BMSの分類と機能

1. BMSとは

1.1 BMSの定義

さて、ようやく要点に達しました。まず、BMSとは何ですか。
BMSはBATTERY MANAGEMENT SYSTEMの略です。
基本的に、2つ以上の単一セルで構成される電源システムにはBMSが必要です。

前回の記事で電池について説明した後、私たちは皆BMSを知っていると思います。利用できるはずの基本機能。

1.2 BMSの基本機能

• バッテリーの監視は、
  まずバッテリーの監視です。BMSは、電圧、電流、温度など、バッテリーのさまざまな状態を監視する必要があります。一般的に、単一と全体の両方を検出する必要があります。BMSの複雑さに応じて、さまざまな構造があります。それについて話します。
• バッテリー保護
  データを取得したら、データに基づいてバッテリーに必要な保護を提供し、バッテリーを安全な環境で動作させます。安全な環境には、主に充電と放電中の電圧と電流の制御と温度管理が含まれます。
• バッテリー状態の推定は
  、SOCなどの以前のデータに基づいたバッテリーの状態の推定です。このデータは直接測定することはできません。容量を特徴付けるために電圧変化を使用するなど、他の方法で測定する必要がありますが、これはバッテリーの充電と放電の電圧曲線が特定の範囲内でほぼフラットであり、これが大きな誤差につながるため、このタイプはしばしば不正確です。より複雑なものは、充電と放電の時間に応じて電圧と電流の積分を使用することです。 、以前より少し良くなります。次に、達成するカルマンフィルターアルゴリズムがいくつかあります。これは、予測に使用できる優れたアルゴリズムであり、あらゆる種類のノイズも考慮に入れられます。現在、より人気のある神経があります。インターネットが使用され、管理にはAIが使用されていますが、成熟した製品があるかどうかはわかりません。
• バッテリーのパフォーマンスを最大化するために
  、BMSはすべてのデータの分析を通じてさまざまなバランシング戦略を指定する必要もあります。最終的な目標は、これを可能な限り完全に充電し、放電時にできるだけ多く放電することであり、以前に示したように存在しません。非常に不均一な現象。
• ユーザーまたは外部デバイスへのフィードバック
  最後に、必要なのは外界と通信すること、一般的に言えばCANバスを介して他のECUと通信することです。

一般的に言えば、BMSは実際に2つのことを解決します。1つ目は安全です。バッテリーが良好な作業環境であることを確認し、雨と露がすべて覆われていることを確認することで、個々のバッテリーが常に苦しんで不満を引き起こしているわけではありません。主な理由は、結果がひどいことです。ストライキまたは爆発のいずれか、その後に高効率が続き、各単一のセルが独自の最大値を再生し、最高の利益を生み出します。、

2. BMSの分類

次に、BMSの分類について紹介しますが、分類となるとまず最初に何に分類するかという分類基準ですが、ここでは2つの側面からご紹介します。

2.1機能による分類

最初は、のために単純なものから一つの複雑なものに、機能によって、機能的分類である
第一と呼ばれる、最も簡単です

• 定電流および定電圧の充電。これはバッテリー管理システムとは呼ばれません。一定の電流または電圧を提供するため、いくつかの単純な充電器がこの戦略です。これは、多くの地域で鉛蓄電池を使用するバッテリー車で使用されます。機器ですが、鉛蓄電池は比較的固いため、一般的に危険ではありません。ただし、以前の概要から、これは単にバッテリーを保護することはできないが、他の制御戦略がなければ、バッテリーを保護されていない環境に直接さらすことと同等であり、より危険です。

• 2番目のタイプはシャントと呼ばれ、これも比較的単純です。最も単純な形式は、ツェナーダイオードをバッテリーと並列に接続して電圧クランプ回路を形成することです。これは基本的に電圧を監視することと同じです。電圧が設定値に達したときその時、ダイオードは逆方向にブレークダウンし、ほとんどの電流を迂回してバッテリーを保護します。しかし、いくつかの問題もあります。シャントの定格電流が制限されています。電流がシャントの上限を超えている場合でも、電池に電流が流れています。シャントが十分に大きいか、シャントのBMSが充電器に接続されている必要があります一致すると、充電器は、シャントの動作と連動して電圧を動的に調整して、より良い結果を得ることができます。また、各バッテリーのシャントが比較的少ないようで、シャントはバッテリーパックのレベルにしか到達しない場合があります。
  

• 第3の検出器は、いわゆる検出器でのみ測定機能を備えている、等全体セル電圧、電流、温度、SOC推定値を測定することができ、それらは画面上または他の場所に提示され、
  
  そのモニターの模式図ですが、ご覧のように、実は完全なBMSとして使用することはできません。データを表示することはできますが、過充電や過放電を防ぐことはできません。また、バランスをとることもできませんが、なぜそれをリストする必要があるのですか？
  場合によっては、バッテリーを使用するシーンは誰かが関与しているため、このシステムに人を追加する限り、それは完全であり、パラメーターに従って対応するアクションを実行できます。

• モニターについて話し合った後、モニターに行きましたが、何が違うのですか？実際には、制御アクションがモニターに追加されるため、閉ループが形成され、リレーのアクションを使用して充電器または負荷を遮断するなど、監視されたデータに従って対応するアクションを自動的に実行および実行できます。バッテリーは過充電や放電から保護され、バッテリーの安全性を確保します。しかし、その欠点は、単一のセル間の電力のバランスをとることができないことです。
  

• 次に、機能、イコライザーを充実させ続けます。
  
  イコライザーは、モニターに基づいて単一のセルバランシング機能を追加します。これにより、アクティブバランシングとパッシブバランシングを実現できるため、バッテリーを最適に使用できます。

2.2トポロジーによる分類

トポロジは、システムのコスト、信頼性、設置と保守の容易さ、測定と予測の精度に影響を与えるため、BMSにとって非常に重要です。

2.1.1 集中式

1つ目は、最初のタイプである集中型で、統合型とも呼ばれます。
集中型は、BMS全体をデバイスにカプセル化し、ワイヤーを捨てて導体バッテリーに接続します。
写真に示すように、

彼の利点は非常に明白です、

• 最初はコンパクトな構造で、多くの場合ボックスです
• その後、価格が安くなります
• また、メンテナンスは比較的簡単で、全体として交換することができます。

しかし、欠陥があるでしょう、

• 1つ目は、スケーラビリティが低いことです。製品は完成後に再設計する必要があります。
• 次に、隠れた危険があります。ハーネスが長すぎると、一連の隠れた危険を引き起こすからです。

2.1.2モジュラー

次のものは、モジュール式であり

、BMSが集中する彼が類似しているが、同一のサブモジュールの多くは、各パッケージ異なる内部配線接続部がパネル全体、モニタの面積を行うモジュラーBMSに分割され、
我々はモジュールは同じ機能を持っていると言われていますが、実際にはメインモジュールとして割り当てられたモジュールがあり、これはバッテリーパック全体を管理およびスケジュールするために使用され、外界との通信を担当します。他のスレーブBMSは、通信バスを介してマスターBMSと通信しますが、それらの間の機能は同じです。
その利点は次のとおりです。

• まず、集中型BMSと複数のカスケードを小型化することと同等であるため、便利なメンテナンス、安価な価格など、集中型のほとんどの利点があります。
• 第二に、単一モジュールのサイズが小さいため、サブモジュールから単一バッテリーへのワイヤーは比較的短くなり、バッテリーに近づくことができ、過度に長いワイヤーによって引き起こされる隠れた危険やエラーを回避できます。
• 最後に、拡張も簡単です。拡張を実現するためにサブモジュールを追加します

しかし、これにはいくつかの欠点もあります。

• 1つ目は、ワイヤーを追加する必要があることです。集中型と比較すると、モジュール式のステップをバッテリーパックに接続する必要があり、各モジュール間にワイヤーも必要です。
• 第二に、コストが高くなります。主な理由は、各モジュールの機能は同じですが、すべての機能が使用されているわけではないため、特にスレーブモジュールが無駄になるため、実用的な機能はそれほど多くありません。

実際、ここでは、この構造は特に妥当ではないため、改善されたバージョンがあります。

2.1.3マスタースレーブ

実際、ここでは、この構造は特に妥当ではないため、改善されたバージョンがあります。マスターとスレーブの異なる機能に従ってモジュールを分離します

モジュールで使用されない機能が削除され、大幅なコスト削減が可能になります
。マスターBMSが担当する機能は、計算、予測、意思決定、通信など、比較的大きなものです。スレーブユニットは、基本的に測定のみを担当します。
このように、モジュラー構造の利点のほとんどを継承しながら、拡張のコストも削減できると言えます。

2.1.4分散

トポロジーもあります。これは、前に説明した分散と呼ばれるものとは少し異なります。

以前のトポロジーでは、さまざまな電子機器が単一のバッテリーにインストールされておらず、基本的に過去にワイヤーを投げることによって測定されています。
しかし、分散型システムでは、測定ユニットやその他の電子機器は、単一バッテリーと統合された回路基板に直接取り付けられます。この利点は、以前のものと比較して、BMSと単一バッテリー間の接続です。基本的に一掃された。
次に、マスタースレーブタイプに少し似ています。計算、予測、意思決定などを行うコントローラーも備えています。モジュールはバスに基づいて通信します。車では、通常CANバスを使用します。
各ユニットには収集ループがあり、CANバスを備えたMCUはバス通信を介して情報を直接送受信できます。

その利点は当然多くあります：

• 1つ目は、非常に高いスケーラビリティを備えていることです。これは、単一のセルの拡張に適しています。
• 第二に、接続の信頼性が高く、基本的にケーブルが長すぎず、バッテリーと測定回路が密接に統合されているため、干渉やエラーも減少します。セキュリティも非常に高いです。
• 同時にメンテナンスも容易で、万が一故障した場合でも、小さなユニットを交換するだけで済みます。

しかし、いくつかの欠点があります：

• たとえば、まず第一に、各モノマーには機器のセットがあるため、コストが非常に高く、全体のコストが非常に高くなります。
• もう1つは、ボリュームが大きすぎること、これもわかりやすいこと、各バッテリーの各セルの隣に測定システムがあり、パネル全体のボリュームに影響することです。

現在、一部のICは非常に小さくすることもでき、この影響因子はますます弱くなります。

3. BMSの機能

3.1 BMSの基本機能

BMSの機能といえば、

まず、前の内容に基づいて推測してみましょう。まず、非常に強力ですが、気性が短い、リチウムイオンバッテリーのパックを用意しています。それを管理するための設計方法は？

• 私たちが必要とする最初の機能は何ですか、間違いなく測定です。情報を取得した後、バッテリーから知りたいすべての情報を測定する必要がありますか？
• もちろん、単純な表示はしませんが、データを分析する必要がありますが、データ分析に基づく結果が出たら、どうすればよいでしょうか。
• まず第一に、それは制御、充放電プロセスの制御、温度の制御などでなければなりません。
• 第二に？車両制御、ダッシュボードなどと同様に、分析結果を他のコントローラーに通知する必要があります。
• 通信に加えて、このプロセスにはいくつかの障害があり、障害コードが生成されるため、結果も保存する必要があります。また、問題を分析する際の将来の追跡可能性のために、ログ機能が必要であり、ログも必要です。通信モジュールは外界と通信し、このプロセスは双方向です
• 同時に、外部から受け取ったコマンドも分析プロセスに追加する必要があるため、このプロセスも双方向でなければなりません。

これはBMSの基本機能です。

3.2典型的なBMS機能

実際の汎用BMSに含まれる機能を見てみましょう

• 1つ目はバッテリーパラメーターテストです。これは、主にバッテリーの電圧、温度、内部抵抗など、単一のバッテリーを対象としています。
  電圧コレクションは、基本的に特別なADicで収集されますが、下を向くと、実際には異なる構造になります。単一のセルごとに広告チャネルが装備されているものもあります。これを個別取得と呼びます。スキャンに正極を使用するものと、単極多重化と呼びます。スキャンする多重化を差分多重化と呼びますが、もちろんこれは主にチップのコストによって決まります。
  通常、温度検出はサーミスタを使用して行われますが、違いはサーミスタの量と配置です。各モノマーを監視すると、当然ながら最も正確ですが、コストが高くなる傾向があります。ワイヤーハーネスがさらに追加されるため、地域ごとに監視する別の方法があります。温度を監視するためにバッテリーパックを異なる領域に分割することで、対応するコストが削減されます。監視ポイントがより合理的であれば、同様です効果。この問題は、分散BMSにとって自然な利点があり、分散BMSは比較的簡単に温度測定機能を統合できます。
  電流の場合、通常はシャントまたはホールセンサーを使用して直接測定する方法はありません。
• 2つ目は、システムパラメータの測定です。ここではユニットについて説明しましたが、これは全体の制御です。全電圧、全電流、および絶縁抵抗の測定を含め、この絶縁抵抗は、国家標準の安全性を確保するためにも必須です。
• 3番目の機能は、エネルギーの計算に関連しています。これは、さまざまな方法を使用して、SOC、SOH、DOD、およびバッテリーを測定できるその他のインジケーターのパラメーターを計算します。
• 4つ目は、バッテリーエネルギーの分散、バッテリーのスリープ、ウェイクアップなどのバッテリー管理です。
• 5つ目は、温度管理です。これは、バッテリーの通常の動作温度範囲が比較的狭いため、バッテリーの温度を管理する必要があるためです。端的に言えば、バッテリーは冷たく加熱され、熱すぎる場合は、冷却、ブロー、または液体冷却の方法を考えます。
• 私たちが一緒に話す6番目と7番目の機能は、電力の制御と充電と放電の方法です。
• さらに、アクティブバランスとパッシブバランスを含む8番目のバランス管理は、基本的に各単一セルを完全に利用できることを保証できます。
• また、システム全体を保護する必要があるため、リレー制御は必須です。
• 次のステップは、いくつかの障害の分類、分類、および処理を含む、障害を診断することです
• 次のステップは、ログレコード、障害コードレコード、および一部のアプリケーションデータ管理を含むデータの処理です。
• 最後の1つは通信です。これは通常、CANバスを介して行われます。

12の主要な機能をほぼ要約し、次にこれらの機能を分類したところ、以前に考えていた機能はほとんど同じであることがわかりました。

次のセクションでは、BMSテストについて説明しますので、しばらくお待ちください。

参考資料：http : //www.hongcesys.com/