储能电池BMS和动力电池BMS的差异分析.docx

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1、储能电池BMS和动力电池BMS的差异分析目录1 .大规模储能系统的应用场景12 .储能电池BMS和动力锂电池BMS差异22.1.前述22.2.电池及其管理系统在各自系统里的位置有所不同22.3.硬件逻辑结构不同32.4.通讯协议有区别52.5.储能电站采用的电芯种类不同，则管理系统参数区别较大52.6.阈值设置倾向不同52.7.两者要求计算的状态参数数量不同62. 8.储能电池管理系统应用被动均衡条件比较好63.电池管理系统揭秘：电池管理系统BMS的功能作用63. 1.准确估测动力电池组的荷电状态63.2.动态监测动力电池组的工作状态63 .3.单体电池间的均衡74 .解密电池管理系统75 .

2、国内电池管理系统BMS的困境176 .新能源汽车和电池管理系统的未来181 .大规模储能系统的应用场景新能源电站，风力发电或者太阳能发电站，为了实现平抑输出功率波动的目的，越来越多的发电厂开始配备储能系统。独立储能电站，随着电力制度改革逐渐进入人们的视野，以倒卖电力为生的独立储能电站逐渐出现。微电网，系统内部包含分布式电源，用电负荷，储能系统和电网管理系统的一个小型供配电网络。为了确保负荷的用电连续性和稳定性，每个微电网都会配备储能系统。2 .储能电池BMS和动力锂电池BMS差异2. 1.前述储能电池管理系统，与动力电池管理系统非常类似。但动力电池系统处于高速运动的电动汽车上，对电池的功率响应

3、速度和功率特性、soc估算精度、状态参数计算数量，都有更高的要求。储能系统规模极大，集中式电池管理系统与储能电池管理系统差异明显，这里只拿动力电池分布式电池管理系统与其对比。2.2. 电池及其管理系统在各自系统里的位置有所不同在储能系统中，储能电池在高压上只与储能变流器发生交互，变流器从交流甩网取甩，给甩池组充也或者电池组给变流器供电，电能通过变流器转换成交流发送到交流电网上去。储能系统的通讯，电池管理系统主要与变流器和储能电站调度系统有信息交互关系。一方面，电池管理系统给变流器发送重要状态信息，确定高压电力交互情况;另一方面，电池管理系统给储能电站的调度系统pcs发送最全面的监测信息。如下图

4、所示。覆RMSI匕*、离以传对l| 息士|第20页共18页图1储能系统基本拓扑电动汽车的bms,在高压上，与电动机和充电机都有能量交换关系;在通讯方面，与充电机在充电过程中有信息交互，在全部应用过程中，与整车控制器有最为详尽的信息交互。如下图所示。000(一,，力健II4antsEIMtQB图2电动汽车电气拓扑If力MH2.3.硬件逻辑结构不同储能管理系统，硬件一般采用两层或者三层的模式，规模比较大的倾向于三层管理系统，如下图所示。MVAC及纶绿1：仄心-1诙()电池格JX*cnoW向金施瑞的控谓性僦SBMV1批网德搜第镀MBMU电邦舐宜同按汕岸中甲及CSC!C5Cn图3三层储能电池管理系统框

5、图动力电池管理系统，只有一层集中式或者两分布式，基本不会出现三层的情况。小型车主要应用一层集中式电池管理系统。两层的分布式动力电池管理系统，如下图所示。(s=cor乌w网5也5Ku 二底A/MTU8心”一 iM中,他的11均61)24惟双烝8mm 心触 tn两在走少不姗无ibS均衡图4分布式电动汽车电池管理系统框图从功能看，储能电池管理系统第一层和第二层模块基本等同于动力电池的第一层采集模块和第二层主控模块。储能电池管理系统的第三层，则是在此基础上增加的一层，用以应对储能电池巨大的规模。打一个不是那么恰当的比方。一个管理者的最佳下属数量是7个人，如果这个部门一直扩张，出现了49个人，那么只好7

6、个人选一个组长，再任命一个经理管理这7个组长。超越个人能力，管理容易出现混乱。映射到储能电池管理系统上，这个管理能力就是芯片的计算能力和软件程序的复杂度。2.4.通讯协议有区别储能电池管理系统与内部的通讯基本都采用CAN协议，但其与外部通讯，外部主要指储能电站调度系统PCS,往往采用互联网协议格式TCP/IP协议。动力电池，所在的电动汽车大环境都采用CAN协议，只是按照电池包内部组件之间使用内部CAN,电池包与整车之间使用整车CAN做区分。2.5.储能电站采用的电芯种类不同，则管理系统参数区别较大储能电站出于安全性及经济性考虑，选择锂电池的时候，往往选用磷酸铁锂，更有的储能电站使用铅酸电池、铅

7、碳电池。而电动汽车目前的主流电池类型是磷酸铁锂电池和三元锂电池。电池类型的不同，其外部特性区别巨大，电池模型完全不可以通用。而电池管理系统与电芯参数必须是一一对应的关系。不同厂家出品的同一种类型的电芯，其详细参数设置也不会相同。2.6.阈值设置倾向不同储能电站，空间比较富裕，可以容纳较多的电池，但某些电站地处偏远，运输不便，电池的大规模更换，是比较困难的事情。储能电站对电芯的期望是寿命长，不要出故障。基于此，其工作电流上限值会设置的比较低，不让电芯满负荷工作。对于电芯的能量特性和功率特性要求都不需要特别高。主要看性价比。动力电池则不同，在车辆有限的空间内，好不容易装下的电池，希望把它的能力发挥

8、到极致。因此，系统参数都会参照电池的极限参数，这样的应用条件对电池是恶劣的。2. 7.两者要求计算的状态参数数量不同soc是两者都需要计算的状态参数。但直到今天，储能系统并没有一个统一要求，储能电池管理系统到底必须哪些状态参数计算能力。再加上，储能电池的应用环境，空间相对充裕，环境稳定，小偏差在大系统里不易被人感知。因此，储能电池管理系统的计算能力要求相对低于动力电池管理系统，相应的单串电池管理成本也没有动力电池高。3. 8.储能电池管理系统应用被动均衡条件比较好储能电站对管理系统均衡能力的要求非常迫切。储能电池模组的规模比较大，多串电池串联，较大的单体电压差将造成整个箱体的容量下降，串联电池

9、越多，其损失的容量越多。从经济效率角度考虑，储能电站很需要充分的均衡。又由于在充裕的空间和良好的散热条件下，被动均衡能够更好的发挥效力，采用比较大的均衡电流，也不必担心温升过高问题。低价的被动均衡，可以在储能电站大展拳脚。3.电池管理系统揭秘：电池管理系统BMS的功能作用3.1. 准确估测动力电池组的荷电状态准确估测动力电池组的荷电状态(StateofCharge,即SOC),即电池剩余电量，保证SOC维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池的损伤，从而随时预报混合动力汽车储能电池还剩余多少能量或者储能电池的荷电状态。3.2. 动态监测动力电池组的工作状态在电池充放电过程中，实时采集动

10、力电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压，防止电池发生过充电或过放电现象。同时能够及时给出电池状况，挑选出有问题的电池，保持整组电池运行的可靠性和高效性，使剩余电量估计模型的实现成为可能。除此以外，还要建立每块电池的使用历史档案，为进一步优化和开发新型电、充电器、电动机等提供资料，为离线分析系统故障提供依据。4. 3.单体电池间的均衡即为单体电池均衡充电，使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。均衡技术是目前世界正在致力研究与开发的一项电池能量管理系统的关键技术。4 .解密电池管理系统首先我们来谈谈唐和秦的电池，型号应该是一样的，只是秦的电池组电芯数量比较少，容量13度，唐

11、的比较多，18度。单个的电芯都是自己制造的磷酸铁锂电池，额定电压3.2V,容量26AH。为什么不是最近比较火的三元锂电池呢？原因如下图：两种铮电池特点对黑表安全性（相对两款电池）重橐能量密度（比/kg）电池单体标称电压抗衰退能力（寿命）应用成本我国）抗低温衰减能力三元锂电池（18650）低2003.8低高强Si酸铁锂电池高100-1109.2离ft辐磷酸铁锂电池拥有更好的寿命、安全性，更适合插电式混动车的用车情况。电池单体搭台是这个样子的，但是这个应该是大巴上的，因为电储量高达120AH,咱们的只有26AH,不过大致上是一样的，都是长方体。唐的电池组位于底盘中部，体积和重量都比较大。放在底盘的

12、好处是降低了整车重心，同时不影响后备箱空间。缺点嘛，对放水和防磕碰要求比较高，日常使用要注意这块不要浸水，不要磕碰。这是秦的电池组，位于后座以后，后备箱之前。优点：放水防磕碰性能都很好，缺点：重心比较高，影响后备箱空间，和唐正好是相对的连接方式为串联（全部电芯串联），串联的电池如下图，形象一点说，就是类似于我们以前用过的手电筒，几个电池头尾相接。这种连接方式，每个电芯放电的时候使用同样的电流对外放电，充电的时候同样的电流充电，在不借助均衡系统的情况下，无法对单个电芯进行充放电。而且，当一个电芯充满时，就要停止对整个电池组的充电，不然这个电芯会过充损坏，而一个电芯放空的时候，整个电池组就要停止放

13、电，不然这个电芯会过放损坏。还记得手电筒有什么要求么？对了，新旧电池不能混用，也就是说有电和没电的电池不能混用。回到唐和秦的电池组，上边是个示意图，选取了几个电芯。正常情况下，他们的存电量应该是完全一样的，一起充满，一起放空，如果一直这样循环，那么就不会产生文章之初的各种问题了。事实上，电池组使用一段时间以后，就会出现各个电芯存电量出现差异的情况，产生差异的原因有很多，比如电池本身容量就不一致，或者内阻不一致，工作温度不一致等，都会导致放电容量出现差异。当各个电芯存电量不一致，就会出现下图的情况：表而上看，只是有一个电芯损失了一点电量，一共有那么多电芯，应该不会有什么影响吧？我们继续往下看，这

14、个电池组放电的时候，会发生什么：整个电池组释放了80%的电量，而这时候，原本不满的电池已经空了，这时候电池组就要停止放电。如果这个电池组的存电量是10度，那么在充满的情况下，这个不均衡的电池组放电80%也就是8度就已经无法放电了，表面上看只有5%的电量缺失，却导致20%的容量无法使用。这还是只有4个电芯比较的情况下，如果是200多个，可想而知影响有多大。那么一旦产生了不均衡，怎么办呢？这就要用到电池管理系统的均衡模块。唐和秦的均衡模块采用的是被动均衡方式，也就是说，通过旁路电阻给电压较高的电芯放电，使其达到和其他电芯相同的电压。也就是这样：每个电芯都有一个由电池管理系统单独控制的电阻，当需要的时候，接通这个电阻的电路，给电芯放电。通过经过一定的时间，这个不均衡的电池组就变成了这样：电芯电容量一致了，再充电就可以都充满，放电都放空，一切恢复正常，容量回来了，续航也回来了！听起来很美，是吧？那为什么很多车就是达不到这个效果呢？首先，这个放电的过程非常缓慢！充电过程的话电流可以达到10A以上(10000mA),而这个放电呢？据了解，这个放电电阻允许的最大电流是30mA在均衡系统一直处于最佳均衡状态的情况下，均衡一度电的差异，也需要100小时左右！其次，均衡系统不是一直工作在最佳状态下的。要有一个好的工作状态，系统需要知