簡(jiǎn)要分析儲(chǔ)能電池BMS和動(dòng)力電池BMS2021-08-07 08:07
1大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景
新能源電站，風(fēng)力發(fā)電或者太陽(yáng)能發(fā)電站，為了實(shí)現(xiàn)平抑輸出功率波動(dòng)的目的，越來(lái)越多的發(fā)電廠開始配備儲(chǔ)能系統(tǒng)。
獨(dú)立儲(chǔ)能電站，隨著電力制度改革逐漸進(jìn)入人們的視野，以倒賣電力為生的獨(dú)立儲(chǔ)能電站逐漸出現(xiàn)。
微電網(wǎng)，系統(tǒng)內(nèi)部包含分布式電源，用電負(fù)荷，儲(chǔ)能系統(tǒng)和電網(wǎng)管理系統(tǒng)的一個(gè)小型供配電網(wǎng)絡(luò)。為了確保負(fù)荷的用電連續(xù)性和穩(wěn)定性，每個(gè)微電網(wǎng)都會(huì)配備儲(chǔ)能系統(tǒng)。
2儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)(ESBMS)與動(dòng)力電池管理系統(tǒng)(BMS)的不同之處
儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)，與動(dòng)力電池管理系統(tǒng)非常類似。但動(dòng)力電池系統(tǒng)處于高速運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)汽車上，對(duì)電池的功率響應(yīng)速度和功率特性、SOC估算精度、狀態(tài)參數(shù)計(jì)算數(shù)量，都有更高的要求。
儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)模極大，集中式電池管理系統(tǒng)與儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)差異明顯，這里只拿動(dòng)力電池分布式電池管理系統(tǒng)與其對(duì)比。
2.1電池及其管理系統(tǒng)在各自系統(tǒng)里的位置有所不同
在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，儲(chǔ)能電池在高壓上只與儲(chǔ)能變流器發(fā)生交互，變流器從交流電網(wǎng)取電，給電池組充電;或者電池組給變流器供電，電能通過(guò)變流器轉(zhuǎn)換成交流發(fā)送到交流電網(wǎng)上去。
儲(chǔ)能系統(tǒng)的通訊，電池管理系統(tǒng)主要與變流器和儲(chǔ)能電站調(diào)度系統(tǒng)有信息交互關(guān)系。一方面，電池管理系統(tǒng)給變流器發(fā)送重要狀態(tài)信息，確定高壓電力交互情況;另一方面，電池管理系統(tǒng)給儲(chǔ)能電站的調(diào)度系統(tǒng)PCS發(fā)送最全面的監(jiān)測(cè)信息。如下圖所示。
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儲(chǔ)能系統(tǒng)基本拓?fù)?br />
電動(dòng)汽車的BMS，在高壓上，與電動(dòng)機(jī)和充電機(jī)都有能量交換關(guān)系;在通訊方面，與充電機(jī)在充電過(guò)程中有信息交互，在全部應(yīng)用過(guò)程中，與整車控制器有最為詳盡的信息交互。如下圖所示。
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電動(dòng)汽車電氣拓?fù)?br />
2.2硬件邏輯結(jié)構(gòu)不同
儲(chǔ)能管理系統(tǒng)，硬件一般采用兩層或者三層的模式，規(guī)模比較大的傾向于三層管理系統(tǒng)，如下圖所示。
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三層儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)框圖
動(dòng)力電池管理系統(tǒng)，只有一層集中式或者兩分布式，基本不會(huì)出現(xiàn)三層的情況。小型車主要應(yīng)用一層集中式電池管理系統(tǒng)。兩層的分布式動(dòng)力電池管理系統(tǒng)，如下圖所示。
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分布式電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)框圖
從功能看，儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)第一層和第二層模塊基本等同于動(dòng)力電池的第一層采集模塊和第二層主控模塊。儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)的第三層，則是在此基礎(chǔ)上增加的一層，用以應(yīng)對(duì)儲(chǔ)能電池巨大的規(guī)模。
打一個(gè)不是那么恰當(dāng)?shù)谋确?。一個(gè)管理者的最佳下屬數(shù)量是7個(gè)人，如果這個(gè)部門一直擴(kuò)張，出現(xiàn)了49個(gè)人，那么只好7個(gè)人選一個(gè)組長(zhǎng)，再任命一個(gè)經(jīng)理管理這7個(gè)組長(zhǎng)。超越個(gè)人能力，管理容易出現(xiàn)混亂。
映射到儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)上，這個(gè)管理能力就是芯片的計(jì)算能力和軟件程序的復(fù)雜度。
2.3通訊協(xié)議有區(qū)別
儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)與內(nèi)部的通訊基本都采用CAN協(xié)議，但其與外部通訊，外部主要指儲(chǔ)能電站調(diào)度系統(tǒng)PCS，往往采用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議格式TCP/IP協(xié)議。
動(dòng)力電池，所在的電動(dòng)汽車大環(huán)境都采用CAN協(xié)議，只是按照電池包內(nèi)部組件之間使用內(nèi)部CAN，電池包與整車之間使用整車CAN做區(qū)分。
2.4儲(chǔ)能電站采用的電芯種類不同，則管理系統(tǒng)參數(shù)區(qū)別較大
儲(chǔ)能電站出于安全性及經(jīng)濟(jì)性考慮，選擇鋰電池的時(shí)候，往往選用磷酸鐵鋰，更有的儲(chǔ)能電站使用鉛酸電池、鉛碳電池。而電動(dòng)汽車目前的主流電池類型是磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。
電池類型的不同，其外部特性區(qū)別巨大，電池模型完全不可以通用。而電池管理系統(tǒng)與電芯參數(shù)必須是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。不同廠家出品的同一種類型的電芯，其詳細(xì)參數(shù)設(shè)置也不會(huì)相同。
2.5閾值設(shè)置傾向不同
儲(chǔ)能電站，空間比較富裕，可以容納較多的電池，但某些電站地處偏遠(yuǎn)，運(yùn)輸不便，電池的大規(guī)模更換，是比較困難的事情。儲(chǔ)能電站對(duì)電芯的期望是壽命長(zhǎng)，不要出故障。基于此，其工作電流上限值會(huì)設(shè)置的比較低，不讓電芯滿負(fù)荷工作。對(duì)于電芯的能量特性和功率特性要求都不需要特別高。主要看性價(jià)比。
動(dòng)力電池則不同，在車輛有限的空間內(nèi)，好不容易裝下的電池，希望把它的能力發(fā)揮到極致。因此，系統(tǒng)參數(shù)都會(huì)參照電池的極限參數(shù)，這樣的應(yīng)用條件對(duì)電池是惡劣的。
2.6兩者要求計(jì)算的狀態(tài)參數(shù)數(shù)量不同
SOC是兩者都需要計(jì)算的狀態(tài)參數(shù)。但直到今天，儲(chǔ)能系統(tǒng)并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一要求，儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)到底必須哪些狀態(tài)參數(shù)計(jì)算能力。再加上，儲(chǔ)能電池的應(yīng)用環(huán)境，空間相對(duì)充裕，環(huán)境穩(wěn)定，小偏差在大系統(tǒng)里不易被人感知。因此，儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)的計(jì)算能力要求相對(duì)低于動(dòng)力電池管理系統(tǒng)，相應(yīng)的單串電池管理成本也沒(méi)有動(dòng)力電池高。
2.7儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)應(yīng)用被動(dòng)均衡條件比較好
儲(chǔ)能電站對(duì)管理系統(tǒng)均衡能力的要求非常迫切。儲(chǔ)能電池模組的規(guī)模比較大，多串電池串聯(lián)，較大的單體電壓差將造成整個(gè)箱體的容量下降，串聯(lián)電池越多，其損失的容量越多。從經(jīng)濟(jì)效率角度考慮，儲(chǔ)能電站很需要充分的均衡。
又由于在充裕的空間和良好的散熱條件下，被動(dòng)均衡能夠更好的發(fā)揮效力，采用比較大的均衡電流，也不必?fù)?dān)心溫升過(guò)高問(wèn)題。低價(jià)的被動(dòng)均衡，可以在儲(chǔ)能電站大展拳腳。
新能源電站，風(fēng)力發(fā)電或者太陽(yáng)能發(fā)電站，為了實(shí)現(xiàn)平抑輸出功率波動(dòng)的目的，越來(lái)越多的發(fā)電廠開始配備儲(chǔ)能系統(tǒng)。
獨(dú)立儲(chǔ)能電站，隨著電力制度改革逐漸進(jìn)入人們的視野，以倒賣電力為生的獨(dú)立儲(chǔ)能電站逐漸出現(xiàn)。
微電網(wǎng)，系統(tǒng)內(nèi)部包含分布式電源，用電負(fù)荷，儲(chǔ)能系統(tǒng)和電網(wǎng)管理系統(tǒng)的一個(gè)小型供配電網(wǎng)絡(luò)。為了確保負(fù)荷的用電連續(xù)性和穩(wěn)定性，每個(gè)微電網(wǎng)都會(huì)配備儲(chǔ)能系統(tǒng)。
2儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)(ESBMS)與動(dòng)力電池管理系統(tǒng)(BMS)的不同之處
儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)，與動(dòng)力電池管理系統(tǒng)非常類似。但動(dòng)力電池系統(tǒng)處于高速運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)汽車上，對(duì)電池的功率響應(yīng)速度和功率特性、SOC估算精度、狀態(tài)參數(shù)計(jì)算數(shù)量，都有更高的要求。
儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)模極大，集中式電池管理系統(tǒng)與儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)差異明顯，這里只拿動(dòng)力電池分布式電池管理系統(tǒng)與其對(duì)比。
2.1電池及其管理系統(tǒng)在各自系統(tǒng)里的位置有所不同
在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，儲(chǔ)能電池在高壓上只與儲(chǔ)能變流器發(fā)生交互，變流器從交流電網(wǎng)取電，給電池組充電;或者電池組給變流器供電，電能通過(guò)變流器轉(zhuǎn)換成交流發(fā)送到交流電網(wǎng)上去。
儲(chǔ)能系統(tǒng)的通訊，電池管理系統(tǒng)主要與變流器和儲(chǔ)能電站調(diào)度系統(tǒng)有信息交互關(guān)系。一方面，電池管理系統(tǒng)給變流器發(fā)送重要狀態(tài)信息，確定高壓電力交互情況;另一方面，電池管理系統(tǒng)給儲(chǔ)能電站的調(diào)度系統(tǒng)PCS發(fā)送最全面的監(jiān)測(cè)信息。如下圖所示。
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儲(chǔ)能系統(tǒng)基本拓?fù)?br />
電動(dòng)汽車的BMS，在高壓上，與電動(dòng)機(jī)和充電機(jī)都有能量交換關(guān)系;在通訊方面，與充電機(jī)在充電過(guò)程中有信息交互，在全部應(yīng)用過(guò)程中，與整車控制器有最為詳盡的信息交互。如下圖所示。
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電動(dòng)汽車電氣拓?fù)?br />
2.2硬件邏輯結(jié)構(gòu)不同
儲(chǔ)能管理系統(tǒng)，硬件一般采用兩層或者三層的模式，規(guī)模比較大的傾向于三層管理系統(tǒng)，如下圖所示。
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三層儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)框圖
動(dòng)力電池管理系統(tǒng)，只有一層集中式或者兩分布式，基本不會(huì)出現(xiàn)三層的情況。小型車主要應(yīng)用一層集中式電池管理系統(tǒng)。兩層的分布式動(dòng)力電池管理系統(tǒng)，如下圖所示。
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分布式電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)框圖
從功能看，儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)第一層和第二層模塊基本等同于動(dòng)力電池的第一層采集模塊和第二層主控模塊。儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)的第三層，則是在此基礎(chǔ)上增加的一層，用以應(yīng)對(duì)儲(chǔ)能電池巨大的規(guī)模。
打一個(gè)不是那么恰當(dāng)?shù)谋确?。一個(gè)管理者的最佳下屬數(shù)量是7個(gè)人，如果這個(gè)部門一直擴(kuò)張，出現(xiàn)了49個(gè)人，那么只好7個(gè)人選一個(gè)組長(zhǎng)，再任命一個(gè)經(jīng)理管理這7個(gè)組長(zhǎng)。超越個(gè)人能力，管理容易出現(xiàn)混亂。
映射到儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)上，這個(gè)管理能力就是芯片的計(jì)算能力和軟件程序的復(fù)雜度。
2.3通訊協(xié)議有區(qū)別
儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)與內(nèi)部的通訊基本都采用CAN協(xié)議，但其與外部通訊，外部主要指儲(chǔ)能電站調(diào)度系統(tǒng)PCS，往往采用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議格式TCP/IP協(xié)議。
動(dòng)力電池，所在的電動(dòng)汽車大環(huán)境都采用CAN協(xié)議，只是按照電池包內(nèi)部組件之間使用內(nèi)部CAN，電池包與整車之間使用整車CAN做區(qū)分。
2.4儲(chǔ)能電站采用的電芯種類不同，則管理系統(tǒng)參數(shù)區(qū)別較大
儲(chǔ)能電站出于安全性及經(jīng)濟(jì)性考慮，選擇鋰電池的時(shí)候，往往選用磷酸鐵鋰，更有的儲(chǔ)能電站使用鉛酸電池、鉛碳電池。而電動(dòng)汽車目前的主流電池類型是磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。
電池類型的不同，其外部特性區(qū)別巨大，電池模型完全不可以通用。而電池管理系統(tǒng)與電芯參數(shù)必須是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。不同廠家出品的同一種類型的電芯，其詳細(xì)參數(shù)設(shè)置也不會(huì)相同。
2.5閾值設(shè)置傾向不同
儲(chǔ)能電站，空間比較富裕，可以容納較多的電池，但某些電站地處偏遠(yuǎn)，運(yùn)輸不便，電池的大規(guī)模更換，是比較困難的事情。儲(chǔ)能電站對(duì)電芯的期望是壽命長(zhǎng)，不要出故障。基于此，其工作電流上限值會(huì)設(shè)置的比較低，不讓電芯滿負(fù)荷工作。對(duì)于電芯的能量特性和功率特性要求都不需要特別高。主要看性價(jià)比。
動(dòng)力電池則不同，在車輛有限的空間內(nèi)，好不容易裝下的電池，希望把它的能力發(fā)揮到極致。因此，系統(tǒng)參數(shù)都會(huì)參照電池的極限參數(shù)，這樣的應(yīng)用條件對(duì)電池是惡劣的。
2.6兩者要求計(jì)算的狀態(tài)參數(shù)數(shù)量不同
SOC是兩者都需要計(jì)算的狀態(tài)參數(shù)。但直到今天，儲(chǔ)能系統(tǒng)并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一要求，儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)到底必須哪些狀態(tài)參數(shù)計(jì)算能力。再加上，儲(chǔ)能電池的應(yīng)用環(huán)境，空間相對(duì)充裕，環(huán)境穩(wěn)定，小偏差在大系統(tǒng)里不易被人感知。因此，儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)的計(jì)算能力要求相對(duì)低于動(dòng)力電池管理系統(tǒng)，相應(yīng)的單串電池管理成本也沒(méi)有動(dòng)力電池高。
2.7儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)應(yīng)用被動(dòng)均衡條件比較好
儲(chǔ)能電站對(duì)管理系統(tǒng)均衡能力的要求非常迫切。儲(chǔ)能電池模組的規(guī)模比較大，多串電池串聯(lián)，較大的單體電壓差將造成整個(gè)箱體的容量下降，串聯(lián)電池越多，其損失的容量越多。從經(jīng)濟(jì)效率角度考慮，儲(chǔ)能電站很需要充分的均衡。
又由于在充裕的空間和良好的散熱條件下，被動(dòng)均衡能夠更好的發(fā)揮效力，采用比較大的均衡電流，也不必?fù)?dān)心溫升過(guò)高問(wèn)題。低價(jià)的被動(dòng)均衡，可以在儲(chǔ)能電站大展拳腳。
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