Nell'ultimo articolo, abbiamo introdotto il conoscenze tecniche complete sulle celle agli ioni di litio, qui iniziamo a introdurre ulteriormente la scheda di protezione della batteria al litio e le conoscenze tecniche del BMS. Questa è una guida completa a questo riepilogo del direttore della ricerca e sviluppo di Tritek.
Capitolo 1 L'origine del consiglio di protezione
1 Perché le batterie al litio hanno bisogno di protezione
Le batterie agli ioni di litio temono maggiormente il sovraccarico e lo scaricamento eccessivo durante l'uso.
Caratteristiche di tensione delle batterie in diversi materiali
Serie litio ferro fosfato (LiFePO).: Tensione di interruzione della carica standard di fabbrica ≤3.85 V, tensione di interruzione della scarica ≥2.5 V
Nichel, Cobalto, Maganese (NCM) serie: Tensione di interruzione ≤4.2 V, tensione di interruzione della scarica ≥2.7 V
Lmanganato di itio(LMO) serie: Tensione di interruzione ≤4.2 V, tensione di interruzione della scarica ≥2.7 V
| tensione di interruzione della carica | tensione di interruzione di scarica | |
| LifePo | ≤3.85V | ≥2.5V |
| NCM | ≤4.2V | ≥2.7V |
| LMO | ≤4.2V | ≥2.7V |
Termine:
Sovraccarica: La tensione di carica supera la tensione limite superiore.
Scarico eccessivo: La tensione di interruzione della scarica è inferiore alla tensione limite inferiore.
Quali sono le conseguenze del sovraccarico e dello scaricamento eccessivo della batteria agli ioni di litio?
Sovraccarica: nella batteria verrà generata una grande quantità di gas, che provoca un rapido aumento della pressione interna, con conseguente esplosione della batteria.
Scarica eccessiva: capacità ridotta, durata della batteria ridotta, danni diretti portano alla rottamazione della batteria.
Quando la batteria al litio viene utilizzata in PACK, è più probabile che si carichi e si scarichi eccessivamente, a causa della differenza di consistenza della cella. Se il processo di carica e scarica non è adeguatamente controllato, sarà ulteriormente aumentato, con conseguente fenomeno di sovraccarica e sovrascarica di parte della cella.
Le batterie al litio sono fantastiche, ma hanno bisogno di protezione. Per garantire la sicurezza d'uso, ci sono molti requisiti:
Requisiti di protezione di base: protezione da sovraccarico, protezione da scarica eccessiva.
Rafforzare i requisiti di protezione: protezione da sovracorrente, protezione da alta temperatura, protezione da bassa temperatura, protezione da cortocircuito, protezione inversa.
Requisiti di espansione: buona consistenza, piccola tensione di interruzione, piccola differenza di temperatura.
A causa delle caratteristiche materiali della batteria al litio stessa, non può essere sovraccarica, scarica eccessiva, sovracorrente, cortocircuito e carica e scarica ad altissima o bassa temperatura, quindi l'applicazione della batteria al litio necessita sempre di una protezione circuito.
Dopo aver risolto il problema di sicurezza, in base a diversi ambienti di utilizzo e occasioni di utilizzo, il cliente ha avanzato molti requisiti funzionali aggiuntivi:
- Funzione di comunicazione: il cliente deve conoscere lo stato di funzionamento del PACCO batteria, come RS232 / RS485 / CAN ecc.;
- calcolo SOC(State Of Charge)/stima SOH(State of health);
- Funzione di avviso: informa i clienti dei problemi della batteria;
- Funzione di registrazione: registra i dati di funzionamento storici del PACCO batteria, inclusi i dati di allarme storici;
- Funzione di diagnosi dei guasti: la scheda di protezione o il sistema di gestione stesso dovrebbe essere in grado di diagnosticare i problemi;
- Funzione di visualizzazione: i clienti possono leggere direttamente le informazioni e impostare i parametri tramite il display;
- Funzione di bilanciamento, gestione termica, ecc.
Puoi ottenere qualsiasi funzione aggiuntiva che desideri Tritec.
2 Classificazione dei prodotti per la protezione delle batterie al litio
Per soddisfare le diverse esigenze, esistono molti tipi di prodotti per la protezione della batteria al litio.
Capitolo 2 Scheda di protezione di tipo hardware
1 Caratteristiche e classificazione del quadro di protezione di tipo hardware
Scheda di protezione di tipo hardware:
Utilizzare uno speciale chip di protezione della batteria al litio, quando la tensione della batteria raggiunge il limite superiore o inferiore, il tubo MOS del dispositivo dell'interruttore di controllo interrompe il circuito di carica o il circuito di scarica, per raggiungere lo scopo di proteggere il pacco batteria.
caratteristiche:
1. È possibile realizzare solo la protezione da sovraccarico e scaricamento eccessivo. Parziale può realizzare protezione da sovracorrente, protezione da cortocircuito, protezione da sovratemperatura e protezione da connessione inversa. Nessuna delle altre funzioni aggiuntive può essere soddisfatta.
2. La soglia di protezione non può essere modificata (il punto di protezione generale è 3.9 V e 2.0 V)
3. La soglia di bilanciamento non può essere modificata (corrente di bilanciamento generale inferiore a 150 mA)
Classificazione:
La scheda di protezione di tipo hardware può essere suddivisa in:
Scheda di protezione porta separata - Totalmente tre porte: porta di ricarica, porta di scarico, terminale comune
Scheda di protezione della porta comune (stessa porta) - Totalmente due porte: porta positiva e negativa
2 Aspetto fisico della scheda di protezione di tipo hardware
Di seguito è riportato l'aspetto fisico della scheda di protezione di tipo hardware:
3 Porta separata Scheda di protezione di tipo hardware
Il circuito di carica e scarica è diverso, cioè le porte di carica e scarica sono separate.
4 Porta comune (stessa porta) Scheda di protezione di tipo hardware
Il circuito di carica e scarica è lo stesso circuito, cioè la carica e la scarica condividono la stessa porta.
5 La differenza tra la porta separata e la porta comune (stessa porta)
Perché dobbiamo distinguere tra porta comune e porta separata?
- Per i clienti, generalmente non si preoccupano della porta separata o della porta comune. Tutto quello che dobbiamo fare è fornire loro elettrodi batteria positivi e negativi. Ma la porta di ricarica e la porta di scarico di alcuni clienti condividono una porta comune, alcuni clienti richiedono che la porta di ricarica e la porta di scarico possano essere cablate separate.
- La capacità di sovracorrente della scheda protettiva è determinata dalla capacità e dalla quantità di sovracorrente del tubo MOS. Il tubo MOS rappresenta la maggior parte del costo della scheda protettiva. In generale, la corrente di carica è minore e la corrente di scarica è maggiore. Per questo requisito applicativo, abbiamo progettato una scheda di protezione delle porte separata per ridurre i costi.
Qualche conoscenza sulla scheda di protezione della porta separata e sulla scheda di protezione della porta comune:
- La modalità di controllo della scheda di protezione della porta separata e della scheda di protezione della porta comune è la stessa;
- La capacità di sovracorrente della scheda di protezione è determinata dalla capacità e dalla quantità di sovracorrente del tubo MOS;
- Il tubo MOS di carica è collegato in serie con il tubo MOS di scarica nel caso di porta comune e porta semiseparata; La porta completamente separata è parallela;
- Il numero di tubi MOS in carica è minore o uguale al numero di tubi MOS in scarica;
- Il numero di tubi MOS in carica della scheda di protezione della porta comune è uguale al numero di tubi MOS in scarica e il numero totale di tubi MOS deve essere un numero pari.
- Il numero di tubi MOS in carica delle schede di protezione delle porte separate è generalmente inferiore a quello dei tubi MOS in scarica.
- La scheda di protezione della porta comune può essere utilizzata direttamente come scheda di protezione della porta separata, scegliendo la scheda di protezione della porta comune quando la corrente di carica è maggiore della corrente di scarica;
- In linea di principio, la porta separata non può essere utilizzata come porta comune, caricando il sovraccarico e la sovracorrente del tubo MOS o scaricando i rifiuti del tubo MOS;
- Il tubo MOS della scheda di protezione è relativamente costoso, in ultima analisi, lo scopo della scheda di protezione separata è quello di fare un uso ragionevole della capacità di flusso del tubo MOS, non sprecare e risparmiare denaro.
6 Il principio di selezione di porta separata e porta comune (stessa porta)
Il principio di base:
- Alcuni clienti che comprendono il principio e il costo del pannello di protezione specificheranno l'uso di una porta separata o comune, nel qual caso il cliente ha l'ultima parola.
- Se la corrente di carica è bassa, la corrente di scarica è alta. Ad esempio, carica 5A, scarica 20A. Si consiglia una porta separata. (1 tubo MOS per la carica e 4 tubi MOS per la scarica)
- Se la corrente di carica è simile alla corrente di scarica o la corrente di carica è maggiore della corrente di scarica. Si consiglia la scheda porta comune. (Ci sono tanti MOS in carica quanti MOS in scarica)
7 Principio base di funzionamento del quadro di protezione
Schema schematico del quadro di protezione generale a sezione singola (tipico)
U1: circuito integrato di controllo; Tutte le funzioni della scheda di protezione sono realizzate dall'IC che monitora la differenza di tensione tra VDD-VSS e VM-VSS e controlla il C-MOS per eseguire azioni di commutazione.
Conte: terminale di controllo sovraccarico; L'interruttore del tubo MOS è controllato dalla tensione di griglia T2 del tubo MOS.
Fuori: terminale di controllo per sovratensione, sovracorrente, cortocircuito; L'interruttore del tubo MOS è controllato dalla tensione di griglia T1 del tubo MOS.
VM (V-): terminale di rilevamento della tensione di protezione da sovracorrente e cortocircuito; La protezione da sovracorrente e cortocircuito può essere realizzata rilevando la tensione del terminale VM.（U（VM）=I*R（MOSFET））
Quando la scheda di protezione è normale, Vdd è di alto livello, Vss e VM sono di basso livello e Dout e Cout sono di alto livello. Quando qualsiasi parametro di Vdd, Vss e VM viene trasformato, il livello di Dout o Cout cambierà. In questo momento, MOSFET esegue l'azione corrispondente (apertura o chiusura del circuito), in modo da realizzare la funzione di protezione e ripristino del circuito.
Schema schematico della scheda di protezione (schema semplificato)
1: Stato generale
Quando la tensione della batteria è superiore alla tensione di rilevamento di scarica eccessiva (superiore a 2.75 V) e inferiore alla tensione di rilevamento di sovraccarico (inferiore a 4.3 V), la tensione del terminale VM è superiore alla tensione di rilevamento del caricabatterie e quando la tensione di sovracorrente /la tensione di rilevamento è inferiore all'OV, l'IC controlla il tubo MOS monitorando la differenza di tensione tra VDD-VSS e VM-VSS. I terminali DO e CO sono di alto livello e il tubo MOS è nello stato on-off. In questo momento, può caricare e scaricare liberamente.
Come mostrato nell'immagine qui sotto, l'IC è alimentato da una cella della batteria e può funzionare in modo affidabile a una tensione di 2v-5v.
2: Protezione e ripristino da sovraccarico
Quando la batteria viene caricata, la tensione supera il valore impostato VC (4.25-4.35 V, la specifica tensione di protezione da sovraccarico dipende da IC), VD1 si inverte in modo che Cout diventi di livello basso, T1 si interrompe e la carica si interrompe. Quando la tensione della batteria scende al VCR (3.8-4.1 V, la tensione di ripristino specifica della protezione da sovraccarico dipende da IC), Cout diventa di livello alto, T1 attiva la carica per continuare e il VCR deve essere inferiore a VC con un valore fisso a prevenire salti frequenti.
Inoltre, è possibile recuperare anche l'aggiunta della scarica del carico alla fine dell'uscita alla tensione della batteria inferiore alla tensione di protezione da sovraccarico.
3: protezione e recupero da scarica eccessiva
Quando la tensione della batteria viene ridotta al valore impostato VD (2.3-2.5 V, la specifica tensione di protezione da sovraccarico dipende da IC) a causa della scarica, VD2 si inverte e dopo un breve ritardo fissato in IC, Dout diventa di livello basso, T2 è interrotto e lo scarico si interrompe.
Rimuovere il carico o quando la batteria viene messa in carica, l'interno o lo sportello viene capovolto in modo che T2 si riaccenda in preparazione per la successiva scarica.
4: Scarica sovracorrente, protezione da cortocircuito e ripristino
Quando la corrente di scarica del circuito supera il valore impostato o l'uscita è in cortocircuito, l'azione del circuito di rilevamento del cortocircuito di sovracorrente, in modo che il tubo MOS (T2) si spenga, interrompe la corrente.
Rimuovere il carico o quando l'impedenza tra P+ e P- è superiore all'impedenza di ripristino automatico può essere ripristinata.
5: Carica protezione e recupero da sovracorrente
Quando la corrente di carica del circuito supera il valore impostato, sovracorrente, azione del circuito di rilevamento del cortocircuito, in modo che il tubo MOS di ricarica (CHG) si spenga, l'interruzione della corrente.
Quando il caricabatterie è scollegato, il sistema tornerà al normale funzionamento quando il pin a V viene ripristinato alla tensione di rilevamento della sovracorrente di carica o superiore.
Come per la singola cella, anche nel circuito di protezione multicella, la scheda di protezione deve essere in grado di fornire protezione da sovraccarico, sovrascarica, sovracorrente e cortocircuito contro la cella.
Capitolo 3 Scheda di protezione di tipo software
1 Aspetto fisico della scheda di protezione di tipo software
2 Scheda di protezione di tipo software Schema del sistema
Di seguito è riportato lo schema del sistema della scheda di protezione di tipo software:
3 Caratteristiche e classificazione della scheda di protezione di tipo software
Oltre alle funzioni di base della scheda di protezione di tipo hardware come sovraccarico, sovraccarico, sovracorrente, sovratemperatura, cortocircuito, ecc., ha anche le seguenti funzioni:
Funzioni di comunicazione: CAN/RS485/RS232/UART/I2C/SMBus/ModBus, Bluetooth, WIFI, GPS+GPRS, 4G
Stima delle condizioni della batteria (SOC/SOH)
Funzione di avviso
Funzione di diagnosi dei guasti online
Archiviazione dati e funzione di registrazione
funzione display
Funzione di bilanciamento
Gestione carica e scarica
Gestione termica
Classificazione:
- Classificato per uso: stazione base di comunicazione, scheda di protezione dell'alimentatore di backup (UPS), scheda di protezione dell'alimentatore di avviamento automobilistico, scheda di protezione dell'accumulo di energia, scheda di protezione della batteria di alimentazione, ecc.
- Classificato per porta di carica e scarico: stessa porta, porta separata (porta semiseparata, porta completamente separata)
- Classificato per interruttore di comando: versione tubo MOS, versione relè
4 La differenza tra tubo MOS e relè
Tubo MOS:
Vantaggio: interruttore elettronico guidato dalla tensione, nessun punto di contatto, dimensioni ridotte, velocità di commutazione rapida, alta frequenza di lavoro, nessuna interferenza elettromagnetica, direzione attrezzata, azione silenziosa
Svantaggio: emette calore gravemente, con caratteristiche di derating ad alta temperatura, maggiore è la temperatura, peggiore è la capacità di sovracorrente, il tubo MOS è il migliore per avere un migliore ambiente di dissipazione del calore; Il superamento dell'intervallo di tensione provocherà guasti o bruciature.
Il tubo MOS è selezionato tra 120A-150A di sovracorrente.
Relè:
Vantaggio: controllo elettromagnetico guidato dalla corrente dell'interruttore fisico, più sicuro e stabile rispetto al tubo MOS che può sopportare una potenza maggiore; leggermente calore ed eccellente capacità di sovracorrente anche senza ambiente di dissipazione del calore.
Svantaggio: avere touch spot, grande volume, bassa frequenza di lavoro, interferenze elettromagnetiche, rumore; Esiste un limite di tempi di funzionamento e il tempo di funzionamento è molto più lento di quello del tubo MOS.
Capitolo 4 Sistema di gestione della batteria (BMS)
1 Introduzione al sistema di gestione della batteria (BMS)
BMS è l'abbreviazione di Sistema di gestione della batteria, comunemente noto come tata della batteria o governante della batteria. È un dispositivo elettronico in grado di monitorare e gestire la batteria. Può controllare il processo di carica e scarica della batteria raccogliendo e calcolando tensione, corrente, temperatura e SOC dell'accumulo, in modo da realizzare la protezione della batteria e migliorare le prestazioni complessive della batteria.
2 Architettura del sistema BMS
1. Architettura master-slave (centralizzata): presenta i vantaggi di basso costo, struttura compatta e alta affidabilità. Viene comunemente utilizzato in scenari in cui la capacità è bassa, la tensione totale è bassa e il volume del sistema della batteria è ridotto. Come utensili elettrici, robot intelligenti (robot di movimentazione, robot di assistenza), casa intelligente IOT (robot spazzanti, aspirapolvere elettrici), carrelli elevatori elettrici, veicoli elettrici a bassa velocità (biciclette elettriche, motocicli elettrici, veicoli turistici elettrici, auto di pattuglia elettriche, golf cart elettrici, ecc.), veicoli ibridi leggeri.
2. Tipo di separazione master-slave (distribuito): veicoli elettrici (puro elettrico, ibrido plug-in), navi elettriche, ecc.
3. Architettura a tre livelli: sistema di accumulo di energia del contenitore (EMS), centrale elettrica di accumulo di energia
4.2 Architettura del sistema BMS – Tipo master-slave (distribuito)
Di seguito è riportato lo schema dell'architettura generale del tipo Master-slave (distribuito):
3 Schema impianto elettrico BMS
Di seguito è riportato uno schema del sistema BMS del veicolo elettrico master-slave:
Schema a blocchi hardware 4 BCU
Il modulo di controllo principale BCU:
Ricevi e valuta in modo completo le informazioni di base sulla batteria, calcola il SOC,
caricare o impartire istruzioni di controllo,
Eseguire il controllo del relè esterno,
L'intera comunicazione CAN del veicolo,
Comunicazione CAN di ricarica,
Comunicazione CAN Intranet,
Archivio dati,
Rilevamento del segnale di ingresso/uscita,
Accumulo corrente di carica e scarica; eccetera.
5 Schema a blocchi hardware BMU
Modulo di monitoraggio delle informazioni sulla batteria (modulo Slave) BMU:
Singola acquisizione della tensione della batteria,
Acquisizione della temperatura della batteria,
Gestione del bilanciamento della batteria,
Funzione di gestione termica della batteria a scatola singola,
comunicazione CAN intranet; eccetera.
6 Schema a blocchi hardware HVU
Modulo di monitoraggio dell'isolamento HVU:
Rilevamento dell'isolamento del pacco batteria,
Rilevamento della tensione totale del pacco batteria,
Rilevamento della tensione di precarica del controller del motore,
comunicazione CAN intranet; eccetera.
7 Architettura generale del software BCU
8 Funzione BMS
Funzione base BMS:
Campionamento ad alta tensione del pacco batteria, campionamento della corrente del pacco batteria, campionamento della temperatura del pacco batteria, campionamento della tensione della cella, campionamento della temperatura della cella, protezione da sovratensione, protezione da sovracorrente, protezione da sovratemperatura, rilevamento dell'isolamento, interblocco ad alta tensione (HVIL), ecc.
Funzione principale BMS:
Bilanciamento celle, calcolo SOC, calcolo SOH, calcolo SOP statico, calcolo SOP dinamico, ecc.
Funzioni relative all'applicazione BMS:
Monitoraggio delle collisioni, ricarica dell'auto, ricarica rapida, monitoraggio dello stato del caricabatterie, stato/richiesta termica, controllo automatico del raffreddamento, controllo automatico del riscaldamento, precarica, attivazione/disattivazione, monitoraggio delle condizioni del contattore, comunicazione VCU, comunicazione del caricatore del veicolo, comunicazione della ricarica rapida, diagnosi dei guasti, aggiornamento e calibrazione del software, ecc.
9 Tecnologia di equalizzazione delle celle
Proprio come non ci sono due foglie identiche sullo stesso albero, non c'è modo di garantire che ogni cella sia identica al 100% durante il processo di produzione della cella.
Anche supponendo che le celle della batteria siano esattamente le stesse, non si trovano nello stesso ambiente nel pacco batteria. Ad esempio, la differenza di temperatura intorno è spesso relativamente grande e cambierà gradualmente con l'aumento della durata e dei tempi di carica e scarica.
Secondo la legge Cannikin, la cella con le prestazioni peggiori raggiunge per prima la condizione di interruzione durante la carica e la scarica, mentre altre celle hanno ancora una certa capacità non rilasciata, con conseguente consumo della batteria.
La funzione di equalizzazione è progettata per eliminare le incoerenze delle celle della batteria durante l'uso della batteria.
Esistono tre variabili che possono essere misurate in tempo reale all'esterno della cella: tensione V, corrente I e temperatura T. Le informazioni variabili possono essere introdotte nell'algoritmo per determinare il valore SOC di ciascuna cella e la capacità disponibile della cella in questo momento, e per determinare l'incoerenza tra le celle per decidere se il pacchetto deve entrare nello stato di equilibrio.
Esistono due tipi principali di tecnologie di equalizzazione della batteria: equalizzazione passiva ed equalizzazione attiva.
Equalizzazione passiva:
Conosciuto anche come equalizzazione della dissipazione dell'energia, il principio di funzionamento consiste nel collegare un resistore in parallelo a ciascuna cella della batteria, quando una cella della batteria è stata completamente caricata in anticipo e deve continuare a caricare altre celle, il resistore viene collegato e scaricato per dissipare l'energia in eccesso
L'equalizzazione passiva è adatta per piccole capacità e bassi numeri di serie.
Equalizzazione attiva:
Conosciuta anche come equalizzazione non dissipativa di energia, l'equalizzazione attiva trasferisce l'elettricità in eccesso alla cella ad alta capacità durante la carica e alla cella a bassa capacità durante la scarica. L'equalizzazione attiva è il trasferimento di energia da più celle a meno celle.
I vantaggi del circuito di equalizzazione attivo sono il minor consumo di energia, ma la topologia complessa, i costi elevati, i requisiti elevati per i componenti elettrici e il grande volume di condensatori e induttori portano a grandi requisiti di spazio, ecc.
L'equalizzazione attiva è adatta per applicazioni con batterie al litio ad alta serie e di grande capacità.
- Schema di equalizzazione passiva
vantaggi: Struttura del circuito semplice, basso costo
svantaggi: È possibile eseguire solo l'equalizzazione della carica. Allo stesso tempo, l'energia in eccesso viene rilasciata sotto forma di calore durante il processo di equalizzazione della carica, rendendo l'intero sistema a bassa efficienza, alto consumo energetico, corrente di bilanciamento 50-100 mA.
Applicazione BMS: bicicletta elettrica, moto elettrica
Metodo di equalizzazione del consumo della resistenza di commutazione
- Schema del condensatore volante
Vantaggi: basso costo, struttura semplice, elevato utilizzo dell'energia attiva.
Svantaggi: Efficienza di equalizzazione limitata, il condensatore viene utilizzato come vettore di trasferimento di energia. Questo schema può realizzare il trasferimento diretto di energia tra due celle qualsiasi del pacco batteria. Poiché la corrente di equalizzazione è limitata dalla differenza tra la tensione del condensatore e la tensione di un singolo pacco batteria, la velocità di equalizzazione diventa sempre più lenta con l'avanzare del processo di equalizzazione. La corrente di equalizzazione è di circa 300 mA nella produzione di massa.
Metodo di equalizzazione del condensatore volante (commutato).
- Equalizzazione DC/DC unidirezionale
Le prestazioni di equalizzazione sono limitate, la corrente di equalizzazione della produzione di massa può raggiungere 1A.
- Equalizzazione DC/DC a due vie
Effetto di equalizzazione ideale, costo elevato, struttura complessa, adatto per batterie di grandi dimensioni o accumulatori di energia, la corrente di equalizzazione della produzione di massa può raggiungere i 5 A.
Metodo di equalizzazione del convertitore DC/DC – Unidirezionale
- Trasformatore multiavvolgimento
Il design è complesso e costoso. Il numero di avvolgimenti deve essere modificato in base al numero di diverse celle della batteria, il che non è facile per espandere il pacco batteria e può essere bilanciato solo caricando le celle della batteria.
Metodo di equalizzazione del trasformatore multi-avvolgimento
- Schema dell'induttore di scarico
Vantaggi: l'utilizzo dell'energia attiva è elevato, l'effetto di equalizzazione è maggiore dello schema del condensatore, la corrente di equalizzazione 5A nella produzione di massa
svantaggi:
1. L'energia può essere trasferita solo tra celle adiacenti.
2. Costo elevato e struttura complessa.
Metodo di equalizzazione dell'induttore commutato
10 BMS Funzione di stima SOX
(1)SOC (stato di carica), un algoritmo di controllo centrale di BMS, rappresenta lo stato corrente della capacità residua, ovvero la proporzione della carica della batteria disponibile rispetto alla capacità massima disponibile della batteria. Di solito è espresso in percentuale, dove 100% indica completamente carica e 0% indica completamente scarica. SOC è il parametro più importante in BMS perché tutto il resto si basa su SOC, quindi la sua accuratezza e robustezza (nota anche come correzione degli errori) sono estremamente importanti.
(2)SOP (stato di alimentazione, stato di alimentazione della batteria) ottiene principalmente la potenza di carica e scarica disponibile della batteria corrente consultando la temperatura e la tabella SOC. VCU determina come utilizzare il veicolo corrente in base al valore di potenza inviato. È necessario considerare sia il rilascio della capacità della batteria che la protezione delle prestazioni della batteria, come la limitazione parziale della potenza prima di raggiungere la tensione di interruzione. Naturalmente, questo avrà un certo impatto sull'esperienza di guida del veicolo.
- SOH(State Of Health) rappresenta principalmente lo stato di salute attuale (durata della batteria) della batteria, che va dallo 0 al 100%. Si ritiene generalmente che la batteria non verrà più utilizzata dopo essere scesa al di sotto dell'80%. Attualmente, la maggior parte dell'attenuazione della capacità di utilizzo e della variazione della resistenza interna CC per determinare, in generale, l'attenuazione delle prestazioni della batteria di energia è caratterizzata dall'attenuazione della capacità, l'attenuazione delle prestazioni della batteria di alimentazione è caratterizzata dalla variazione della resistenza interna CC.
Capacità inferiore all'80% della capacità nominale – Stima della capacità online: metodo dei minimi quadrati
Resistenza interna CC superiore al 120% Resistenza interna nominale – Stima DCR online: metodo dei minimi quadrati o filtro di Kalman esteso (EKF)
La capacità effettiva della batteria corrente è stimata in base ai dati di funzionamento della batteria. Il rapporto tra la capacità effettiva e la capacità nominale è SOH.
Un SOH accurato migliorerà la precisione di altri moduli nella stima dell'attenuazione della batteria.
11 SOC Tecnologia di stima
Algoritmo generale del settore corrente:
- OCV (tensione a circuito aperto)
- AH(saldo AH)
- Kalman KF o EKF (Filtro Kalman esteso)
- ANN (rete neurale artificiale)
1 tecnologia di stima SOC - OCV (tensione a circuito aperto)
Curva SOC-OCV
OCV (tensione a circuito aperto):
La batteria LiFePO4, la carica OCV e la scarica OCV hanno un fenomeno di isteresi (simile alla batteria Ni-MH) e la curva di tensione è piatta, con un lungo periodo di plateau e una piccola pendenza, e il plateau di tensione della batteria è quasi invariato per circa il 70% di il tempo, ed è influenzato dalla velocità di scarico e dalla temperatura sono maggiormente influenzati. Pertanto, il metodo di tensione a circuito aperto OCV non è adatto per batterie LiFePO4 (litio ferro fosfato).
Sebbene la tensione a circuito aperto sia la stessa quando la batteria si trova a temperature diverse o periodi di vita diversi, il SOC effettivo può variare notevolmente e non è possibile garantire che i risultati della stima di questo metodo siano completamente accurati per lungo tempo.
Pertanto, la curva OCV viene utilizzata principalmente per la correzione, la calibrazione e l'errore sarà elevato se si utilizza questo metodo solo per calcolare il SOC.
2 Tecnologia di stima SOC – AH (saldo AH)
Il calcolo del saldo AH(AH):
Nella formula SOC è lo stato di carica; SOC0 è lo stato di carica all'istante iniziale (t0); CN è la capacità nominale (la capacità della batteria nello stato standard in quel momento, che cambia con la durata); η è l'efficienza di carica e scarica di Coulomb (efficienza di carica e scarica), la scarica è 1 e la carica è inferiore a 1. I è la corrente di carica e scarica, la carica è negativa e la scarica è positiva.
A condizione che lo stato iniziale di carica SOC0 è relativamente accurato, il metodo di integrazione AH ha una precisione abbastanza buona in un periodo di tempo (principalmente correlato all'accuratezza e alla frequenza di campionamento del sensore di corrente).
Tuttavia, i principali svantaggi dell'integrazione AH sono i seguenti: SOC iniziale0 influisce sull'accuratezza della stima SOC; L'efficienza di Coulomb η è fortemente influenzata dallo stato operativo della batteria (come stato di carica, temperatura, dimensioni della corrente, ecc.), η deve essere ottenuto effettuando un gran numero di misurazioni reali, il carico di lavoro è elevato, difficile da misurare con precisione, avrà un effetto cumulativo sull'errore SOC (errore cumulativo); La precisione del sensore di corrente, in particolare la deviazione, porterà a un effetto cumulativo e influenzerà la precisione del SOC. In caso di equilibrio, è più difficile misurare il SOC. Pertanto, è difficile soddisfare i requisiti di accuratezza della stima SOC utilizzando semplicemente il metodo di integrazione AH.
3 Tecnologia di stima SOC – EKF (Filtro di Kalman esteso)
EKF (Filtro di Kalman esteso):
L'idea centrale del metodo del filtro di Kalman esteso è di effettuare la stima ottimale dello stato del sistema nel senso della minima varianza, cioè stabilire l'equazione di stato del sistema e stimare lo stato del sistema utilizzando metodi matematici come minimi quadrati, minimi stima della varianza e stima ricorsiva dei minimi quadrati. Il vantaggio di questo metodo è che non è sensibile all'errore SOC iniziale. Lo svantaggio è che richiede un'elevata precisione del modello di prestazione della batteria e capacità computazionale del sistema di gestione della batteria.
4 Tecnologia di stima SOC – ANN (Artificial Neural Network)
Questo metodo si riferisce al sistema di intelligenza artificiale che simula il processo biologico del cervello umano. Evita la complessità interna della batteria, utilizza una rete neurale fuzzy per modellare la batteria e utilizza le caratteristiche esterne della batteria come la batteria, la tensione e la temperatura come input per condurre l'addestramento del campione. Lo svantaggio è che il calcolo è grande e i requisiti hardware sono elevati.
5 SOC Tecnologia di stima
È difficile per un singolo algoritmo SOC soddisfare i requisiti di accuratezza della stima SOC e la pratica tradizionale utilizza un algoritmo di fusione di più algoritmi SOC singoli.
Principalmente attraverso il metodo integrale dell'ampere-ora (AH) e l'algoritmo del filtro di Kalman esteso (EKF), e combinato con la strategia di correzione (come correzione della tensione a circuito aperto, correzione completa, correzione della fine carica, correzione della capacità a diverse temperature e SOH, ecc. .). Il metodo integrale AH è più affidabile a condizione che sia garantita l'accuratezza dell'acquisizione della corrente, ma la sua robustezza non è forte. A causa dell'accumulo di errori, le strategie di correzione devono essere combinate, mentre EKF ha una forte robustezza, ma l'algoritmo è complesso e difficile da implementare.
L'algoritmo di fusione della correzione semplice include principalmente la correzione della tensione a circuito aperto e l'integrazione dell'ampere-ora della correzione della corrente completa, ecc.
I produttori tradizionali nazionali generalmente possono ottenere una precisione entro il 5% a temperatura ambiente, ma la stima delle alte e basse temperature e l'attenuazione della batteria è un punto difficile (una stima imprecisa può facilmente far sì che il chilometraggio previsto non sia coerente con il chilometraggio effettivo disponibile, che è molto pericoloso nella guida ad alta velocità).
Diagramma di stima SOC
6 SOP Tecnologia di stima
Negli ultimi anni, la quantità di controllo di SOP da parte di vari istituti di ricerca e varie fabbriche di veicoli a nuova energia è principalmente suddivisa in quanto segue: potenza di scarica entro 10 secondi, potenza di scarica entro 30 secondi, potenza di ricarica entro 10 secondi e potenza di ricarica entro 30 secondi . Il limite di potenza di scarica è ben compreso, mentre il limite di potenza di carica è principalmente un vincolo sulla carica ad alte e basse temperature e sul sistema di feedback energetico. I metodi di controllo includono il metodo della tabella di ricerca della tabella, nonché il metodo della tabella di ricerca della tabella combinato con il metodo di previsione del modello di circuito equivalente. Al momento, la maggior parte dei produttori utilizza una tabella di ricerca bidimensionale della MAP di potenza determinata dalla temperatura-SOC e aggiunge successivamente la correzione del parametro SOH.
Metodo di prova: carica da 0.33C a 4.20V a 25°C, carica a tensione costante fino alla corrente di interruzione di 0.05C, scarica da 0.33C a 2.5V alla temperatura corrispondente e calibrazione della capacità. Caricare a 0.33C a 4.20V a 25°C, caricare a tensione costante fino alla corrente di interruzione di 0.05C e lasciare alla temperatura da testare per 3 ore. Dopo il corrispondente test di potenza di picco, scaricare il 10% di SOC a 0.33 C e continuare il test fino allo 0% di SOC.
LISHEN NCM LR2170SD-3.6V5.0Ah
Di seguito è riportato un diagramma 3D dei limiti di potenza per un sistema di batterie:
Tritek è un professionista società di soluzioni di alimentazione per batterie al litio fondata a Shenzhen. Tritek offre una vasta gamma di soluzioni di alimentazione per batterie agli ioni di litio LEV sia per uso commerciale che domestico.
Gli esperti di Tritek hanno 12 anni di esperienza nella progettazione, ricerca e sviluppo e vendita di batterie LEV agli ioni di litio. Le batterie agli ioni di litio prodotte da Tritek sono conformi certificazione globale standard per le batterie LEV, come EN15194:2017, UN38.3, CE, FCC, CB, UL, ecc. Tritek aveva già istituito un centro di assistenza clienti in Spagna nel 2022e Tritek Europe GmbH in Germania nel 2023, prevedendo anche di stabilirsi negli Stati Uniti per migliorare l'esperienza del consumatore.
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