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ATESS新一代带主动均衡技术的BMS重磅发布

2022.01.15

随着储能行业的快速发展,锂电池的使用寿命和使用环境的重要性日益凸显。在这过去的几年里,ATESS不断致力于锂电池BMS的研发,在2021年的尾声,我们终于交出了一份满意的答卷-ATESS将会在新的电池系统中增加更加可靠和智能的主动均衡技术。该技术的应用将保证电池系统始终处于最佳性能状态,提升电池的使用寿命,也可使电池系统能够适应更加恶劣的负载条件,同时也大大减少了技术人员现场维护的成本,确保ATESS储能系统更好的可靠性,更高的稳定性和更强的环境适应性。

 

背景介绍

锂电池在运行过程当中会受到多种特性的影响,如过压,欠压,过充,过放,热失控和电芯之间电压不均衡,其中,最重要的因素就是电压不均衡,它会随着时间的推移改变电池组中每个电芯的电压,从而降低电池组的容量,同时在电池组中,最弱的电芯也将决定整体电池组的性能。所以,为保证电池组的整体性能,我们应对电池组中的每一个电芯进行均衡处理,保证电芯之间的电压差异尽可能小。目前,行业内已经根据电芯电压和电池荷电状态(SOC)提出了主动均衡和被动均衡两种电池平衡方法。


均衡对比

被动均衡技术通过耗散来自较高SOC电芯的能量来均衡各电芯SOC,并将具有类似SOC的所有电池公式化等效于最低级别电芯的SOC,我们也叫它耗散型均衡技术;主动均衡技术是将能量从较高SOC的电芯转移到SOC较低的电芯中,从而使每个电芯的SOC相等,我们叫它非耗散型均衡技术。下图是电池均衡技术的对比,我们从图中可以看出,被动均衡技术将使整个电池组的SOC=SOC 2,主动均衡技术将使整个电池组的SOC=((SOC 2+SOC 4)/2+(SOC 1+SOC 3)/2)/2。

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被动均衡技术

被动均衡技术在平衡电路中使用电阻器,电路将通过耗散较高电芯电压的能量来均衡每个电芯的电压,并使得整个电池组达到与最低电芯电压等效的电池组电压。同时我们应注意,被动均衡技术仅在充电情况下奏效,因为被动均衡不能反向切换,反向切换只会导致电池组更加不平衡,从而违背均衡技术的初衷。被动均衡技术的拓扑如下图所示,图中V1到Vn为模组内串联的各节电芯的电压,Q1到Qn为各节电芯所对应的继电器,R1到Rn是每节电芯多对应的固定分流电阻。BMS通过受控的继电器将电阻器与每个串联连接的电芯并联,从而平衡每个电芯的电压,工作思路为,当电压传感器检测到电压不均衡时来确定应该分流哪个电阻,其中,电阻值将根据所需的平衡电流而确定。

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ATESS主动均衡技术—单变压器主动均衡法

上文中我们已经说到,主动均衡技术属于非耗散型均衡技术,它是将能量从较高的电芯转移到较低的电芯,直到所有电芯都平衡为止,同时,主动均衡技术可用于充电和放电双向操作,所以与被动均衡相比,这种平衡电路可以很高效地平衡电池组内的电芯。

ATESS所采用的主动均衡技术的拓扑电路如下图所示,图中V1到Vn为模组内串联的各节电芯的电压,Q1到Qn+1是半导体开关,D是二极管,S1是初级侧控制的半导体开关,T是整个电池组的变压器。此技术的工作策略为,整个电池组电流被切换S 1到变压器T,并且变压器的输出被整流并通过相应的半导体开关被传送到最低的电芯,因此,需要实时监测来选择目标单元和开关设备。

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ATESS主动均衡技术—工作模式与策略

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ATESS主动均衡功能框图



主动均衡待机状态

电池组静态时,BMU主动均衡模块会实时采集电池电压,同时模块内部已设有均衡开启条件,通过输出低电平关闭恒流电源模块,并关闭各路继电器。

主动均衡开启状态

当MCU检测到电池组满足均衡开启条件时,识别出电压最低的电芯,并控制对应电芯继电器,根据控奇或控偶的均衡策略来同时闭合三路继电器,BMU输出高电平使恒流电源模块工作给最低电压电芯恒流充电,判断一轮均衡周期为15S,开启均衡为12S,关闭均衡为3S。MCU实时计算平均电芯电压和最低节电芯的压差,并和电压范围做均衡判断,一个周期后如果有其它单体电芯满足开启均衡条件,MCU开启所相应的继电器通路并对其均衡充电。

主动均衡关闭状态

假如在下一个均衡周期(15S)内判断被均衡的最低单体电芯已经不满足均衡设置条件时,MCU也会提前关闭该电芯所对应的均衡电路继电器和均衡电源模块,重新判断是否还有其它满足均衡设置的单体电芯。如果最终判别没有,则关闭所有均衡电路和均衡电源模块,整个均衡系统将保持在待机状态。

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ATESS主动均衡工作策略


具体优势

1. 降低维护成本:不带主动均衡的电池系统,我们要求平均每3个月需要完成一次巡检维护,而带有主动均衡的系统,只需要一年完成一次巡检维护即可,减少维护人员配置,降低维护支出。

2. 更稳定可靠:带有主动均衡的BMS可以更快速和灵活的管理系统内的每一个电芯,确保电芯电压一致性,从而可以使电池系统可以达到最佳的充放电性能,电芯电压一致性一旦有了保障,那么带载的能力也会有很大的提升。

3. 更强的负载环境适应性:不带主动均衡的电池系统,电芯电压一致性相对较差,那就意味着原本可以带的负载,却因为较弱的电芯无法满足放电性能,从而导致电池系统的热失控而无法带载,带有主动均衡的电池系统可以很大程度上避免这种类似的安全隐患。我们不难看出主动均衡相较于被动均衡更灵活、动平衡速度更快。虽然主动均衡前期需要投入一定成本,但是ATESS在带有主动均衡技术的电池系统上,将给予客户十年质保(*特定测试条件下),并大大减少技术人员现场维护的成本。当然,主动均衡还有很多潜在的优势,可详询我们获取进一步信息。如果您有具体的项目,ATESS的技术方案人员将会根据项目的实际情况为您提供经济高效的、最适合您的储能系统方案。


总结

我们不难看出主动均衡相较于被动均衡更灵活、动平衡速度更快。虽然主动均衡前期需要投入一定成本,但是ATESS在带有主动均衡技术的电池系统上,将给予客户十年质保(*特定测试条件下),并大大减少技术人员现场维护的成本, 总的来说这笔投入是值得的。当然,主动均衡还有很多潜在的优势,可详询我们获取进一步信息。如果您有具体的项目,ATESS的技术方案人员将会根据项目的实际情况为您提供经济高效的、最适合您的储能系统方案。