Các loại kiến trúc BMS khác nhau: tập trung, mô-đun và phân tán

Vào thời điểm mà ngành công nghiệp năng lượng mới đang bùng nổ, hệ thống quản lý pin (BMS) là thành phần cốt lõi của hệ thống pin,và thiết kế kiến trúc của nó đóng một vai trò quan trọng trong hiệu suấtHiện nay, kiến trúc BMS chủ yếu được chia thành ba loại: tập trung, mô-đun và phân tán.Mỗi kiến trúc có đặc điểm độc đáo của riêng mình và các kịch bản áp dụngNhững điều sau đây sẽ được thảo luận chi tiết.

Kiến trúc BMS tập trung

Định nghĩa và cấu trúc

Một BMS tập trung là tập trung tất cả các chức năng điều khiển và quản lý trong một đơn vị điều khiển chính, và thường một bảng điều khiển chính giám sát và quản lý toàn bộ bộ pin.Đơn vị điều khiển chính kết nối mỗi pin pin thông qua đường thu thập, thu thập điện áp, nhiệt độ và các dữ liệu khác, và thực hiện quản lý và bảo vệ cân bằng theo chiến lược điều khiển được đặt trước.

Ưu điểm

• Cấu trúc đơn giản và chi phí thấp:Tất cả các chức năng được tập trung trong một bộ điều khiển, thiết kế phần cứng đơn giản và chi phí sản xuất thấp. Nó phù hợp với các hệ thống pin nhỏ và đơn giản, chẳng hạn như công cụ điện, nhà thông minh,xe đạp điện, vv
• Dễ bảo trì và nâng cấp:chỉ cần một đơn vị điều khiển chính, bảo trì và nâng cấp thuận tiện hơn.
• Bộ dữ liệu, dễ phân tích:Tất cả dữ liệu pin được xử lý trong một bộ điều khiển, giúp dễ dàng tiến hành phân tích và ra quyết định thống nhất.

Nhược điểm

• Độ tin cậy thấp:Nguy cơ thất bại ở một điểm là cao. Nếu đơn vị điều khiển chính thất bại, toàn bộ hệ thống có thể bị tắt.
• Đường truyền thông phức tạp:Có nhiều đường truyền thông trong BMS tập trung, dễ bị nhiễu và truyền tín hiệu không ổn định.
• Khả năng mở rộng kém:Không phù hợp với các ứng dụng có dung lượng lớn hoặc bộ pin quy mô lớn.

Kiến trúc BMS phân tán

Định nghĩa và cấu trúc

Một BMS phân tán phân phối các chức năng điều khiển và quản lý vào nhiều bộ điều khiển, mỗi bộ điều khiển chịu trách nhiệm quản lý một hoặc nhiều pin.Đơn vị điều khiển chính chịu trách nhiệm phối hợp hoạt động của mỗi đơn vị điều khiển nô lệ để tạo thành một kiến trúc quản lý phân tán.

Ưu điểm

• Độ tin cậy cao:Trong một cấu trúc phân tán, một lỗi bộ điều khiển sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động của toàn bộ hệ thống, và nguy cơ lỗi ở một điểm là thấp.Nó phù hợp với các kịch bản như xe điện lớn, xe hybrid, xe pin nhiên liệu và hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn đòi hỏi các yêu cầu độ tin cậy cao.
• Đường liên lạc đơn giản:tải truyền thông được phân phối và có khả năng chống nhiễu mạnh.
• Khả năng mở rộng tốt:Thích hợp cho các bộ pin công suất lớn, các tế bào pin có thể được tăng hoặc giảm theo nhu cầu.

Thất bại

• Cấu trúc phức tạp và chi phí cao:Mỗi tế bào pin đòi hỏi các mô-đun giám sát và điều khiển độc lập, và thiết kế phần cứng và phần mềm phức tạp và chi phí cao.
• Bảo trì và nâng cấp là khó khăn:Trong một cấu trúc phân tán, bảo trì và nâng cấp của mỗi bộ điều khiển đòi hỏi hỗ trợ kỹ thuật cao hơn.
  Dữ liệu được phân phối và khó phân tích: dữ liệu được phân phối trong nhiều bộ điều khiển và cần có giao thức giao tiếp thống nhất và thuật toán xử lý dữ liệu.

Kiến trúc BMS mô-đun

Định nghĩa và cấu trúc

BMS mô-đun là một giải pháp giữa tập trung và phân tán. Nó chia gói pin thành nhiều mô-đun, mỗi mô-đun có quản lý tập trung bên trong,trong khi các mô-đun với kiến trúc phân tán cho giao tiếp và phối hợp.

Ưu điểm

• Độ linh hoạt cao:Thiết kế mô-đun có thể điều chỉnh linh hoạt số lượng và chức năng của các mô-đun theo yêu cầu và phù hợp với các gói pin vừa và lớn,đặc biệt là các kịch bản đòi hỏi tính linh hoạt và khả năng mở rộng, chẳng hạn như xe hybrid, hệ thống lưu trữ năng lượng lưới và các ứng dụng lưới thông minh.
• Khả năng mở rộng mạnh mẽ:hỗ trợ việc mở rộng các gói pin công suất lớn trong khi duy trì hiệu quả chi phí nhất định.
  Dễ bảo trì: Mỗi mô-đun hoạt động độc lập và có thể được xử lý riêng biệt trong quá trình bảo trì và nâng cấp mà không ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống.

Nhược điểm

• Cấu trúc tương đối phức tạp:BMS mô-đun kết hợp các đặc điểm của tập trung và phân tán, và thiết kế phần cứng và phần mềm tương đối phức tạp.
• Chi phí cao hơn:Mặc dù chi phí thấp hơn so với BMS phân tán, nhưng nó vẫn cao hơn so với BMS tập trung.
  Điều phối truyền thông là khó khăn: truyền thông và điều phối giữa các mô-đun đòi hỏi hỗ trợ giao thức hiệu quả, nếu không nó có thể ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống.

So sánh ba kiến trúc

Tóm lại và đề xuất lựa chọn

Khi chọn kiến trúc BMS, người dùng cần cân nhắc các kịch bản và nhu cầu ứng dụng cụ thể:

• BMS tập trung:Thích hợp cho các hệ thống pin nhỏ, đơn giản như công cụ điện, nhà thông minh, xe đạp điện và hệ thống lưu trữ năng lượng nhỏ, chi phí thấp và dễ bảo trì.
• BMS phân phối:Thích hợp cho các hệ thống pin lớn và phức tạp, chẳng hạn như xe điện lớn, xe hybrid, xe pin nhiên liệu và hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn,cung cấp độ tin cậy và khả năng mở rộng cao hơn, nhưng với chi phí cao hơn.
• BMS mô-đun:xem xét các ưu điểm và nhược điểm của tập trung và phân tán, và phù hợp với các gói pin vừa và lớn cần linh hoạt và có khả năng mở rộng,chẳng hạn như xe hybrid, hệ thống lưu trữ năng lượng lưới và các ứng dụng lưới thông minh.

Trong tương lai, với sự phát triển liên tục của công nghệ năng lượng mới, các hình thức kiến trúc của BMS cũng sẽ đa dạng hơn để đáp ứng nhu cầu của các kịch bản khác nhau.