1 מושגי יסוד של BMS
מערכת ניהול הסוללות (BMS) היא יחידת הבקרה המרכזית של מערכת אגירת האנרגיה של הסוללה, המשמשת כמקשר חשוב בין תאי הסוללה למערכת אגירת האנרגיה/תחנת הכוח. התפקיד העיקרי הוא להשיג ניהול ותחזוקה מושכלת של יחידות סוללה שונות, למנוע טעינת יתר ופריקת יתר, למנוע בריחת תרמית ולהבטיח את בטיחות ויעילות המערכת.
היא אחראית בעיקר על ניטור מצב מערכת הסוללה (מדידה של פרמטרי סוללה, כולל פרמטרים ומצב בסיסיים כגון מתח, זרם, טמפרטורה, כמו גם חישוב נתוני מצב הסוללה כגון SOC ו-SOH), ניתוח מצב, טעינה ופריקה של הסוללה ניהול, הגנת תקלות והבטחת תפעול בטוח ויעיל של המערכת. במקביל, ניתן להעלות נתוני מפתח למערכת ברמה גבוהה יותר לצורך גיבוי וניתוח נתונים.
2 סביבת הפעלה של מערכת ניהול סוללות (BMS)
מתח גבוה: המתח של ערכת הסוללות יכול להגיע לרוב ל-700V.
זרם גבוה: הזרם בחבילת סוללות יכול להגיע בדרך כלל ל-100 עד 300 אמפר.
עומק הפריקה והטעינה (DOD) של סוללות מחזור עמוק הוא בדרך כלל 80% ומעלה.
3 מאפיינים של מערכת BMS לאחסון אנרגיה
בטיחות: זה יכול למנוע טעינת יתר של הסוללה, פריקת יתר, התחממות יתר, קצר חשמלי ותקלות אחרות, מה שמבטיח את הפעולה הבטוחה של הסוללה.
יעילות: זה יכול לייעל את תהליך הטעינה והפריקה של הסוללה ולשפר את יעילות הניצול שלה.
תוחלת חיים: זה יכול להאריך את חיי השירות של הסוללה.
אמינות: מסוגל לפעול ביציבות בסביבות קשות.
מדרגיות: מסוגל לענות על הצרכים של מערכות אחסון אנרגיה בקנה מידה שונה.
4 פרוטוקולי תקשורת נפוצים למערכות BMS לאחסון אנרגיה
CAN bus: פרוטוקול אוטובוס שדה נפוץ עם יתרונות כמו עלות נמוכה, מהירות שידור מהירה ואמינות גבוהה.
RS485: RS485 הוא פרוטוקול תקשורת טורית חצי דופלקס עם יכולת אנטי-הפרעות חזקה ומרחק שידור ארוך.
Modbus: Modbus הוא פרוטוקול Modbus אוניברסלי עם יתרונות כמו קלות שימוש ופתיחות טובה.
5 נתוני התייחסות למערכות BMS לאחסון אנרגיה נפוצות
סוג סוללה: סוללת ליתיום יון, סוללת עופרת וכו'
מתח בודד: 3.7V, 12V, 24V וכו'
מתח סוללה: 48V, 220V, 400V וכו'
קיבולת סוללה: 10kWh, 20kWh, 50kWh וכו'
זרם טעינה מרבי: 1C, 2C, 3C וכו'
זרם פריקה מקסימלי: 1C, 2C, 3C וכו'
6 רכיבים של BMS
1. מודול מדידה
חיישן מתח: מנטר את המתח של כל תא סוללה כדי להבטיח שהמתח של כל תא נמצא בטווח בטוח.
חיישן זרם: מדידה בזמן אמת של זרם הטעינה והפריקה, ניטור מצב הטעינה והפריקה של הסוללה.
חיישן טמפרטורה: מנטר את הטמפרטורה של תאי הסוללה כדי למנוע התחממות יתר או קירור לא תקין.
2. יחידת בקרה
מיקרו-בקר (MCU) או מעבד אותות דיגיטלי (DSP): אחראי על עיבוד נתונים ממודולי מדידה, ביצוע אלגוריתמים לחישוב SOC, SOH ומצבים אחרים, ובקרה על פי אסטרטגיות מוגדרות מראש.
זיכרון: מאחסן קוד תוכנית, נתונים היסטוריים ומידע סטטוס.
3. מעגל איזון
מעגל איזון פסיבי: נגדים צורכים את ההבדל בהספק בין תאי הסוללה כדי להשיג איזון.
מעגל איזון פעיל: המעגל מעביר כוח מתא סוללה אחד למשנהו כדי להשיג איזון יעיל יותר.
4. הגן על המעגל
מעגל הגנה מפני טעינת יתר/פריקת יתר: כאשר מתח הסוללה חורג מהטווח הבטוח, הוא מנתק אוטומטית את נתיב הטעינה או הפריקה.
מעגל הגנה מפני קצר חשמלי: מזהה מצבי קצר חשמלי כדי למנוע נזק שנגרם על ידי זרם מופרז.
מעגל הגנת טמפרטורה: כאשר הטמפרטורה עולה על הסף שנקבע, המערכת נכבית אוטומטית כדי להגן על הסוללה.
5. מודול תקשורת
ממשקי תקשורת: כגון CAN, RS485, UART וכו', המשמשים לחילופי נתונים עם מכשירים חיצוניים (כגון מטענים, ממירים, מערכות ניטור).
מודול תקשורת אלחוטי: כגון Bluetooth WiFi, תמיכה בניטור וניהול מרחוק.
6. ממשק משתמש
תצוגה: מספקת הדמיה של מצב הסוללה, נתוני תפעול ומידע על תקלות.
לוח בקרה: משתמשים יכולים להגדיר ולנטר באמצעות לחצנים, מתגים או ממשקי תפעול מגע.
7. מערכת תוכנה
תוכנה משובצת: תוכנה הפועלת על יחידת הבקרה, אחראית על רכישת נתונים, עיבוד, לוגיקה בקרה וביצוע אסטרטגיות הגנה.
יישום: תוכנה ברמה עליונה לניתוח נתונים, ניטור מרחוק וניהול מערכת.
8. ממשקים חיצוניים
ממשק חשמל: חבר את ערכת הסוללות לעומסים חיצוניים או להתקני טעינה.
ממשק איתור באגים: מקל על איתור באגים ופתרון בעיות במערכת למהנדסים.
9. מערכת ניהול תרמית
גוף קירור או מאוורר: עוזרים לקרר את יחידת הסוללה, למנוע התחממות יתר ולשמור על הסוללה בטווח טמפרטורת פעולה בטוחה.
10. מנגנון אבטחה
עיצוב יתירות: תכנון יתירות ברכיבי מפתח כדי לשפר את אמינות המערכת.
מערכת אבחון תקלות: ניטור בזמן אמת של מצב הרכיבים השונים, מתן התרעת תקלות ופונקציות אזעקה.
7 הפונקציות העיקריות של BMS
1. ניטור מצב
ניטור מתח: מדידה בזמן אמת של המתח של כל תא סוללה כדי להבטיח שהסוללה פועלת בטווח בטוח.
ניטור זרם: עקוב אחר זרם הטעינה והפריקה כדי להבטיח תאימות למפרטי התכנון, וזיהוי מיידי של כל מצב חריג.
ניטור טמפרטורה: מדוד את הטמפרטורה של תאי הסוללה כדי למנוע התחממות יתר וקירור לא תקין להשפיע על ביצועי הסוללה.
2. ניהול טעינה ופריקה
בקרת טעינה: התאם אוטומטית את אסטרטגיית הטעינה על סמך מצב הסוללה כדי למנוע טעינת יתר וזרם מוגזם.
בקרת פריקה: עקוב אחר תהליך הפריקה כדי להבטיח שהסוללה לא תתפרק יתר על המידה ותאריך את תוחלת החיים שלה.
ניהול מאוזן: תאי הסוללה מאוזנים כדי להבטיח שהמתח והקיבולת של כל תא יהיו עקביים, ומונעים מתאים בודדים טעינת יתר ופריקה.
3. הגנת אבטחה
הגנת טעינת יתר: כאשר מתח הסוללה מגיע לערך שנקבע, הוא מפסיק את הטעינה באופן אוטומטי כדי למנוע טעינת יתר.
הגנה מפני פריקת יתר: כאשר מתח הסוללה נמוך מהערך שנקבע, הפריקה תיפסק אוטומטית כדי להגן על הסוללה.
הגנה מפני קצר חשמלי: ניטור זרם בזמן אמת למניעת נזק לסוללה הנגרם מקצרים.
הגנת טמפרטורת יתר: עקוב אחר שינויי טמפרטורה כדי למנוע בריחת תרמית של הסוללה עקב התחממות יתר.
4. אומדן מדינה
אומדן SOC (State of Charge): מעריך את מצב הטעינה הנוכחי, המייצג את היחס בין ההספק הנוכחי להספק המדורג.
הערכת מצב בריאותי (SOH): הערכת מצבה הבריאותי של הסוללה, המשקפת את מידת הקיבולת והירידה בביצועים של הסוללה.
5. אבחון תקלות ואזעקה
זיהוי תקלות בזמן אמת: עקוב אחר אינדיקטורים שונים, זיהוי מיידי של תקלות ורשום מידע תקלות.
מנגנון אזעקה: כאשר מתרחש מצב חריג, מונפקת מיד אזעקה כדי להזכיר למשתמש לנקוט באמצעים.
6. רישום נתונים ותקשורת
רישום נתונים: רשום את היסטוריית הטעינה והפריקה, שינויי הטמפרטורה, זמן ההפעלה ונתונים אחרים של הסוללה לניתוח לאחר מכן.
פונקציית תקשורת: החלפת נתונים עם מערכות חיצוניות (כגון ממירים, מערכות ניטור וכו') ומתן מידע סטטוס בזמן אמת.
7. ממשק משתמש
תצוגה ויזואלית: מספקת ממשק ידידותי למשתמש להצגת מצב הסוללה, נתונים היסטוריים ומידע על תקלות לניטור וניהול משתמשים.
8. ניהול מושכל
ניתוח נתונים: שימוש בטכניקות ניתוח נתונים כגון למידת מכונה כדי לנתח את ביצועי הסוללה ולמטב את אסטרטגיות הטעינה והפריקה.
ניטור מרחוק: הטמעת ניטור וניהול מרחוק דרך הרשת לשיפור יעילות ניהול המערכת ומהירות התגובה.
9. אינטגרציה ותאימות
אינטגרציה של מערכת: שילוב עם מכשירים אלקטרוניים אחרים (כגון ממירים, עמדות טעינה וכו') כדי לשפר את ביצועי המערכת הכוללים.
תאימות: תואם לסוגים שונים של סוללות (כגון ליתיום-יון, חומצה עופרת וכו') לשימוש.