Настройка

Параметры АКБ

Cell defaults

Для изменения параметров ячеек по умолчанию необходимо выбрать меню «Cells → Cell defaults»:

В данном разделе:

• Capacity – номинальная ёмкость ячеек, А×ч;
• Resistance – номинальное сопротивление ячейки, Ом;
• Relax time (after charging) – время релаксации ячейки после заряда, с;
• Relax time (atfer discharging) – время релаксации ячейки после разряда, с;
• Cycles – количество циклов заряда-разряда, вещественное число (под одним циклом понимается разряд и заряд батареи на 80%);
• Maximum SOH – максимально возможный SOH, %;
• Reset battery cycles – команда сброса количества циклов заряда-разряда;
• Reset cells parameters (SOC, capacity, resistance) – команда сброса степени заряда, ёмкости и сопротивления ячеек.

Величины Capacity (ёмкости), Resistance (сопротивления), Cycles (циклов заряда-разряда) используются для расчёта степени заряда ячеек и АКБ (SOC).

Величины Relax time (времени релаксации) используются для определения состоянии АКБ. Если АКБ находится в состоянии релаксации, то система пересчитывает напряжение на ячейках в степень заряда АКБ (SOC).

Команда Reset cells parameters (сброс степени заряда и сопротивления) используется при пуско-наладочных работах при условии, что АКБ находится в состоянии релаксации.

SOC estimation

Плата BMS Main 2.x рассчитывает степень заряда АКБ (SOC) используя два алгоритма:

• по напряжению холостого хода;
• по напряжению и току.

Рекомендуется использовать алгоритм расчёта SOC по напряжению и току.

Для изменения параметров алгоритма расчёта степени заряда АКБ необходимо выбрать меню «Cells → SOC estimation»:

В данном разделе:

• Estimation algorithm – алгоритм расчёта SOC:
  • Voltage – по напряжению холостого хода;
  • Current and voltage (simplified) – по напряжению и току (упрощённый алгоритм, рекомендуется для ячеек LFP);
  • Current and voltage (enhanced) – по напряжению и току (улучшенный алгоритм, рекомендуется для ячеек NMC).
• Final SOC – способ расчёта итогового SOC АКБ:
  • Minimum cell SOC – SOC АКБ принимается равной минимальной SOC ячеек;
  • Average cell SOC – SOC АКБ принимается равно средней SOC ячеек;
  • Min-Max cell SOC – SOC АКБ рассчитывается исходя из минимального и максимального SOC среди ячеек;
• Scale the final SOC – масштабировать итоговый SOC АКБ;
• Internal SOC corresponding to 0% - значение SOC, принимаемое за 0%.
• Internal SOC corresponding to 100% - значение SOC, принимаемое за 100%.
• Uocv = Uocv(SOC, t°C) – зависимость напряжения холостого хода Uocv от SOC и температуры ячейки (подбирается под конкретные АКБ; может быть установлена экспериментально – см. Параметры алгоритма определения разрядной характеристики АКБ);
• Linear zone – линейная зона зависимости Uocv = Uocv(SOC, t°C):
  • Uocv _{[point 1]} – начальная точка линейной зоны;
  • Uocv _{[point 2]} – конечная точка линейной зоны;
• Temperature correction – зависимость ёмкости АКБ от температуры;
• Cycles correction – зависимость ёмкости АКБ от количества циклов заряда-разряда.

Алгоритм расчёта SOC по напряжению рассчитывает SOC ячеек исходя из табличной зависимости Uocv = Uocv(SOC, t°C).

Алгоритм расчёта SOC по напряжению и току (simplified) работает следующим образом:

• если I = 0, АКБ находится в состоянии релаксации и напряжение ячейки Uocv находится вне отрезка [Uocv _{[point 1]}; Uocv _{[point 2]}], то расчёт SOC на основе табличной зависимости Uocv = Uocv(SOC, t°C);
• в любых других случаях величина SOC пропорциональна заряду, прошедшему через АКБ (интеграл тока по времени).

Алгоритм расчёта SOC по напряжению и току (enhanced) отличается от упрощённого алгоритма (simplified) онлайн-коррекцией эффективной ёмкости. При использовании данного алгоритма необходима точная настройка табличной зависимости Uocv = Uocv(SOC, t°C).

Cell resistance estimation

Расчёт сопротивления ячеек выполняется двумя способами. Первый способ используется, когда АКБ переходит из состояния релаксации в состояние заряда или разряда, при этом величина сопротивления ячейки

R = (U-Uocv) / Iстаб,

где U – напряжение ячейки, измеренное в состоянии заряда или разряда, В; Uocv – напряжение ячейки, измеренное в состоянии релаксации (до перехода в состояние заряда или разряда); Iстаб – стабилизированный ток через ячейку в состоянии заряда или разряда.

Второй способ применяется при скачкообразном изменении тока через ячейку, при этом величина сопротивления ячейки:

R = (U₂-U₁) / (Iстаб₂-Iстаб₁) при условии, что |Iстаб₂-Iстаб₁| > 0,2×Qmax (Qmax – максимальная ёмкость ячейки),

где U₂ – напряжение на ячейке в момент протекания через неё стабилизированного тока Iстаб₂; U₁ – напряжение на ячейке в момент протекания через неё стабилизированного тока Iстаб₁.

Стабилизированный ток Iстаб = I, если в течение времени стабилизации мгновенное значение тока I находится в диапазоне от 0,95×I до 1,05×I.

Для изменения параметров алгоритма расчёта сопротивления ячеек необходимо выбрать меню «Cells → Cell resistance estimation»:

In this section:

• Current stabilization time, second;
• Maximum estimation period – maximum time between resistance measurements. If more time has elapsed since the last determination of the stabilized current Istable than is determined in this field, the resistance calculation is not performed, second;
• Maximum resistance factor – the coefficient of calculation of the maximum acceptable resistance of the cell;
• Minimum SOC – minimum cell SOC value for resistance calculation;
• Maximum SOC – maximum cell SOC value for resistance calculation.

The calculated resistance is accepted by the system as valid (and therefore updated) if its value is in the range from Resistance/2 to “Maximum resistance factor” × Resistance, where "Resistance" is the nominal resistance of the cell (see Cell defaults). If the calculated resistance value is greater than the value (Maximum resistance factor × Resistance), the updated resistance value will be equal to the value (Maximum resistance factor × Resistance).

Cell balancing

Плата BMS Main 2.x поддерживает два алгоритма балансировки ячеек:

• балансировку в пределах стека ячеек, подключенных к плате BMS Logic;
• балансировку в пределах всей АКБ (используется по умолчанию).

Балансировка в пределах стека ячеек выравнивает напряжение внутри группы ячеек, которые подключены к одной плате BMS Logic. Не рекомендуется использовать данный алгоритм в типовых схемах АКБ.

Балансировка в пределах всей АКБ приводит напряжение всех ячеек к напряжению ячейки, имеющей наименьший заряд.

Поддерживаются следующие правила балансировки:

• при заряде АКБ;
• при заряде АКБ или в случае, когда АКБ находится в состоянии релаксации;
• независимо от состояния АКБ.

К ячейке подключается балансировочный резистор если:

• напряжение на ячейке выше напряжения запуска балансировки;
• разница между напряжением на ячейке и минимальным напряжением среди ячеек АКБ больше порога старта балансировки. 

От ячейки отключается балансировочный резистор если:

• напряжение на ячейке ниже напряжения запуска балансировки;
• разница между напряжением на ячейке и минимальным напряжением среди ячеек АКБ меньше порога остановки балансировки. 

Если обнаружен перегрев платы BMS Logic, то балансировка ячеек, подключенных к данной плате, выполнятся не будет (см. Защита плат BMS Logic от высокой температуры).

Для изменения параметров балансировки ячеек необходимо выбрать меню «Cell → Cell balancing»:

В данном разделе:

• Enable – флаг разрешения балансировки;
• Algorithm – алгоритм балансировки:
  • Balancing stacks individually – балансировка в пределах стека ячеек, подключенных к плате BMS Logic;
  • Balancing the entire battery – балансировка в пределах всей АКБ;
• Constrain (rule) – правило балансировки:
  • Charging – при заряде АКБ (состояние Charging ON) и после отключения заряда (Charging OFF);
  • Charging or relaxed – при заряде АКБ (состояние Charging ON или Charging OFF) и в состоянии релаксации АКБ (Relaxed (after charging) или Relaxed (after discharging));
  • Always – всегда (независимо от состояния АКБ);
• Minimum cell voltage to start balancing – напряжение запуска балансировки, В;
• Deviation to start balancing – порог начала балансировки, В;
• Deviation to stop balancing – порог остановки балансировки, В;
• Start cell discharging – команда запуска принудительной балансировки всех ячеек АКБ (используется в сервисных целях);
• Stop cell discharging – команда останова принудительной балансировки всех ячеек АКБ (используется в сервисных целях).

Series balancing

Плата BMS Main 2.x поддерживает работу с двумя независимыми (гальванически не связанными) сериями ячеек. Для контроля состояния двух серий используются два датчика тока: основной и дополнительный (AUX). Серии ячеек должны быть эквивалентными: иметь одинаковое количество ячеек одной ёмкости.

Из-за того, что серии ячеек могут работать на разную нагрузку, их необходимо балансировать. Для этого в BMS Main 2.x предусмотрено два реле Balancing series 1 и Balancing series 2 (см. Настройка выходных дискретных сигналов и реле), а также комбинированный алгоритм, учитывающий как напряжение каждой серии, так и заряд, который эти серии отдали нагрузке. Реле Balancing series 1 и Balancing series 2 используются для подключения мощных балансировочных резисторов параллельно сериям 1 и 2 ячеек.

При заряде АКБ балансировка выполняется исходя из напряжения серий. К серии ячеек подключается балансировочный резистор если:

• напряжение серии выше напряжения запуска балансировки;
• разница между напряжением серии ячеек и минимальным напряжением среди серий АКБ больше порога балансировки. 

При разряде АКБ (работе на нагрузку) балансировка включается в том случае, если одна из серий отдала нагрузке заряд (А×ч), который больше на величину Qп заряда, отданного другой серией.

Для изменения параметров балансировки серий ячеек необходимо выбрать меню «Cell → Series balancing»:

В данном разделе:

• Enable – флаг разрешения балансировки;
• Number of BMS Logic boards in a series – количество плат BMS Logic на одну серию ячеек:
• Minimum series voltage to start balancing – напряжение запуска балансировки, В;
• Balancing threshold – порог балансировки, В;
• Coulomb threshold – разница зарядов Qп, отданных сериями ячеек, при превышении которой будет запущена балансировка, Ач;
• Period – период сброса счётчиков заряда на каждую серию (для исключения накопления ошибки), с.

Cell analysis

Разрядная характеристики АКБ – зависимость Uocv = Uocv(DOD) – используется для определения табличной зависимости Uocv = Uocv(SOC, t°C) (см. SOC estimation), которая необходима для расчёта степени заряда АКБ.

Плата BMS Main 2.x имеет возможность автоматически определить разрядную характеристику АКБ.

Перед запуском процесса определения разрядной характеристики необходимо подготовить BMS:

1. Полностью зарядить АКБ.
2. Подключить к реле разряда контактор, который коммутирует резистивную нагрузку к АКБ.
3. Подключить к контактору разряда резистивную нагрузку, которая обеспечит ток разряда 0,5C (где C – ёмкость ячейки).

Для настройки параметров определения разрядной характеристики АКБ необходимо выбрать меню «Cells → Cell analysis»:

В данном разделе:

• Enable – флаг запуска алгоритма;
• Discharge step – шаг разряда, А×ч;
• Delta voltage – величина падения напряжения на анализируемой ячейке, В;
• Logic index – адрес платы BMS Logic, к которой подключена анализируемая ячейка;
• Cell index – позиция анализируемой ячейки, подключённой к плате BMS Logic;
• Analyse cell with minimum voltage – флаг, при установке которого будут сохранятся параметры наименее заряженной ячейки (в этом случае значения Logic index и Cell index игнорируются).

Величину Discharge step рекомендуется устанавливать равной 

Discharge step = С/21,

где С – ёмкость ячейки.

Разрядная характеристика будет построена для заданной ячейки (её положение определяется полями Logic index и Cell index).

Алгоритм определения разрядной характеристики АКБ будет запущен если установить флаг Enable. С этого момента управление контактором разряда осуществляет данный алгоритм.

Шаги алгоритма:

1. Разряд DOD = 0.
2. Размыкание контактора разряда.
3. Ожидание релаксации АКБ.
4. Измерение Uocv = U.
5. Сохранение точки разрядной характеристики (Q, Uocv).
6. Замыкание контактора разряда. DOD₁ = DOD + Discharge step, U₁ = U
7. Если DOD = DOD₁ или U < U₁ - Delta voltage, то переход к п.2.
8. Если обнаружена ошибка «низкое напряжение», то конец алгоритма.

В ходе работы алгоритма на SD-карте будет создан файл с именем "CELLANALYSIS.TXT" в формате CSV (разделитель – символ табуляции).

Структура файла:

Названия параметров:

• Time – дата и время;
• DOD – глубина разряда, А×ч;
• Logic – адрес платы BMS Logic, к которой подключена анализируемая ячейка;
• Cell – позиция ячейки, для которой приводятся данные OCV и Resistance;
• OCV – напряжение Uocv ячейки, В;
• Resistance – сопротивление ячейки, Ом.

Charge current map

Плата BMS Main 2.x рассчитывает максимально допустимый ток заряда исходя из уровня заряда (SOC), температуры АКБ, температуры контакторов, напряжения и температуры ячеек.

Рассчитанные величины максимально допустимого тока заряда передаются внешнему оборудованию (например, зарядному устройству) по шине CAN. Внешнее оборудование, руководствуясь полученными значениями, обеспечивает корректный режим работы АКБ.

Для изменения параметров расчёта предельного тока заряда необходимо выбрать меню «Cell → Charge current map»:

В данном разделе:

• Enable – флаг разрешения расчёта величины предельного тока заряда;
• Maximum charging current – максимальное значение тока заряда при нормальных условиях;
• Limit charging current by the battery SOC and temperature – флаг включения коррекции максимального тока заряда Kcs в зависимости от степени заряда и температуры батареи;
• Limit charging current by the contactor temperature – флаг включения коррекции максимального тока заряда Kcc в зависимости от температуры контакторов;
• Limit charging current by the maximum cell voltage - флаг включения коррекции максимального тока заряда Kcv в зависимости от максимального напряжения ячеек;
• Limit charging current by the cell temperature - флаг включения коррекции максимального тока заряда Kct в зависимости от температуры ячеек;

Величина предельного тока заряда при текущем уровне заряда, температуре АКБ, температуре контакторов и максимального напряжения ячеек рассчитывается следующим образом:

Charging current limit = Maximum charging current × Kcs × Kcc × Kcv × Kct.

Discharge current map

Плата BMS Main 2.x рассчитывает максимально допустимый ток разряда и разряда исходя из уровня заряда (SOC), температуры АКБ, температуры контакторов, напряжения и температуры ячеек.

Рассчитанные величины максимально допустимого тока разряда передаются внешнему оборудованию (например, инвертору) по шине CAN. Внешнее оборудование, руководствуясь полученными значениями, обеспечивает корректный режим работы АКБ.

Для изменения параметров расчёта предельного тока заряда необходимо выбрать меню «Cell → Discharge current map»:

В данном разделе:

• Enable – флаг разрешения расчёта величины предельного тока разряда;
• Maximum discharging current – максимальное значение тока разряда при нормальных условиях:
• Limit discharging current by the battery SOC and temperature – флаг включения коррекции максимального тока разряда Kds в зависимости от степени заряда и температуры батареи;
• Limit discharging current by the contactor temperature – флаг включения коррекции максимального тока разряда Kdc в зависимости от температуры контакторов;
• Limit discharging current by the minimum cell voltage – флаг включения коррекции максимального тока разряда Kdv в зависимости от минимального напряжения ячеек;
• Limit discharging current by the cell temperature – флаг включения коррекции максимального тока разряда Kdt в зависимости от температуры ячеек;

Величина предельного тока разряда при текущем уровне заряда, температуре АКБ, температуре контакторов и минимального напряжения ячеек рассчитывается следующим образом:

Discharging current limit = Maximum discharging current × Kds × Kdc × Kdv × Kdt.

SOC correction

Плата BMS Main 2.x может пересчитывать степень заряда АКБ после длительного хранения или после длительной эксплуатации батареи в условиях частичного разряда и неполного заряда. Пересчёт выполняется на основе табличной зависимости Uocv = Uocv(SOC, t°C) (see SOC estimation).

Для изменения параметров алгоритма корректировки степени заряда АКБ необходимо выбрать меню «Cell → SOC correction»:

В данном разделе:

• Enable – флаг разрешения корректировки SOC;
• Shutdown period – время нахождения АКБ в выключенном состоянии, дни. Если в момент запуска BMS определяет, что до этого АКБ была отключена в течение времени Shutdown period, то BMS пересчитывает степень заряда АКБ на основе зависимости Uocv = Uocv(SOC, t°C);
• Correction period – период корректировки SOC, дни. Если с момента последней корректировки прошло время, равное Correction period, то BMS пересчитывает SOC на основе зависимости Uocv = Uocv(SOC, t°C) и изменяет степень заряда АКБ линейно за время SOC change time;
• SOC change time – длительность линейного изменения SOC до значения, рассчитанного на основе зависимости Uocv = Uocv(SOC, t°C), мин;
• Ignore the linear zone – флаг, выключающий расчет сопротивления ячейки, если её напряжение находится в линей