簡要分析儲能電池BMS和動力電池BMS2021-08-07 08:07
1大規(guī)模儲能系統(tǒng)的應用場景
新能源電站，風力發(fā)電或者太陽能發(fā)電站，為了實現(xiàn)平抑輸出功率波動的目的，越來越多的發(fā)電廠開始配備儲能系統(tǒng)。
獨立儲能電站，隨著電力制度改革逐漸進入人們的視野，以倒賣電力為生的獨立儲能電站逐漸出現(xiàn)。
微電網(wǎng)，系統(tǒng)內(nèi)部包含分布式電源，用電負荷，儲能系統(tǒng)和電網(wǎng)管理系統(tǒng)的一個小型供配電網(wǎng)絡(luò)。為了確保負荷的用電連續(xù)性和穩(wěn)定性，每個微電網(wǎng)都會配備儲能系統(tǒng)。
2儲能電池管理系統(tǒng)(ESBMS)與動力電池管理系統(tǒng)(BMS)的不同之處
儲能電池管理系統(tǒng)，與動力電池管理系統(tǒng)非常類似。但動力電池系統(tǒng)處于高速運動的電動汽車上，對電池的功率響應速度和功率特性、SOC估算精度、狀態(tài)參數(shù)計算數(shù)量，都有更高的要求。
儲能系統(tǒng)規(guī)模極大，集中式電池管理系統(tǒng)與儲能電池管理系統(tǒng)差異明顯，這里只拿動力電池分布式電池管理系統(tǒng)與其對比。
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
在儲能系統(tǒng)中，儲能電池在高壓上只與儲能變流器發(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，電能通過變流器轉(zhuǎn)換成交流發(fā)送到交流電網(wǎng)上去。
儲能系統(tǒng)的通訊，電池管理系統(tǒng)主要與變流器和儲能電站調(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)給儲能電站的調(diào)度系統(tǒng)PCS發(fā)送最全面的監(jiān)測信息。如下圖所示。
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儲能系統(tǒng)基本拓撲
電動汽車的BMS，在高壓上，與電動機和充電機都有能量交換關(guān)系;在通訊方面，與充電機在充電過程中有信息交互，在全部應用過程中，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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電動汽車電氣拓撲
2.2硬件邏輯結(jié)構(gòu)不同
儲能管理系統(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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三層儲能電池管理系統(tǒng)框圖
動力電池管理系統(tǒng)，只有一層集中式或者兩分布式，基本不會出現(xiàn)三層的情況。小型車主要應用一層集中式電池管理系統(tǒng)。兩層的分布式動力電池管理系統(tǒng)，如下圖所示。
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分布式電動汽車電池管理系統(tǒng)框圖
從功能看，儲能電池管理系統(tǒng)第一層和第二層模塊基本等同于動力電池的第一層采集模塊和第二層主控模塊。儲能電池管理系統(tǒng)的第三層，則是在此基礎(chǔ)上增加的一層，用以應對儲能電池巨大的規(guī)模。
打一個不是那么恰當?shù)谋确?。一個管理者的最佳下屬數(shù)量是7個人，如果這個部門一直擴張，出現(xiàn)了49個人，那么只好7個人選一個組長，再任命一個經(jīng)理管理這7個組長。超越個人能力，管理容易出現(xiàn)混亂。
映射到儲能電池管理系統(tǒng)上，這個管理能力就是芯片的計算能力和軟件程序的復雜度。
2.3通訊協(xié)議有區(qū)別
儲能電池管理系統(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。
動力電池，所在的電動汽車大環(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
儲能電站出于安全性及經(jīng)濟性考慮，選擇鋰電池的時候，往往選用磷酸鐵鋰，更有的儲能電站使用鉛酸電池、鉛碳電池。而電動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)必須是一一對應的關(guān)系。不同廠家出品的同一種類型的電芯，其詳細參數(shù)設(shè)置也不會相同。
2.5閾值設(shè)置傾向不同
儲能電站，空間比較富裕，可以容納較多的電池，但某些電站地處偏遠，運輸不便，電池的大規(guī)模更換，是比較困難的事情。儲能電站對電芯的期望是壽命長，不要出故障。基于此，其工作電流上限值會設(shè)置的比較低，不讓電芯滿負荷工作。對于電芯的能量特性和功率特性要求都不需要特別高。主要看性價比。
動力電池則不同，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)都會參照電池的極限參數(shù)，這樣的應用條件對電池是惡劣的。
2.6兩者要求計算的狀態(tài)參數(shù)數(shù)量不同
SOC是兩者都需要計算的狀態(tài)參數(shù)。但直到今天，儲能系統(tǒng)并沒有一個統(tǒng)一要求，儲能電池管理系統(tǒng)到底必須哪些狀態(tài)參數(shù)計算能力。再加上，儲能電池的應用環(huán)境，空間相對充裕，環(huán)境穩(wěn)定，小偏差在大系統(tǒng)里不易被人感知。因此，儲能電池管理系統(tǒng)的計算能力要求相對低于動力電池管理系統(tǒng)，相應的單串電池管理成本也沒有動力電池高。
2.7儲能電池管理系統(tǒng)應用被動均衡條件比較好
儲能電站對管理系統(tǒng)均衡能力的要求非常迫切。儲能電池模組的規(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)濟效率角度考慮，儲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，也不必擔心溫升過高問題。低價的被動均衡，可以在儲能電站大展拳腳。
新能源電站，風力發(fā)電或者太陽能發(fā)電站，為了實現(xiàn)平抑輸出功率波動的目的，越來越多的發(fā)電廠開始配備儲能系統(tǒng)。
獨立儲能電站，隨著電力制度改革逐漸進入人們的視野，以倒賣電力為生的獨立儲能電站逐漸出現(xiàn)。
微電網(wǎng)，系統(tǒng)內(nèi)部包含分布式電源，用電負荷，儲能系統(tǒng)和電網(wǎng)管理系統(tǒng)的一個小型供配電網(wǎng)絡(luò)。為了確保負荷的用電連續(xù)性和穩(wěn)定性，每個微電網(wǎng)都會配備儲能系統(tǒng)。
2儲能電池管理系統(tǒng)(ESBMS)與動力電池管理系統(tǒng)(BMS)的不同之處
儲能電池管理系統(tǒng)，與動力電池管理系統(tǒng)非常類似。但動力電池系統(tǒng)處于高速運動的電動汽車上，對電池的功率響應速度和功率特性、SOC估算精度、狀態(tài)參數(shù)計算數(shù)量，都有更高的要求。
儲能系統(tǒng)規(guī)模極大，集中式電池管理系統(tǒng)與儲能電池管理系統(tǒng)差異明顯，這里只拿動力電池分布式電池管理系統(tǒng)與其對比。
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
在儲能系統(tǒng)中，儲能電池在高壓上只與儲能變流器發(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，電能通過變流器轉(zhuǎn)換成交流發(fā)送到交流電網(wǎng)上去。
儲能系統(tǒng)的通訊，電池管理系統(tǒng)主要與變流器和儲能電站調(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)給儲能電站的調(diào)度系統(tǒng)PCS發(fā)送最全面的監(jiān)測信息。如下圖所示。
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儲能系統(tǒng)基本拓撲
電動汽車的BMS，在高壓上，與電動機和充電機都有能量交換關(guān)系;在通訊方面，與充電機在充電過程中有信息交互，在全部應用過程中，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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電動汽車電氣拓撲
2.2硬件邏輯結(jié)構(gòu)不同
儲能管理系統(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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三層儲能電池管理系統(tǒng)框圖
動力電池管理系統(tǒng)，只有一層集中式或者兩分布式，基本不會出現(xiàn)三層的情況。小型車主要應用一層集中式電池管理系統(tǒng)。兩層的分布式動力電池管理系統(tǒng)，如下圖所示。
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分布式電動汽車電池管理系統(tǒng)框圖
從功能看，儲能電池管理系統(tǒng)第一層和第二層模塊基本等同于動力電池的第一層采集模塊和第二層主控模塊。儲能電池管理系統(tǒng)的第三層，則是在此基礎(chǔ)上增加的一層，用以應對儲能電池巨大的規(guī)模。
打一個不是那么恰當?shù)谋确?。一個管理者的最佳下屬數(shù)量是7個人，如果這個部門一直擴張，出現(xiàn)了49個人，那么只好7個人選一個組長，再任命一個經(jīng)理管理這7個組長。超越個人能力，管理容易出現(xiàn)混亂。
映射到儲能電池管理系統(tǒng)上，這個管理能力就是芯片的計算能力和軟件程序的復雜度。
2.3通訊協(xié)議有區(qū)別
儲能電池管理系統(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。
動力電池，所在的電動汽車大環(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
儲能電站出于安全性及經(jīng)濟性考慮，選擇鋰電池的時候，往往選用磷酸鐵鋰，更有的儲能電站使用鉛酸電池、鉛碳電池。而電動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)必須是一一對應的關(guān)系。不同廠家出品的同一種類型的電芯，其詳細參數(shù)設(shè)置也不會相同。
2.5閾值設(shè)置傾向不同
儲能電站，空間比較富裕，可以容納較多的電池，但某些電站地處偏遠，運輸不便，電池的大規(guī)模更換，是比較困難的事情。儲能電站對電芯的期望是壽命長，不要出故障。基于此，其工作電流上限值會設(shè)置的比較低，不讓電芯滿負荷工作。對于電芯的能量特性和功率特性要求都不需要特別高。主要看性價比。
動力電池則不同，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)都會參照電池的極限參數(shù)，這樣的應用條件對電池是惡劣的。
2.6兩者要求計算的狀態(tài)參數(shù)數(shù)量不同
SOC是兩者都需要計算的狀態(tài)參數(shù)。但直到今天，儲能系統(tǒng)并沒有一個統(tǒng)一要求，儲能電池管理系統(tǒng)到底必須哪些狀態(tài)參數(shù)計算能力。再加上，儲能電池的應用環(huán)境，空間相對充裕，環(huán)境穩(wěn)定，小偏差在大系統(tǒng)里不易被人感知。因此，儲能電池管理系統(tǒng)的計算能力要求相對低于動力電池管理系統(tǒng)，相應的單串電池管理成本也沒有動力電池高。
2.7儲能電池管理系統(tǒng)應用被動均衡條件比較好
儲能電站對管理系統(tǒng)均衡能力的要求非常迫切。儲能電池模組的規(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)濟效率角度考慮，儲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，也不必擔心溫升過高問題。低價的被動均衡，可以在儲能電站大展拳腳。
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