Hvað er stjórnunarkerfi fyrir orkugeymslurafhlöður
Orkugeymslu BMS rafhlöðustjórnunarkerfið er kerfi sem notað er til að stjórna einstökum rafhlöðum í rafhlöðupakka til að tryggja öryggi þeirra, líftíma og afköst. BMS kerfið safnar rafhlöðuupplýsingum og greinir þær til að tryggja eðlilega notkun rafhlöðupakkans. Í BMS rafhlöðustjórnunarkerfinu eru mörg reiknirit sem taka þátt, þar á meðal reiknirit fyrir hámarksaflpunkta, SOC reiknirit, SOH matsreiknirit osfrv. Í þessari grein munum við kanna í smáatriðum reiknirit sem notuð eru í BMS rafhlöðustjórnunarkerfum.
1 Hámarksaflpunktur mælingar reiknirit
Í orkugeymslukerfum, sérstaklega þegar þau eru sameinuð með endurnýjanlegum orkukerfum eins og sólarrafhlöðum, eru MPPT reiknirit mikilvæg til að bæta heildar skilvirkni kerfisins.
a. Perturb and Observe (P&O) reiknirit:
Vinnuregla:P&O reikniritið truflar (eykur eða lækkar) reglulega rekstrarspennu rafhlöðunnar eða sólarrafhlöðunnar og fylgist með breytingum á framleiðsla. Ef truflunin veldur aukningu á útgangsafli, haltu áfram að trufla í þá átt; Ef úttaksaflið minnkar verður öfug truflun.
Kostir:Einföld útfærsla, auðvelt að útfæra á vélbúnaði.
Ókostur:Það er kannski ekki ákjósanlegt þar sem það getur sveiflast nálægt hámarksaflpunkti í stað þess að vera stöðugt við hámarksaflpunkt.
b. Incremental Conductance (IC) reiknirit:
Vinnuregla:IC reikniritið ákvarðar hámarksaflpunkt byggt á afleiðu sambandi milli rafhlöðuspennu og straums. Það reiknar út áhrif spennubreytinga á straumbreytingar (þ.e. afleiður) og stillir rekstrarpunkt út frá þessari afleiðu.
Kostir:Það er nær hámarksaflspunktinum en P&O reikniritið og getur venjulega fundið og náð stöðugleika á hámarksaflspunktinum hraðar.
Ókostir:Krefst flóknari útreikninga og gæti þurft fullkomnari vélbúnaðarstuðning.
Bæði reikniritin eru ítrekuð, sem þýðir að þau hámarka úttaksaflið með stöðugri mælingu og aðlögun. Í hagnýtum forritum fer val á reiknirit eftir sérstökum kröfum, kostnaði og tiltækum vélbúnaðarauðlindum kerfisins.
Í BMS kerfum getur beiting MPPT reiknirit tryggt að rafhlaðan virki í sínu besta ástandi og þar með bætt hleðslu- og afhleðsluvirkni rafhlöðunnar og lengt endingartíma hennar. Þetta er sérstaklega mikilvægt fyrir orkugeymslukerfi þar sem þau þurfa venjulega stöðugan rekstur við mismunandi umhverfis- og álagsskilyrði. Með því að hagræða hleðslu- og afhleðsluferli rafhlöðunnar hjálpar MPPT reikniritið til að bæta afköst og áreiðanleika alls orkugeymslukerfisins.
2 SOC útreikningalgrím
SOC (State of Charge) útreikningur er mikilvægt hlutverk í BMS, þar sem það tengist beint öryggi og endingu rafhlöðunnar.
a. Opinn hringrás spennuaðferð (OCV):
Meginregla:Spennuaðferðin í opnu hringrásinni byggir á sambandi milli spennu rafhlöðunnar (þ.e. spennu rafhlöðunnar þegar það er ekkert álag) og SOC hennar. Hver tegund rafhlöðuefnafræði hefur sína sérstaka OCV-SOC feril, sem hægt er að nota til að meta SOC rafhlöðunnar.
Kostir:Meginreglan er einföld og endurspeglar beint efnafræðilegt ástand rafhlöðunnar.
Ókostur:Rafhlaðan þarf að vera í algjörlega kyrrstöðu til að mæla opnu rafrásarspennuna nákvæmlega, sem er erfitt að ná í hagnýtum forritum. Að auki getur öldrun rafhlöðunnar haft áhrif á OCV-SOC ferilinn, sem leiðir til mælivillna.
b. Kalman síunaraðferð:
Meginregla:Kalman sía er endurkvæm sía sem notar röð athugana (venjulega spennu, straum, hitastig, osfrv.) og rafhlöðulíkön til að meta SOC rafhlöðunnar. Það hagræðir stöðugt áætlað SOC gildi í gegnum tvö skref: spá og uppfærslu.
Kostir:Geta meðhöndlað hávær gögn og veitt nákvæmt rauntíma SOC mat. Það getur einnig bætt nákvæmni mats með því að sameina gögn frá mörgum skynjurum.
Ókostir:Reikniritið er tiltölulega flókið og krefst nægilegra tölvuauðlinda. Að auki fer frammistaða Kalman síunnar eftir nákvæmni rafhlöðunnar.
c. Til viðbótar við þessar tvær aðferðir eru aðrar SOC matsaðferðir, svo sem:
Ampere klukkustund samþættingaraðferð:Með því að mæla straum og tíma rafhlöðunnar er uppsöfnuð hleðsla rafhlöðunnar reiknuð út til að meta SOC. Þessi aðferð er einföld og auðveld í framkvæmd, en uppsafnaðar villur geta haft áhrif á langtíma nákvæmni.
Taugakerfisaðferð:Notkun tauganeta til að læra OCV-SOC sambandið eða aðra eiginleika rafhlaðna til að meta SOC. Þessi aðferð ræður við flókin ólínuleg sambönd, en krefst mikils magns af þjálfunargögnum.
Líkanbundin matsaðferð:Mat á SOC byggt á rafefnafræðilegu líkani rafhlöðunnar, sem getur veitt dýpri skilning á ástandi rafhlöðunnar, en krefst einnig nákvæmra líkana og reikniauðlinda.
Í hagnýtri notkun er hægt að sameina margar aðferðir til að bæta nákvæmni og styrkleika SOC mats. Sem dæmi má nefna að hægt er að sameina Kalman síuna við samþættingaraðferðina fyrir amperstundir til að nýta kosti beggja. Til að velja viðeigandi SOC útreikningsaðferð þarf að huga að rafhlöðugerð, kerfiskröfum, kostnaði og tiltækum vélbúnaðarauðlindum.
3 SOH matsreiknirit
Heilbrigðismat (SOH) er mikilvægur þáttur í rafhlöðustjórnunarkerfum (BMS), sem er nauðsynlegt til að tryggja áreiðanleika og öryggi rafhlöðukerfa.
a. Rafefnafræðileg viðnám litrófsgreining (EIS):
Starfsregla:EIS metur innra ástand rafhlöðunnar með því að beita litlu AC merki á rafhlöðuna og mæla viðnámssvörun hennar. Þessi aðferð getur leitt í ljós rafefnafræðilega ferla inni í rafhlöðunni, svo sem hleðsluflutning, dreifingu og raflausnþol.
Kostir:Það getur veitt nákvæmar upplýsingar um innri viðnámsbreytingar rafhlöðunnar, sem er mjög gagnlegt til að skilja öldrunarkerfi og heilsufar rafhlöðunnar.
Ókostir:EIS prófun getur tekið langan tíma að ljúka og er viðkvæmt fyrir vali á prófunarskilyrðum eins og tíðnisviði og merkjamagni.
b. Stærðfræðileg líkanaaðferð:
Starfsregla:Þessi aðferð felur í sér að koma á stærðfræðilegu líkani til að lýsa hegðun rafhlöðunnar, þar með talið hleðslu- og afhleðsluferli hennar, hitaáhrif, öldrunarkerfi o.s.frv. Líkön geta verið byggð á reynslu eða eðlisfræði, svo sem jafngild hringrásarlíkön (ECM).
Kostir:Það getur líkt eftir hegðun rafhlaðna við mismunandi aðstæður og er hentugur til að spá fyrir um frammistöðu og endingu rafhlaðna.
Ókostir:Nákvæmni líkansins fer eftir nákvæmni færibreytanna og flókið líkanið getur leitt til mikils reiknikostnaðar.
4 Hleðslu- og losunarstýringaralgrím
Sem eitt af kjarna reikniritum BMS (rafhlöðustjórnunarkerfis) er hleðslu- og afhleðslustýringaralgrímið aðallega notað til að stjórna hleðslu- og afhleðsluferli rafhlöðupakkans, tryggja öryggi þess og lengja endingartíma hennar. Í hagnýtum notkunaratburðarás nota hleðslu- og afhleðslustýringaralgrím venjulega PID stýringar eða óljósa stýringar til að innleiða stjórn.
Meðal þeirra tilheyrir PID stjórnandi tegund stjórnanda sem byggir á villu, samþættingu og aðgreiningu. Það stillir færibreytur stjórnandans til að koma á stöðugleika á hleðslu- og afhleðslustraumi og spennu rafhlöðupakkans í nágrenni við stillt gildi. Fuzzy stjórnandi er stjórnandi sem byggir á loðnu rökfræði, sem smíðar loðnar reglur og framkvæmir loðna ályktun til að stjórna hleðslu og afhleðslu rafhlöðupakka.
5 Heilsuviðvörunaralgrím
Heilsuviðvörunaralgrímið er annað mikilvægt reiknirit í BMS (Battery Management System). Þetta reiknirit er aðallega notað til að spá fyrir um hugsanlegar bilanir í rafhlöðupökkum og meta endingu þeirra, til að gera viðeigandi viðhaldsráðstafanir fyrirfram. Í hagnýtum forritum nota heilsuviðvörunaralgrím venjulega taugakerfi, erfðafræðilega reiknirit eða styðja vektorvélar til að spá.
Meðal þeirra er tauganet líkan byggt á gervi taugafrumum. Það nær nákvæmri spá um bilanir í rafhlöðupakka og líftíma með því að þjálfa þyngd og hlutdrægni tauganeta. Erfðafræðilegt reiknirit er reiknirit sem byggir á náttúruvalsreglunni, sem velur einstaklinga með mikla hæfni og leitar ítrekað að bestu lausninni. Stuðningsvektorvél er líkan sem byggir á tölfræðilegri námskenningu, sem nær skilvirkri spá um bilanir í rafhlöðupakka og líftíma með því að smíða ákjósanlegasta flokkunarhyperplanið.
6 Hagræðingaralgrím
Hagræðingaralgrím gegna mikilvægu hlutverki í BMS rafhlöðustjórnunarkerfum. Þetta reiknirit miðar að því að hámarka afköst og líftíma rafhlöðupakka til að mæta raunverulegum þörfum notenda. Í hagnýtum notkunaratburðarás nota hagræðingarreiknirit venjulega erfðafræðilega reiknirit, fínstillingarreiknirit agnasveima eða herma útgræðslualgrím fyrir hagræðingaraðgerðir.
Meðal þeirra er erfðafræðilegt reiknirit hagræðingaralgrím sem byggist á náttúruvali og erfðafræðilegum aðferðum. Það kannar bestu lausnina með stöðugri endurtekningu með því að líkja eftir náttúrulegu þróunarferlinu. Fínstillingarreiknirit fyrir kvik er hagræðingaralgrím sem byggir á kvikgreind, sem endurtekur sig stöðugt til að finna bestu lausnina með því að líkja eftir flugferli fuglahópa. Hermt útglæðingaralgrímið er hagræðingaralgrím sem byggir á hermaglæðingarferlinu, sem líkir eftir málmglæðingarferlinu og leitast við að finna bestu lausnina með stöðugri endurtekningu.
7 Reiknirit gagnavinnslu
Gagnavinnslu reiknirit eru einnig afar mikilvæg reiknirit í BMS rafhlöðustjórnunarkerfum. Þetta reiknirit er aðallega notað til að vinna úr gögnum úr rafhlöðupökkum til að draga út gagnlegar upplýsingar og eiginleika. Í hagnýtum forritum nota reiknirit fyrir gagnavinnslu venjulega síunarreiknirit, reiknirit fyrir víddarminnkun eða eiginleikaútdráttaralgrím til vinnslu.
Meðal þeirra er síunarreiknirit reiknirit byggt á stafrænni merkjavinnslu. Það síar merki rafhlöðupakkans til að fjarlægja hávaða og truflun og dregur þannig út gagnlegar upplýsingar. Reiknirit til minnkunar víddar er reiknirit sem byggir á gagnavinnslu. Það bætir gagnavinnslugetu og skilvirkni með því að draga úr vídd, rúmmáli og flóknum gögnum. Eiginleikaútdráttarreikniritið er reiknirit sem byggir á mynsturþekkingu. Það getur borið kennsl á mynstur og mynstur í gögnum með því að draga út eiginleika þeirra, að lokum ná gagnaflokkun og viðurkenningu.
8 Niðurstaða
BMS rafhlöðustjórnunarkerfi er mikilvæg rafhlöðustjórnunartækni sem bætir öryggi, áreiðanleika og endingu rafhlöðupakka með því að fylgjast með, stjórna og stjórna þeim. Þar á meðal gegna ýmsir reiknirit sem notuð eru í BMS rafhlöðustjórnunarkerfinu, þar á meðal ástandsmats reiknirit, SOC mats reiknirit, SOH mats reiknirit, hleðslu og afhleðslu stjórn reiknirit, heilsuviðvörunar reiknirit, hagræðingar reiknirit og gagnavinnslu reiknirit, allt gegna mikilvægu hlutverki.
