배터리 에너지 저장 시스템은 점점 더 까다로운 시장 조건에 배치되어 광범위한 응용 프로그램을 제공합니다.장수기를 보장하는 배터리 관리 시스템 (BMS) 을 구축하는 방법은 논의할 가치가 있는 질문입니다., 다재다능성 및 가용성
모든 현대 배터리는 배터리 관리 시스템 (BMS) 을 필요로 합니다. 이 시스템은 전자 장치와 소프트웨어의 조합으로 배터리의 뇌 역할을 합니다.이 기사에서는 정지 에너지 저장 시스템에 대한 BMS 기술에 초점을 맞추고 있습니다.BMS의 가장 기본적인 기능은 배터리 셀이 균형이 유지되고 안전하다는 것을 확인하는 것이며, 사용 가능한 에너지와 같은 중요한 정보는사용자 또는 연결된 시스템에 전달됩니다..
균형 잡히는 것이 필요합니다. 왜냐하면 배터리 시스템은 수백, 때로는 수천 개의 개별 세포로 구성되어 있기 때문입니다. 각각의 세포의 용량과 저항이 약간 다릅니다.이 차이는 세포가 서로 다른 속도로 분해됨에 따라 시간이 지남에 따라 증가합니다.적어도 가끔씩 배터리를 균형 잡지 못하면 배터리 용량이 사용 불가능해질 정도로 전압이 빠르게 떨어져 나간다.
안전은 전지가 전압, 전류 및 온도의 안전한 작동 한계 내에서 유지함으로써 보장됩니다. 이는 리?? 이온 배터리에 특히 중요합니다.매우 낮은 온도에서 충전, 또는 과도한 전류 또는 온도에 노출되면 화재 또는 폭발로 이어질 수 있는 결함이 발생할 수 있습니다.
사용 가능한 에너지와 전력과 같은 정보는 직접 측정할 수 없습니다. 전압, 전류 및 온도 측정에 기반합니다. 이러한 계산은 상태 추정이라고 불리며 결과는 사용자 인터페이스를 포함한 더 높은 수준의 시스템에 전달됩니다.
BMS 설계 고려사항을 더 자세히 살펴보기 전에, 디자인 선택에 영향을 미치는 다양한 유형의 BMS와 산업 요구 사항을 설명하는 것이 좋습니다.평형 접근법은 일반적으로 BMS 유형을 분류하는 데 사용됩니다.다른 설계 측면이 중요한 역할을하지만, 예를 들어 국가 추정과 정보 흐름에 대한 다른 접근 방식.
리?? 이온전지 같은 전기화학전지들은 에너지 저장 장치 중 가장 작은 단위입니다. 그들은 용량과 직접적으로 관련되는 다양한 물리적 크기로 제공됩니다.리?? 이온 전지의 최소 전압은 2.5V (LFP 전지) 및 최대 전압은 NMC 화학에 4.3V까지 높을 수 있습니다.
병렬로 연결된 세포는 패크에서 최대 전류를 끌어낼 수 있도록 병렬로 연결된다. 병렬로 연결된 세포의 그룹은 슈퍼 셀이라고 불린다.
일반적으로 초세포 안의 세포는 자기 균형을 이루고 더 이상 관리할 필요가 없습니다.예외는 리?? 황과 같은 새로운 화학물질과 리?? 철포스фат과 같은 극한의 C 비율 조건에서 작동하는 평면 전하 상태 대 전압 곡선과 화학물질을 포함 할 수 있습니다..
슈퍼 셀은 줄을 형성하기 위해 연속으로 연결됩니다. 배터리 팩은 일반적으로 단일 줄로 구성됩니다. 슈퍼 셀을 연속으로 연결하면 팩의 전압이 증가합니다.고전력 애플리케이션에서 매우 높은 작동 전류를 방지하기 위해 필요한.
배터리 팩 구성에 셀을 추가하면 에너지 용량이 증가합니다. 따라서 슈퍼 셀에 병렬 셀을 추가하면 팩의 에너지 용량이 증가합니다.또한 시리즈에 추가 슈퍼 셀을 연결.
균형 접근법
수동 평형은 전하 과정의 끝에 전지의 전압을 동기화하여 전하를 완전히 충전한 세포로 전달되는 에너지를 저항을 통해 열으로 분산시킵니다.이 접근 방식의 장점은 전자 장치의 낮은 부품 비용입니다..
단점으로는 모든 셀이 같은 전류에 노출되어 있기 때문에 가장 약한 일련 연결 셀이 전체 배터리의 에너지, 전력, 수명 및 안전성을 제한한다는 것을 의미합니다.더 약한 세포의 전류가 용량에 비해 높기 때문에 세포 분해가 가속화됩니다., 또한 배터리 전력 감소 또는 안전 문제로 이어질 수 있는 지역화 된 핫스팟을 일으킬 수 있습니다. 게다가 충전 과정에서 에너지가 낭비됩니다.수동 BMS는 단지 패크 전류를 모니터링하고 오류가 발생할 경우 단절 스위치를 통해 중단 할 수 있습니다..
양방향 정보 흐름이 구현되면 배터리 수명 또는 성능을 우선 순위로 설정하기 위해 운영 설정과 같은 시스템 수준의 매개 변수를 변경할 수 있습니다.사용 가능한 에너지 또는 전력 희생으로 운영 창을 줄임으로써 수명 기간을 우선 순위에 둔다., 배터리 수명을 희생하여 운영 창을 넓혀서 성능을 우선시합니다.
액티브 밸런싱은 일반적으로 낮은 전류 바이패스 회로를 통해 구현되며, 낮은 충전 전류를 아직 충전되지 않은 세포로 향하는 대신 에너지를 열으로 분산합니다.이 접근 방식의 주요 이점은 충전 효율을 향상시키는 것입니다.사용 가능한 충전 에너지를 가능한 한 효율적으로 사용하려면 중요한 것일 수 있습니다.액티브 밸런싱은 그 이익에 대한 부가 구성 요소 비용을 정당화하지 않습니다.수동 평형과 마찬가지로, 세포 분해는 약한 세포에 더 높은 상대 전류에 의해 가속화되고 뜨거운 지점이 형성될 수 있습니다.
국가 평가
충전 상태 (SoC) 와 건강 상태 (SoH) 의 추정은 배터리 모델과 추정 알고리즘의 조합에 기초합니다.상태 추정 및 기본 배터리 모델에 가능한 정교성과 정확도는 하드웨어에 크게 달려 있습니다., 우리는 여기서 다른 접근법을 구분하는 데 사용합니다.
통합 회로 (IC) 는 대부분의 전통적인 BMS에서 상태 추정에 사용됩니다.IC는 화학적 특성을 가진 배터리 모델과 상태 추정 알고리즘으로. IC의 장점은 비용이 낮다는 것입니다. 단점은 제한된 시스템 설계 유연성과 정확성입니다. 후자는 시간이 지남에 따라 악화되는 경향이 있습니다.설계 유연성은 제한적입니다. IC는 일반적으로 특정 사양과 특정 배터리 화학에 대해 만들어집니다..
배터리 화학이나 사양이 변하면 IC도 변경하고 설계도 조정해야 합니다. 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, 제조업체, 형식 및 롯데에 따라 다를 수 있습니다.같은 화학물질에도 불구하고 (ii) IC의 제한된 컴퓨팅 전력은 상태 추정 알고리즘과 기본 배터리 모델의 복잡성과 신뢰성을 제한합니다., 그리고 (iii) 세포 특성은 시간이 지남에 따라 변화하며, 하드 와이어 IC 알고리즘에 의해 캡처 될 수 없으며 시간이 지남에 따라 정확성이 증가합니다.
마이크로프로세서는 더 복잡하고 더 높은 신뢰성 배터리 모델과 상태 추정 알고리즘으로 프로그래밍 할 수 있습니다.특정 세포 특성 및 사양을 고려하여 정밀 조정할 수 있는변하는 셀 특성은 상태 추정 알고리즘과 배터리 모델의 매개 변수를 업데이트하여 시간이 지남에 따라 출력이 더 정확하게 유지됩니다.동일한 하드웨어는 배터리 화학 또는 제조업체의 모든 유형에 사용할 수 있습니다, 궁극적 인 설계 유연성을 허용합니다. 단점은 요구되는 기능과 컴퓨팅 능력에 따라 더 높은 부품 비용일 수 있습니다.
정보 흐름
일방 정보 흐름은 대부분의 배터리 시스템에서 일반적입니다: BMS에서 높은 수준의 시스템과 사용자 인터페이스로 정보 흐름.낮은 수준의 정보가 더 적게 제공되는 경향이 있습니다가장 중요한 정보는 안전 및 성능과 관련된 정보이며 SoC 및 SoH와 같은 메트릭을 포함합니다.
BMS가 작동 설정의 변경 (예를 들어 최대 및 최소 허용 전지 전압 또는 SoC) 과 같은 입력을 처리 할 수 있다면 양방향 정보 흐름이 가능합니다.또는 배터리 모델이나 상태 추정 알고리즘의 업데이트를 통해 정확성을 유지합니다.마이크로 컨트롤러가 사용된다면
