(1) Pozyskiwanie danych
Aby zapewnić bezpieczeństwo akumulatora, system dokonuje pomiaru w czasie rzeczywistym napięcia na zaciskach i temperatury każdego ogniwa, prądu ładowania/rozładowania oraz całkowitego napięcia pakietu akumulatorów podczas procesów ładowania i rozładowywania. Zapobiega to przeładowaniu lub nadmiernemu rozładowaniu. Polega na zbieraniu danych o temperaturze ogniwa i temperaturze obwodu zasilającego. Temperaturę ogniwa mierzy się zwykle za pomocą przewodowych termistorów NTC, natomiast w zaciskach zasilania zazwyczaj stosuje się rezystory NTC do montażu powierzchniowego.
Aby zapewnić bezpieczeństwo akumulatora, system dokonuje pomiaru w czasie rzeczywistym napięcia na zaciskach i temperatury każdego ogniwa, prądu ładowania/rozładowania oraz całkowitego napięcia pakietu akumulatorów podczas procesów ładowania i rozładowywania. Zapobiega to przeładowaniu lub nadmiernemu rozładowaniu. Polega na zbieraniu danych o temperaturze ogniwa i temperaturze obwodu zasilającego. Temperaturę ogniwa mierzy się zwykle za pomocą przewodowych termistorów NTC, natomiast w zaciskach zasilania zazwyczaj stosuje się rezystory NTC do montażu powierzchniowego.
(2) Oszacowanie algorytmu SOX
Obejmuje to SOC, SOE i SOP. Dokładne oszacowanie stanu naładowania (SOC) – pozostałej pojemności akumulatora – gwarantuje, że SOC pozostanie w rozsądnym zakresie. Zapobiega to uszkodzeniom spowodowanym przeładowaniem lub nadmiernym rozładowaniem i pozwala na przewidywanie w czasie rzeczywistym pozostałej energii lub stanu naładowania.
Obejmuje to SOC, SOE i SOP. Dokładne oszacowanie stanu naładowania (SOC) – pozostałej pojemności akumulatora – gwarantuje, że SOC pozostanie w rozsądnym zakresie. Zapobiega to uszkodzeniom spowodowanym przeładowaniem lub nadmiernym rozładowaniem i pozwala na przewidywanie w czasie rzeczywistym pozostałej energii lub stanu naładowania.
- Metody szacowania SOC:
- Tradycyjne: metoda całkowania amperogodzin, metoda napięcia obwodu otwartego (OCV).
- Oparte na modelu: filtracja Kalmana, algorytmy filtrowania cząstek.
- Sieci neuronowe: Algorytmy sieci neuronowych.
- Algorytm stanu zasilania (SOP): określa maksymalną ciągłą i chwilową moc ładowania/rozładowania, przeglądając tabele oparte na SOC i temperaturze akumulatora. Szybkość depolaryzacji ogniwa decyduje o częstotliwości maksymalnego zużycia energii. Gdy prędkość akumulacji jonów Li na powierzchni folii SEI przekracza prędkość absorpcji anody, pojawiają się spadki napięcia uniemożliwiające utrzymanie maksymalnej mocy. Dlatego wyzwanie w obliczeniach SOP polega na przejściu między mocą szczytową a mocą ciągłą.
- Algorytm stanu zdrowia (SOH): określa dwie dokładne wartości SOC w oparciu o krzywą OCV-SOC, oblicza skumulowany ładunek lub rozładowanie (integracja amperogodzin) pomiędzy tymi dwoma punktami SOC w celu uzyskania pojemności akumulatora, a następnie oblicza SOH.
(3) Diagnostyka bezpieczeństwa
- Zabezpieczenie nadprądowe: Obejmuje zabezpieczenie nadprądowe ładowania i rozładowywania. Ogólnie rzecz biorąc, wdrażane są dwa poziomy ochrony bezpieczeństwa funkcjonalnego: Poziom 1 oparty jest na oprogramowaniu, a poziom 2 na sprzęcie.
- Ochrona przeciwprzepięciowa: Występuje podczas ładowania i jest podzielona na ochronę przeciwprzepięciową poziomu 1 i poziomu 2.
- Zabezpieczenie podnapięciowe: Występuje podczas rozładowywania, podzielone na zabezpieczenie podnapięciowe poziomu 1 i poziomu 2.
- Ochrona temperaturowa: Obejmuje ochronę przed wysoką temperaturą (ładowanie/rozładowanie) i ochroną przed niską temperaturą (ładowanie/rozładowanie).
- Zabezpieczenie przed zwarciem: Obejmuje prąd zabezpieczenia przed zwarciem i czas zabezpieczenia przed zwarciem.
(4) Zarządzanie energią
Bateryjne systemy magazynowania energii składają się zazwyczaj z setek, a nawet tysięcy ogniw, każde o nieco innej pojemności i rezystancji wewnętrznej. Wraz ze wzrostem czasu działania różnice te rosną, ponieważ każda komórka ulega degradacji w różnym tempie. Jeśli napięcia ogniw są niezrównoważone, akumulator szybko osiągnie stan bezużyteczności. Równoważenie akumulatorów (ładowanie wyrównawcze) służy do doprowadzenia wszystkich ogniw w pakiecie do jednolitego i spójnego stanu.
Bateryjne systemy magazynowania energii składają się zazwyczaj z setek, a nawet tysięcy ogniw, każde o nieco innej pojemności i rezystancji wewnętrznej. Wraz ze wzrostem czasu działania różnice te rosną, ponieważ każda komórka ulega degradacji w różnym tempie. Jeśli napięcia ogniw są niezrównoważone, akumulator szybko osiągnie stan bezużyteczności. Równoważenie akumulatorów (ładowanie wyrównawcze) służy do doprowadzenia wszystkich ogniw w pakiecie do jednolitego i spójnego stanu.
(5) Zarządzanie informacją
BMS dzieli się na płyty zabezpieczające oparte wyłącznie na sprzęcie i te łączące oprogramowanie ze sprzętem.
BMS dzieli się na płyty zabezpieczające oparte wyłącznie na sprzęcie i te łączące oprogramowanie ze sprzętem.
- Pure Hardware BMS: Działa ze stałym zestawem parametrów ochronnych, zapewniając ochronę i odzyskiwanie w oparciu o uzyskane stany napięcia, prądu i temperatury bez interwencji MCU.
- Oprogramowanie + sprzęt: MCU umożliwia pozyskiwanie informacji w czasie rzeczywistym i współdziała zewnętrznie za pośrednictwem protokołów komunikacyjnych, takich jak CAN lub RS485, przesyłając dane w czasie rzeczywistym z płyty zabezpieczającej BMS.