni complessive del sistema.
Compatibilità: compatibile con vari tipi di batterie (come agli ioni di litio, al piombo, ecc.) per l'uso.