Большинству систем и решений, работающих от аккумулятора, требуется BMS, чтобы обеспечить безопасную и длительную работу батареи, в том числе и за счет правильных расчетов SoC и SoH.
Далее пойдет речь о методах оценки SoC и SoH, которые мы использовали при разработке аккумуляторных систем хранения энергии (BESS). Однако эти методы могут подойти и вашей системе, независимо от размера и сложности BMS.
BESS – это решение для электрохимического хранения энергии, в основе которого лежит аккумуляторная батарея. Система может либо накапливать, либо подавать энергию, заряжая и разряжая аккумулятор в нужное время. Ранее мы подробно рассказывали об аккумуляторных решениях хранения энергии, их применении и нюансах, на которые стоит обратить внимание при покупке готовой BESS или разработке индивидуальной системы.
Система управления аккумуляторами (BMS) выполняет одновременно и надзорную, и охранную функции – отслеживает и контролирует состояние ячеек аккумулятора и защищает их от любой потенциальной угрозы.
Создание BMS – процесс многогранный и творческий: необходимо спроектировать набор подсистем на аппаратном и программном уровнях. В нашем блоге мы ранее подробно описывали функционал BMS и его программные реализации.
Первое, что стоит учесть при разработке BMS, – это тип аккумуляторов, которые будут использоваться в BESS. Аккумуляторные решения для хранения энергии могут использовать следующие виды батарей:
- Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные;
- Свинцово-кислотные;
- Никель-кадмиевые;
- Натрий-серные;
- Цинк-бромные.
Типы аккумуляторов отличаются различным составом источников электрохимической реакции, и каждый из них имеет свои особенности и характеристики. Лучше всего выбирать батарею, исходя из характеристик и условий эксплуатации конкретной системы хранения энергии. Так, например, химический состав аккумуляторов имеет разную устойчивость к температурам. Литий-ионные аккумуляторы уязвимы к температурным перепадам – их диапазон для корректной работы от 10 °C до 40 °C. Подробнее о различных аккумуляторных технологиях, их достоинствах и недостатках можно узнать в нашем блоге.
Аккумуляторные батареи можно заряжать и разряжать многократно благодаря обратимым электрохимическим реакциям, которые могут снова и снова восстанавливать электрический заряд батареи. Для разных типов аккумуляторов есть свои рекомендации по зарядке.
Например, литий-ионные батареи лучше заряжать даже после незначительного разряда (скажем, 30% емкости) и избегать полного разряда или близкого к этому состояния, так как это может привести к выходу аккумулятора из строя. Никель-металлогидридные (Ni-MH) аккумуляторы можно заряжать при любом уровне емкости, но они требуют регулярной подзарядки, если не используются в течение длительного времени. Свинцово-кислотные аккумуляторы необходимо хранить полностью заряженными, иначе они заполняются сульфатом свинца – сульфатируются – и теряют свою емкость.
Требования к зарядке/разрядке включают в себя ограничения по напряжению, силе тока и температуре. Выход за эти пределы может привести к повреждению аккумулятора. В одном из наших проектов по разработке BESS мы реализовали специальные алгоритмы управления батареями, которые контролируют вышеуказанные параметры. BMS автоматически прекращает зарядку аккумуляторов и предупреждает пользователей о выходе показателя за пределы разрешенного диапазона.