De drielaagse architectuur van energieopslag-BMS: BAU, BCU, BMU

Hoofdcontrole

De Battery Array Management Unit (BAU)

Kenmerken

• Positie: Bevindt zich op het hoogste niveau van het volledige batterijsysteem, meestal als de kerncontroleeenheid van een energieopslaginstallatie.
• Kernverantwoordelijkheden: Omvattende monitoring, data-analyse, besluitvorming, foutbeheer, communicatiecoördinatie, datalogging en rapportage, veiligheidsbescherming, systeemzelftest en diagnose, en energiemanagement.
• Doel: Zorgt voor een veilige en efficiënte werking van het gehele systeem, optimaliseert energiegebruik, verlengt de levensduur van de batterijen en levert betrouwbare energie-output.

Belangrijkste verantwoordelijkheden

• Ontvangt data van alle onderliggende Battery Cluster Units (BCU’s) om de status van het volledige systeem te bewaken.
• Belangrijke parameters zoals spanning, stroom en temperatuur worden in real time gevolgd.De algehele prestaties van het batterijsysteem worden geëvalueerd op basis van deze data.

• Analyseert verzamelde data om potentiële problemen en optimalisatiepunten te identificeren.
• Berekening en bijwerken van parameters zoals de laadstatus (SOC) en de gezondheidsstatus (SOH).
• Toepassing van algoritmen om de resterende levensduur en prestatietrends te voorspellen.

• Ontwikkelt laad- en ontlaadstrategieën op basis van analyses om energie-efficiëntie te optimaliseren.
• Bepaalt onderhoudsmomenten en past bedrijfscondities van de batterijen aan om de levensduur te verlengen.

• Verzamelt en classificeert foutinformatie vanuit de BCU’s en stelt prioriteiten.
• Levert foutdiagnoserapporten en doet aanbevelingen voor onderhoudsmaatregelen.
• Activeert in noodgevallen beschermingsmechanismen, zoals het loskoppelen van het batterijpakket van de belasting.

• Wisselt informatie uit met externe apparaten (zoals PCS – Power Conversion System en EMS – Energy Management System) via Ethernet of andere protocollen.
• Rapporteert de bedrijfsstatus van de batterij-array aan hogere niveaus.
• Ontvangt instructies van hogere systemen en geeft deze door aan de BCU’s voor uitvoering.

• Registreert bedrijfsgegevens van het systeem en maakt logbestanden.
• Stelt periodieke rapporten op ter ondersteuning van verdere analyses en onderhoud.

• Voert gelaagde veiligheidsmaatregelen uit om situaties zoals overladen, te diepe ontlading of oververhitting te voorkomen.
• Bij detectie van een gevaarlijke situatie worden onmiddellijk beschermingsacties ondernomen.

• Voert regelmatig zelftesten uit om te controleren of alle componenten correct functioneren.
• Spoort potentiële systeemproblemen op en stelt oplossingen voor.

• Integreert SOC/SOH-informatie op systeemniveau voor energiebeheer en optimalisatie van planning.
• Werkt samen met de EMS om energiedistributie te optimaliseren en de totale efficiëntie te verbeteren.

Hoofdcontrole

De Battery Cluster Unit (BCU)

Kenmerken

• Positie: Bevindt zich in het midden van het batterijsysteem, tussen de Battery Management Unit (BMU) en de Battery Array Management Unit (BAU).
• Belangrijkste verantwoordelijkheden: Gegevensverwerving en -verwerking, geavanceerde controle, foutdiagnose, veiligheid en bescherming, communicatie-interfaces, toestandsbeoordeling, thermisch beheer, energiebeheer en contactorbesturing.
• Doel: Zorgt voor een veilige en efficiënte werking van het batterijcluster, optimaliseert het energiegebruik, verlengt de levensduur van de batterij en levert betrouwbare stroomoutput.

Belangrijkste verantwoordelijkheden

• Ontvangt individuele batterijgegevens, zoals spanning, stroom en temperatuur, van de onderliggende Battery Management Units (BMU’s).
• Voert voorlopige verwerking en integratie van deze gegevens uit om algemene statusinformatie van het batterijcluster te genereren.

• Voert complexere regelstrategieën uit op basis van deze gegevens, zoals het aanpassen van laad- en ontlaadstroom en -spanning.
• Implementeert balanceringsbeheer om consistentie tussen batterijmodules binnen het batterijcluster te waarborgen en overladen of te diep ontladen van afzonderlijke cellen te voorkomen.

• Maakt gebruik van geavanceerdere algoritmen voor foutdetectie en -diagnose, waarbij potentiële problemen worden geïdentificeerd.
• Wanneer een afwijking wordt gedetecteerd, worden maatregelen genomen om de defecte batterijmodule te isoleren en te voorkomen dat het probleem zich verspreidt.

• Bewaakt de isolatieweerstand van het batterijcluster om elektrische veiligheid te waarborgen.
• In geval van abnormale omstandigheden zoals overspanning, onderspanning en overtemperatuur wordt het circuit onmiddellijk losgekoppeld om de batterij tegen schade te beschermen.

• Communiceert met de hogere Battery Array Management Unit (BAU) en andere BCU’s via standaard communicatieprotocollen (zoals CAN-bus of Ethernet).
• Uploadt statusinformatie van het batterijcluster naar de BAU en ontvangt besturingscommando’s van de BAU.

• Berekent en actualiseert statusparameters van het batterijcluster, zoals de laadstatus (SOC), en evalueert de algehele prestaties van het batterijcluster, waarbij beslissingsondersteuning wordt geboden voor hogere niveausystemen.

• Bewaakt de temperatuurverdeling van het batterijcluster om ervoor te zorgen dat de batterijen binnen het juiste temperatuurbereik werken.
• Stuurt het koel- of verwarmingssysteem aan om een optimale werkomgeving voor de batterijen te behouden.

• Optimaliseert de energiedistributie en het gebruik op basis van de status van het batterijcluster en externe eisen.
• Werkt samen met de Battery Array Unit (BAU) om optimale laad- en ontlaadstrategieën te ontwikkelen.

• Beheert de contactors binnen het batterijcluster om een correcte aansluiting en loskoppeling van het batterijpakket te waarborgen.
• Indien nodig kan het het batterijcluster loskoppelen van de belasting of de laadapparatuur om het volledige systeem te beschermen.

Slavebesturing

De Battery Module Unit (BMU)

Kenmerken

• Locatie: Bevindt zich op het laagste niveau van het batterijsysteem, rechtstreeks verbonden met afzonderlijke batterijommodules of cellen.
• Belangrijkste verantwoordelijkheden: Gegevensverwerving, balanceringsbeheer, thermisch beheer, afwijkingsdetectie en alarmering, communicatie-interface, toestandsinschatting, foutdiagnose, isolatiemonitoring en hardwarebescherming.
• Doel: Waarborgt de gezondheid van elke batterijcel, realiseert interne balans binnen het batterijpakket, voorkomt overladen, te diep ontladen, oververhitting en andere problemen, en levert nauwkeurige gegevensondersteuning aan de bovenliggende BCU, waardoor de veiligheid en betrouwbaarheid van het gehele batterijsysteem wordt verzekerd.

Belangrijkste verantwoordelijkheden

• Verzamelt kernparameters van individuele cellen, waaronder spanning, stroom en temperatuur.
• Deze gegevens zijn cruciaal voor de beoordeling van de batterijstatus en vormen de basis voor besluitvorming door de bovenliggende BCU en BAU.

• Balanceren tussen individuele cellen waarborgt consistentie tussen alle cellen binnen het batterijpakket.
• Door gebruik te maken van actieve balanceringstechnieken (zoals energietransferbalancering) worden SOC-verschillen tussen cellen gecompenseerd, waardoor de prestaties en levensduur van het volledige batterijpakket verbeteren.

• Bewaakt en regelt de temperatuur rond de batterij om ervoor te zorgen dat deze binnen een veilig werkbereik blijft.
• Het behouden van de optimale bedrijfstemperatuur van de batterij via verwarmings- of koelsystemen verlengt de levensduur van de batterij en verbetert de efficiëntie.

• Detecteert abnormale omstandigheden in individuele cellen, zoals overspanning, onderspanning en overtemperatuur.
• Wanneer een afwijking wordt gedetecteerd, wordt onmiddellijk een alarm naar de BCU gestuurd zodat de noodzakelijke beschermingsmaatregelen kunnen worden genomen.

• Wisselt gegevens uit met de bovenliggende BCU via de CAN-bus of andere communicatieprotocollen.
• Uploadt verzamelde gegevens naar de BCU en ontvangt commando’s van deze.

• Berekent de laadstatus (SOC) en de gezondheidsstatus (SOH) van individuele cellen.
• Deze sleutelindicatoren helpen bij het beoordelen van de huidige toestand en de resterende levensduur van de batterij.

• Voert een voorlopige foutdiagnose van afzonderlijke batterijen uit en identificeert mogelijke problemen.
• Levert gedetailleerde foutinformatie om hogere niveaus van probleemoplossing te ondersteunen.

• Bewaakt de isolatieweerstand van batterijen en hun verbindingslijnen om elektrische veiligheid te waarborgen.
• Rapporteert onmiddellijk eventuele isolatiegebreken om gevaarlijke situaties, zoals kortsluiting, te vermijden.

• Stuurt contactors en andere hardwarecomponenten binnen de batterijommodule aan om een veilige werking van de batterij te garanderen.
• Koppelt de batterij los van externe circuits wanneer dat nodig is om verdere schade te voorkomen.