儲能用鋰電池模組與系統並聯設計簡介(下)

 

刊登日期:2019/10/5
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安全離線、自動復歸之並聯控制可行性測試與驗證
本章節將說明如何以48 V(14S1P)/3 Ah的小容量電池系統,藉由2支路並聯的架構,驗證上述安全離線、自動復歸的並聯控制可行性。圖八為帶開關控制之單支路電池系統,相當於圖五中的支路電池系統10/20/30任一組。圖八中的18650電池包相當於系統架構圖五中的任一支路電池組11/21/31,BMU監控板相當於BMS12/22/32,MOSFET開關控制板相當於開關13/23/33。本實驗將採用2支路並聯方式進行上述並聯控制策略的可行性驗證,確認2支路並聯可行後,才會往更多支路並聯進行驗證。將兩套48 V的支路電池系統輸出並聯後,實體圖如圖九所示,BMS01與BMS02代表支路1與支路2的量測數據。
 
圖八、帶開關控制之48 V支路電池系統(左圖);圖九、兩套BMS並聯之後的實體圖(右圖)
圖八、帶開關控制之48 V支路電池系統(左圖);圖九、兩套BMS並聯之後的實體圖(右圖)
 
在通訊線70部分,本實驗採用CAN的通訊介面,搭配通訊廣播協定可接收到各支路的電池電壓、電流、溫度等資訊,並藉此分析並聯控制的運作狀況是否符合預期。針對並聯控制的實驗,在CAN的通訊協定規劃配置如下:
①電壓廣播資訊:CAN-ID=10000H + BMS-ID
舉例來說,CAN- ID=1 0 0 0 1H表示BMS01的電壓資訊,CAN-ID=10002H表示BMS02的電壓資訊,其餘依此類推。
②電流廣播資訊:CAN-ID=14000H + BMS-ID
根據上述定義,圖十測試結果可看出CAN-ID=14001H表示BMS01的電流資訊,CAN-ID=14002H表示BMS02的電流資訊。分別為帶正負號的平均電流、充電電流與放電電流,以及各類開關與保護狀態。圖十顯示BMU01 (CAN-ID=0x14001)的平均電流為0.66 A(充電),BMU02 (CAN-ID=0x14002)的平均電流為-0.8 A(放電)。
 
1. 充電並聯控制實測結果(連線➞離線)
利用支路1電池組之溫度感測器浸泡熱水的方式,來模擬支路1電池發生過熱保護跳脫,測試充電狀態從並聯到跳脫的控制策略是否可行,達到安全離線之設定目標。以圖十一為例,兩組電池組初始為並聯充電,各自充電電流均為1.6 A,總電流約3.2 A。在時間段A~B之間,將電池組的溫度感測器開始浸泡熱水,模擬電池開始出現過熱狀況時,在時間點B開始BMS01(相當於支路1)通報即將啟動保護,以電源供應器模擬儲能系統中的能源轉換器,開始調降充電電流,此時匯流排的總電流從3.2 A調降到1.6 A,兩支路的充電電流各自分配到約0.8 A左右;經過30秒的緩衝時間後,BMS01在時間點C切斷輸出開關,可以發現此時BMS01的充電開關由1降為0,表示開關關閉,支路1的充電電流下降為0,同時BMS02(相當於支路2)的充電電流提高到1.6 A的充電,證實電池組的安全離線機制概念可行。
 
圖十一、並聯充電狀態下,模擬BMS01觸發過熱保護之充電並聯轉離線功能
圖十一、並聯充電狀態下,模擬BMS01觸發過熱保護之充電並聯轉離線功能
 
3. 充電並聯控制實測結果(離線➞充電連線復歸)
圖十三顯示當兩套系統開機後發現壓差過大時,則無法立即並聯,設定情境為能源轉換器可對電池組充電時,兩套支路電池系統的實測運作結果。基於前述以充電方式完成復歸的控制策略,須採用由低至高逐一並聯復歸的控制邏輯…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
作者:周俊宏、孫建中、陳麒化/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」394期,更多資料請見下方附檔。
 

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