电池管理系统(BMS)在储能中的应用.docx

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1、电池管理系统(BMS)在储能中的应用目录1.什么是电池管理系统(BMS)12 .电池管理系统的组成13 .电池管理系统的工作原理24 .储能BMS的主要功能35 .电池管理系统(BMS)硬件系统4?硬件系统的输入输出4?硬件系统的几个核心参数解释6?小结76 .电池管理系统在储能中的应用87 .小结81什么是电池管理系统(BMS)电池管理系统也叫BMSfBatteryManagementSystem),是为了智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。BMSfBatteryManagementSyStem)的中文名称为电池管理系统，也被称为电池

2、保姆或是电池的管家，主要用于监控和管理电池储能单元，是储能电池中不可或缺的重要组成部分。BMS主要采用三级架构，电池总控单元(SyStem),电池主控单元(MaSter),电池信息监测单元(S1aVe)。2 .电池管理系统的组成BMU+电流传感器+绝缘监测+BCUBMU是电池管理单元，负责采集电池的电流、电压、温度等相关数据并传输给BCU进行控制。BCU是制动控制单元，负责控制动力电池系统以及与其他控制单元进行信息交互。BMU：单体电压采集；温度节点采集；电池均衡电流传感器：实时电流采集绝缘监测：电池组总电压采集；绝缘电阻检测BCU：接收各种数据，并统计、计算和分析；计算SOC/F/H；控制风

3、扇或加热；与整车和充电机通讯BMS主要组成部分为硬件、软件以及通信网络。在硬件上，主要分为从控单元、主控单元和总控单元。在底层，主要为从控BMU,是单体电池管理层，主要作用是单体电压采集,温度节点采集以及电池均衡。由电池监控芯片及其附属电路构成，负责采集单体电池的各类信息计算分析电池的SOC（电池剩余容量）和SOH（电池健康状态），实现对单体电池的主动均衡，并将单体异常信息上传给主控。主控BCU是制动控制单元，负责控制动力电池系统以及与其他控制单元进行信息交互，也是电池组管理层。用于收集BMU上传的各种单体电池信息，采集电池组信息，计算分析电池组的SOC和SOH。最上层则是总控，是电池簇管理层

4、，负责系统内部的整体协调以及与EMS、PCS的外部信息交互，根据外部请求控制整个BMS系统的运行过程。在软件上，BMS主要包括操作系统、驱动程序、数据管理和控制策略等。操作系统负责整个系统的运行和任务调度。驱动程序是操作系统与硬件之间的接口，用于控制硬件的运行。数据管理负责对电池状态数据的采集、处理和存储。其中控制策略为整个BMS系统的核心，负责根据电池状态数据和其他输入信号来决定如何管理电池储能单元。通信网络则是实现BMS与其他设备或系统之间信息交互的关键。3 .电池管理系统的工作原理电池管理系统，是一种用于监控和管理电池状态的系统。它的主要功能是保证电池的安全可靠运行，并最大限度地延长电池

5、的使用寿命。其工作原理主要包括下面四项：1、监测：BMS会对电池的状态进行监测，包括电压、电流和温度等参数。这些参数的监测有助于了解电池的健康状态，以及电池的性能和安全性。2、保护：BMS通过过充、过放、短路等保护措施来对电池进行保护。当电池的电压或温度超出安全范围时，BMS会采取相应的保护措施，以避免电池受到损害或发生危险。3、均衡：BMS通过对电池组中不同单体的电压进行均衡，以防止因单体电压差异过大而导致电池寿命降低或出现其他问题。这种均衡有助于保持电池的一致性，延长电池组的使用寿命。4、通信：BMS通过与整车控制系统进行通信，实现对电池管理的远程监控和控制这种通信有助于整车管理系统更好地

6、协调和管理电池的运行状态。4 .储能BMS的主要功能BMS的主要作用便是保证电池的安全可靠运行，并最大限度的延长电池的使用寿命。因此其主要的功能可以大致分为四部分，检测、保护、均衡与通信。BMS需要对电池储能单元中的每节电池进行实时监测，包括电池的电压、电流、温度、内阻等参数。通过对这些参数的监测和分析，可以实现对电池状态的实时评估，及时发现电池的异常情况并进行处理。不仅是监测，BMS也需要对电池状态数据进行采集和处理，以便于对电池的性能和使用寿命进行评估和预测。数据采集包括对电池电压、电流、温度等参数的采集；数据处理包括对采集到的数据进行处理和分析，例如计算电池的能量、功率等参数。通过采集到

7、的数据，BMS可以来执行相应的控制策略，以实现对电池储能单元的安全可靠运行。控制策略包括对电池的充放电控制、均衡管理、热管理等的管理和控制。采集到的数据不止用来进行保护，也可以通过对电池组中不同单体的电压进行均衡，通过特定的控制策略来对电池进行均衡管理，使得每节电池的电量和性能都能保持在一个合理的范围内，以防止因单体电压差异过大而导致电池寿命降低或出现其他问题。这种均衡有助于保持电池的一致性，延长电池组的使用寿命。同时，BMS需要与其他设备或系统进行通信，实现信息交互和协调控制。BMS可以通过CAN总线、RS485、以太网等通信接口与其他设备进行信息交互,从而实现对储能系统的协调控制与优化运行

8、，还可以通过数据接口与其他系统进行信息交互，例如与能量管理系统(EMS)进行数据共享和协调控制。1、监测和控制电池状态：储能BMS能监测电池的电压、电流、温度、SOC和SOH等参数，以及其他与电池相关的信息。为此，它使用传感器等工具收集电池数据。2、S0C(充电状态)均衡：在电池组使用过程中，常常出现电池SOC不平衡的情况，导致电池组性能下降甚至故障。储能BMS可以通过电池均衡技术解决这个问题，通过控制电池之间的放电和充电，使所有电池单体的SOC保持一致。均衡方式取决于是耗散电池能量还是在电池之间转移，并可分为被动均衡和主动均衡两种模式。3、避免电池过度充放电：电池组件容易出现过度充放电的问题

9、，无论是充电过多还是放电过多都会对电池组件造成损害。过度放电或过度充电可能导致电池组件容量减少，甚至使其无法正常工作。因此，储能BMS在电池充电时通过控制电池电压来确保其实时状态，并在达到最大容量后停止充电。4、实现系统远程监测和报警：储能BMS利用无线网络等方式传输数据，将实时数据发送到监测端，同时根据系统设定定期发送故障检测和警报信息。储能BMS还支持灵活的报告和分析工具，可生成电池和系统的历史数据和事件记录，以支持数据监控和故障诊断。提供多种保护功能：储能BMS提供多种保护功能，防止电池短路、过流等问题，并确保电池组件之间的安全通信。同时，它还能检测并处理单元故障、单点失效等意外情况。控

10、制电池温度：电池温度是影响电池性能和寿命的重要因素之一。储能BMS可以监测电池温度，并采取有效措施来控制温度，以防止过高或过低的温度对电池造成损害。5 .电池管理系统(BMS)硬件系统?.1.硬件系统的输入输出硬件系统分为主板与从版，主板的硬件功能架构如下所示：电磁镇电磁镣进出口快慢充口各类电子水泵高压电源妻动温度温度维电器/空调互镇，+电磁锁信号忌度信号继电器驱动其它内网通讯一A通讯外网通讯-ABMS硬件系统（主板）供电信号唤醒信号信号信号信号信号信号通道1通道2IIIII知平可如U二小秒电流信号（霍尔）上图为主板的一些输入，输出信号，但是有些为冗余的，因为考虑到平台的通用性，以及匹配不同的

11、厂家，故设计。对于最小的系统来言，电磁锁信号,温度信号，其它相关的信号可以接到BMS,也可以接到其它的控制单元，比如热管理控制单元，VCU内部等。其中继电器的控制，各个常见控制也不一致，有的控制主正，主负继电器，有的仅仅控制主负一段，另外一端VCU控制，或者快充继电器也是BMS控制。电流信号的采集，有的是霍尔，有的是分流器，此图仅以霍尔传感器为例子！BMS的从板主要是采集电压，温度，具体如下图所示其中需要说明的是，电源模块分为两类，一类为低压模块，来源于蓄电池的电压，一类为电压采集芯片的电源，来源于一个采集组的电压，为高压，在将电压信号传递过程中，需要进行隔离。?.2.硬件系统的几个核心参数解

12、释在整体的硬件设计过程中，需要注意以下几个核心参数：系统供电，低压的供电电压范围及监测精度，一般都是6V-32V,休眠功耗，由于为了省小电瓶的电，故需要低功耗设计，正常一般不大于3ma.电池包内部温度测量，不同的地方要求也不一样，比如箱体的问题，极柱的问题，扩展点的温度，大部分都是NTC电阻，理论上精度越高越好，只有这样才可以真正反应其能力。电池单体的电压测量，范围都是0-5V,精度mV级别，具体就看各个选型,目前我们用的是5mV均衡电流，目前大多是被动均衡，都是mA级别的，不同的均衡电流，选择不同的均衡电阻，但是目前好像这个东西意义不大！随着电芯的容量增加，ma级别真正能均衡多少，其实是个问

13、题，如果真正实现较好的均衡，需要的时间就会非常的长！估计在实际的应用场景中也不现实。哈哈！系统的EMa这个是比较重点的问题，我不是硬件专业领域，就不在这里班门弄斧了。电流监测，这个是在选型过程中需要着重注意的，一个是精度，一个是零漂，一个是分辨率。画重点I-电流传感器分辨率是个很敏感的值，比如当一个系统存在休眠状态下的静电流，长时间放置，电池的SOC会降低，但是由于其监测不到，下次如果SOC不进行校准，SOC的绝对误差会非常大，如果多频次放置，累积误差也会非常大，这个时候就只能进行OCV校准才可以给修正过来！所以选择一个好的电流传感器，你对SOC的校准就会少一些，准确度会高一些！画重点2-BM

14、S从板的电压传感器选择直接影响到SOC的精度，尤其是对于磷酸铁锂的电池来说更为明显，因为在20%-80%的SOC范围内QCV的电压值几乎为直线，电压分辨率越高，OCV的SOC的分辨率越高，大家可以看下图中红色部分，若需要SOC的精度小于5%,那么电压检测误差应该小于0.0019V,即2mv,这个就为电压采集芯片选择提供依据。磷酸铁锂SOC-OCV表格?.3.小结以上是一些关于硬件的基础细节知识，大家可以选择性的参考，学习。这个硬件架构相对于发动机，感觉简单太多，有些朋友问我关于转行问题，感觉技术上没啥难度，唯一的难度就是代价与成本。6 .电池管理系统在储能中的应用储能BMS能够全面监控和控制电

15、池储能系统，确保其安全、稳定和性能良好，从而实现最佳储能效果。此外，储能BMS还能提升储能系统的寿命和可靠性，降低维护成本和操作风险，并提供更加灵活可靠的储能解决方案。因此，在电池储能系统中，储能BMS扮演着至关重要的角色。电池管理系统的未来发展(1)智能化：随着人工智能技术的发展，未来的电池管理系统将更加智能化能够实现自主诊断、优化管理和智能维护等功能。(2)模块化：模块化设计将成为未来电池管理系统的重要趋势，便于实现系统的定制和扩展，满足不同领域的需求。(3)网络化：通过与互联网、物联网的融合，未来的电池管理系统将实现远程监控、数据共享和预警等功能，提高系统的安全性和可靠性。随着新能源市场的逐步成熟，电池管理系统市场规模也将不断扩大。预计未来几年，全球电池管理系统市场将保持高速增长，其主要驱动因素包括电动汽车的普及、储能市场的扩大以及移动设备对电池管理的需求增长等。同时，政府对新能源产业的支持也将推动电池管理系统市场的快速发展。7 .小结储能BMS能够全面监控和控制电池储能系统，确保其安全、稳定和性能良好，从而实现最佳储能效果。此外，储能BMS还能提升储能系统的寿命和可靠性，降低维护成本和操作风险，并提供更加灵活可靠的储能解决方案。