ระบบเก็บพลังงานจากแบตเตอรี่ถูกวางไว้ในสภาพการตลาดที่ต้องการมากขึ้น โดยให้บริการกับการใช้งานที่หลากหลายเป็นคําถามที่ควรหารือว่า วิธีการสร้างระบบบริหารแบตเตอรี่ (BMS) ที่รับประกันอายุการใช้งานยาว, ความหลากหลายและความพร้อม
แบตเตอรี่ทุกชนิดที่ทันสมัยต้องการระบบบริหารแบตเตอรี่ (BMS) ซึ่งเป็นส่วนผสมของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และซอฟต์แวร์ และเป็นสมองของแบตเตอรี่บทความนี้เน้นเทคโนโลยี BMS สําหรับระบบเก็บพลังงานคงที่หน้าที่พื้นฐานของ BMS คือการทําให้แน่ใจว่าเซลล์แบตเตอรี่ยังคงสมดุลและปลอดภัย และข้อมูลสําคัญ เช่น พลังงานที่มีผ่านไปยังผู้ใช้หรือระบบที่เชื่อมต่อ.
ความสมดุลจําเป็น เพราะระบบแบตเตอรี่ประกอบด้วยเซลล์ส่วนตัวหลายร้อย บางครั้งเป็นพันๆเซลล์ ซึ่งมีความจุและความต้านทานต่างกันเล็กน้อยความแตกต่างเหล่านี้เพิ่มขึ้นตามเวลา เมื่อเซลล์ทําลายในอัตราที่แตกต่างกันถ้าเซลล์ไม่สมดุล อย่างน้อยก็บางครั้ง ความดันของเซลล์จะแตกต่างกันอย่างรวดเร็ว จนถึงความจุของแบตเตอรี่จะกลายเป็นไร้ประโยชน์
ความปลอดภัยได้รับการรับรองโดยการรักษาเซลล์ภายในขอบเขตการทํางานที่ปลอดภัยของแรงดัน, กระแสและอุณหภูมิ ซึ่งเป็นสิ่งสําคัญโดยเฉพาะสําหรับแบตเตอรี่ลิตியம்ไอออน ถ้าเซลล์ได้รับการชาร์จเกินชาร์จในอุณหภูมิต่ํามากหรือถูกเผชิญกับกระแสไฟฟ้าหรืออุณหภูมิที่สูงเกินไป พวกเขาอาจพัฒนาความผิดพลาดที่อาจนําไปสู่ไฟหรือระเบิด
ข้อมูล เช่น พลังงานและพลังงานที่มีอยู่ไม่สามารถวัดได้โดยตรง ซึ่งหมายความว่า BMS ต้องคํานวณ การคํานวณเหล่านี้เรียกว่าการประเมินสภาพ และผลลัพธ์จะถูกส่งต่อไปยังระบบระดับสูงกว่า รวมถึงอินเตอร์เฟสผู้ใช้
ก่อนที่เราจะพิจารณาพิจารณาการออกแบบ BMS อย่างละเอียดกว่านี้ มันคุ้มค่าที่จะอธิบายประเภทต่าง ๆ ของ BMS และความต้องการของอุตสาหกรรมที่อํานวยความรู้การเลือกออกแบบแนวทางการสมดุลมักจะใช้ในการจัดหมวดประเภท BMS, แม้ว่าด้านการออกแบบอื่น ๆ จะมีบทบาทสําคัญ เช่น แนวทางที่แตกต่างกันในการประเมินภาวะและกระแสข้อมูล
เซลล์ หรือเซลล์ไฟฟ้าเคมี เช่น เซลล์ลิทธิียมไอออน เป็นหน่วยที่เล็กที่สุดในการเก็บพลังงานภายในแพ็คความดันขั้นต่ําของเซลล์ไอออนลิเดียม สามารถต่ําถึง 2.5V (สําหรับเซลล์ LFP) และความแรงกดสูงสุดสามารถสูงถึง 4.3V สําหรับสารเคมี NMC
เซลล์เชื่อมต่อในระยะ paralel เพื่อเพิ่มกระแสสูงสุดที่สามารถดึงจากแพ็ค. กลุ่มของเซลล์เชื่อมต่อในระยะ paralel เรียกว่าเซลล์ super.
โดยทั่วไปเซลล์ภายในเซลล์เหนือจะสมดุลตัวเอง และไม่จําเป็นต้องจัดการมันต่อไปยกเว้นอาจรวมถึงสารเคมีใหม่ ๆ เช่น ลิทธิียมซัลฟัวร์ และสารเคมีที่มีภาวะการชาร์จแบบเรียบเทียบกับเส้นโค้งความดันที่ทํางานในสภาวะ C-rate ที่รุนแรง เช่น ลิทธิียมฟอสเฟตเหล็ก.
ซุปเปอร์เซลล์เชื่อมต่อกันเป็นชุดเพื่อสร้างเชือก แบตเตอรี่แพ็คประกอบด้วยเชือกเดียว การเชื่อมต่อซุปเปอร์เซลล์เป็นชุดเพิ่มความกระชับของแพ็คซึ่งจําเป็นในแอพลิเคชั่นพลังงานสูง เพื่อป้องกันกระแสการทํางานที่สูงมาก.
เมื่อเพิ่มเซลล์ไปยังการจัดตั้งแบตเตอรี่ แพ็ค ความจุพลังงานเพิ่มขึ้น ดังนั้นการเพิ่มเซลล์คู่กับเซลล์ซูเปอร์เพิ่มความจุพลังงานของแพ็คเช่นเดียวกับการเชื่อมต่อเซลล์ซูเปอร์เพิ่มเติมในชุด.
แนวทางการสมดุล
การปรับสมดุลแบบเปียก ทําให้ความกระชับของเซลล์สลับกันในตอนท้ายของกระบวนการชาร์จ โดยการเผาผลาญพลังงาน ซึ่งจะไปในเซลล์ที่ชาร์จเต็ม โดยใช้ความร้อนผ่านตัวต่อต้านข้อดีของวิธีการนี้คือราคาส่วนประกอบที่ต่ําของอิเล็กทรอนิกส์.
ข้อเสียประกอบด้วยว่าเซลล์ทั้งหมดถูกเผชิญกับกระแสเดียวกัน ซึ่งหมายความว่าเซลล์ที่เชื่อมต่อเป็นลําดับที่อ่อนแอที่สุดจํากัดพลังงาน พลังงาน อายุการใช้งานและความปลอดภัยของแบตเตอรี่ทั้งหมดการทําลายเซลล์จะเร่งขัน เนื่องจากกระแสในเซลล์ที่อ่อนแอกว่าจะสูงกว่าเทียบกับความจุของมัน, ซึ่งอาจทําให้เกิดจุดร้อนในพื้นที่ ที่อาจนําไปสู่การลดพลังงานของแบตเตอรี่ หรือแม้กระทั่งปัญหาความปลอดภัย. นอกจากนี้, พลังงานจะสูญเสียระหว่างกระบวนการชาร์จ.BMS อ่อนแอสามารถตรวจสอบกระแสปั๊มและตัดมันผ่านสวิทช์ตัดต่อในกรณีของความผิดพลาด.
หากมีการนํากระแสข้อมูลในสองทิศมาใช้งาน ปริมาตรระดับระบบ เช่น การตั้งค่าการใช้งาน สามารถเปลี่ยนแปลงได้ เพื่อให้ความสําคัญกับอายุการใช้งานของแบตเตอรี่หรือผลประกอบการอายุการใช้งานถูกให้ความสําคัญโดยการลดช่วงเวลาในการใช้งานในราคาของพลังงานหรือพลังงานที่มีอยู่ขณะที่ผลงานได้รับความสําคัญโดยการขยายหน้าต่างการใช้งาน
การปรับสมดุลที่ใช้ได้โดยทั่วไปโดยใช้วงจรบายพาสปริมาณต่ํา ซึ่งนํากระแสการชาร์จต่ําไปยังเซลล์ที่ยังไม่ได้ชาร์จ แทนที่จะระบายพลังงานเป็นความร้อนประโยชน์หลักของวิธีการนี้คือการปรับปรุงประสิทธิภาพการชาร์จ, ซึ่งอาจมีความสําคัญถ้าพลังงานการชาร์จที่มีอยู่ต้องถูกใช้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดการปรับสมดุลอย่างมีกิจกรรมไม่ได้อ้างอิงค่าส่วนประกอบเพิ่มเติมสําหรับผลประโยชน์ที่ผลิตเช่นเดียวกับการปรับสมดุลแบบปนเปื้อน การทําลายเซลล์จะเร่งขึ้นด้วยกระแสที่สูงกว่าในเซลล์ที่อ่อนแอ และจุดร้อนอาจเกิด
การประเมินของรัฐ
การประเมินภาวะการชาร์จ (SoC) และภาวะสุขภาพ (SoH) จะพัฒนาขึ้นจากการผสมผสานรูปแบบแบตเตอรี่และอัลการิทึมการประเมินระดับความซับซ้อนและความแม่นยําที่เป็นไปได้สําหรับการประเมินภาวะและแบบแบตเตอรี่พื้นฐานขึ้นอยู่กับเครื่องจักรซึ่งเราใช้ในที่นี้เพื่อแยกวิธีการที่แตกต่างกัน
วงจรบูรณาการ (IC) ถูกใช้ใน BMSs ส่วนใหญ่ที่ปรับเปลี่ยนมาเพื่อการประเมินภาวะ ซึ่งมักถูกเรียกกันว่า หน่วยวัดน้ํามันICs มีสายไฟแข็งด้วยรุ่นแบตเตอรี่เฉพาะเคมีและอัลการิทึมการประเมินสภาพข้อดีของ IC คือราคาถูก ข้อเสียประกอบด้วยความยืดหยุ่นและความแม่นยําของการออกแบบระบบที่จํากัด ส่วนหลังมักจะแย่ลงตามเวลาความยืดหยุ่นในการออกแบบจํากัดเพราะ ICs โดยทั่วไปถูกสร้างขึ้นสําหรับเคมีแบตเตอรี่เฉพาะอย่างยิ่งที่มีรายละเอียดเฉพาะอย่างยิ่ง.
หากเคมีของแบตเตอรี่หรือรายละเอียดของแบตเตอรี่เปลี่ยนแปลง IC ก็ต้องเปลี่ยนและการออกแบบปรับปรุง 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, ซึ่งอาจแตกต่างกันระหว่างผู้ผลิต, รูปแบบและชุดแม้กระทั่งสําหรับเคมีเดียวกัน (ii) พลังการคํานวณที่จํากัดบน IC จํากัดความซับซ้อนและความซื่อสัตย์ของอัลการิทึมการประเมินสภาพและรูปแบบแบตเตอรี่พื้นฐาน, และ (iii) ลักษณะของเซลล์เปลี่ยนแปลงตามเวลา ซึ่งไม่สามารถจับได้โดยอัลการิทึม IC ที่ติดสายแข็ง ซึ่งนําไปสู่ความไม่แม่นยําที่เพิ่มขึ้นตามเวลา
ไมโครโพเซสเซอร์สามารถเขียนโปรแกรมได้ด้วยแบบแบตเตอรี่ที่ซับซ้อนและมีความซื่อสัตย์สูงกว่า และอัลการิทึมการประเมินสภาพที่สามารถปรับปรุงให้ละเอียดเพื่อคํานวณลักษณะและคุณสมบัติของเซลล์เฉพาะเจาะจงคุณลักษณะเซลล์ที่เปลี่ยนแปลงสามารถอํานวยความสะดวกโดยการอัพเดทพารามิเตอร์ของอัลการอริทึมประเมินสภาพและแบบจําลองแบตเตอรี่ ซึ่งทําให้ผลการผลิตแม่นยําขึ้นตลอดเวลาแฮร์ดแวร์เดียวกันสามารถใช้ได้สําหรับชนิดใด ๆ ของเคมีแบตเตอรี่หรือผู้ผลิตความเสี่ยงอาจเป็นค่าส่วนประกอบที่สูงขึ้น ขึ้นอยู่กับฟังก์ชันและพลังงานการคํานวณที่ต้องการ
การไหลของข้อมูล
การไหลผ่านข้อมูลแบบเดียวเป็นเรื่องปกติในระบบแบตเตอรี่ส่วนใหญ่: ข้อมูลไหลผ่านจาก BMS ไปยังระบบระดับสูงกว่าและอินเตอร์เฟซผู้ใช้มีข้อมูลระดับต่ํากว่าข้อมูลที่สําคัญที่สุดคือข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยและการทํางาน และรวมถึงเมทริกส์ เช่น SoC และ SoH
การไหลผ่านข้อมูลในสองทิศทางเป็นไปได้ถ้า BMS สามารถประมวลผลข้อมูลเข้า เช่น การเปลี่ยนแปลงการตั้งค่าการทํางาน (เช่น ความดันไฟฟ้าเซลล์สูงสุดและต่ําสุดที่อนุญาต หรือ SoC)หรือแม้แต่การอัพเดทรูปแบบแบตเตอรี่ หรืออัลการิทึมการประเมินสภาพ เพื่อรักษาความแม่นยําของพวกเขาถ้าใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์
