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BMS為何在鋰電池系統(tǒng)中必不可少？
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發(fā)布時間：2023-03-13
BMS為何在鋰電池系統(tǒng)中必不可少？
近年來，隨著新能源汽車以及電化學(xué)儲能行業(yè)的快速發(fā)展，鋰電池在用戶和工商業(yè)中的應(yīng)用越來越多，特別儲能行業(yè)乘著國家和地方政策的密集風(fēng)口，項目規(guī)模有爆發(fā)式增長的趨勢。隨之而來不單單是行業(yè)的機(jī)遇，還有電池安全性問題。2021年8月24日，國家發(fā)改委發(fā)布《電化學(xué)儲能電子安全管理暫行辦法》：“住建部要加強(qiáng)儲能電子設(shè)計管理，組織開展儲能電站設(shè)計與建筑安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制修訂。建立儲能電站安全監(jiān)管平臺，定期開展反事故工作?！彪娀瘜W(xué)儲能安全問題始終牽動著公眾及用戶的神經(jīng)。
鋰離子電池安全性問題本質(zhì)上就是電池的“熱失控”，即到達(dá)一定的溫度極限后，電池溫度出現(xiàn)直線上升，進(jìn)而發(fā)生燃燒爆i炸的現(xiàn)象。電池過熱、過充、內(nèi)短路、碰撞等是引發(fā)電池“熱失控”的幾個關(guān)鍵因素，另外電池的過充、過放、過流、短路及超高溫充放電等還會嚴(yán)重影響電池的性能。因此大規(guī)模的鋰電池應(yīng)用中，電池保護(hù)以及電池管理系統(tǒng)（BMS）的應(yīng)用是必不可少的。
電池管理系統(tǒng)（Battery Management System, BMS）是由電子電路設(shè)備構(gòu)成的實時監(jiān)測系統(tǒng)，有效地監(jiān)測電池電壓、電池電流、電池簇絕緣狀態(tài)、電池SOC、電池模組及單體狀態(tài)（電壓、電流、溫度、SOC等），對電池簇充、放電過程進(jìn)行安全管理，對可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行報警和應(yīng)急保護(hù)處理，對電池模塊及電池簇的運(yùn)行進(jìn)行安全和優(yōu)化控制，保證電池安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。
在鋰電池系統(tǒng)中，BMS需要對電池組進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測和故障診斷，以便對電池進(jìn)行動態(tài)管理，并將這些數(shù)據(jù)上傳至控制器，便于進(jìn)行控制策略的選取與實施，實現(xiàn)電能的高效利用，保持電池性能良好，同時起到延長電池循環(huán)使用壽命的作用。一般來說，BMS要實現(xiàn)單體電池電壓電流檢測、電量計算、均衡管理等九大功能。
為什么鋰電池需要配備電池管理系統(tǒng)（BMS）？是否可以像我們常用的干電池一樣接入回路供電就可以呢？實際儲能項目中并非如此，電池在使用的過程中并不是恒定不變的，也可以說并不穩(wěn)定，一方面隨著電池不斷的充電放電，往往會出現(xiàn)部分電芯過充過放的情況出現(xiàn)，當(dāng)大量電池串聯(lián)或并聯(lián)在一個回路中自行充放電時，長時間的不均衡充放電會嚴(yán)重影響電池正常使用和電池壽命，甚至?xí)霈F(xiàn)熱失控引發(fā)起火爆i炸事故。所以有效管控電池，實時檢測電池情況是必要的，這就是電池管理系統(tǒng)BMS的重要意義。
電池管理系統(tǒng)是電池系統(tǒng)的核i心部件，采用三級安全架構(gòu)（一級從控BMU、二級主控BCMU、三級總控BSMU），負(fù)責(zé)每個單體電池的數(shù)據(jù)監(jiān)測、均衡控制、SOC估算、故障預(yù)警、大數(shù)據(jù)分析預(yù)測等。科列自主研發(fā)的電池管理系統(tǒng)有十年以上的技術(shù)積累和應(yīng)用經(jīng)驗，全部采用車規(guī)級功能安全設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，可靠性高，可提供實時、全i面、精確的電池性能數(shù)據(jù)，通過CAN或RS485接口與PCS或EMS實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和控制。
? 一級從控BMU
一級從控模塊BMU對每個單體電池的電壓和溫度進(jìn)行高精度采集和實時監(jiān)控,具有主動/被動均衡能力，并通過CAN總線與二級主控模塊BCMU進(jìn)行通訊，構(gòu)成主從式電池管理系統(tǒng)。
? 二級主控模塊（BCMU）
二級主控模塊BCMU對電池簇電壓、電流、功率和絕緣電阻等重要參數(shù)信息進(jìn)行實時采集和監(jiān)控，SOC/SOH等數(shù)據(jù)統(tǒng)計和計算，均衡策略判斷和執(zhí)行，進(jìn)行實時電池故障診斷并根據(jù)既定策略系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，通過CAN與BMU和BSMU進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
? 三級總控模塊（BSMU）
三級總控模塊BSMU實時采集并顯示電池系統(tǒng)的相關(guān)信息，接收并響應(yīng)用戶操作，提供數(shù)值統(tǒng)計、運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲、故障錄波、定制修改、系統(tǒng)校時、操作權(quán)限管理等，與PCS、EMS等進(jìn)行通信和聯(lián)動控制，保證電池系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
近年來，隨著新能源汽車以及電化學(xué)儲能行業(yè)的快速發(fā)展，鋰電池在用戶和工商業(yè)中的應(yīng)用越來越多，特別儲能行業(yè)乘著國家和地方政策的密集風(fēng)口，項目規(guī)模有爆發(fā)式增長的趨勢。隨之而來不單單是行業(yè)的機(jī)遇，還有電池安全性問題。2021年8月24日，國家發(fā)改委發(fā)布《電化學(xué)儲能電子安全管理暫行辦法》：“住建部要加強(qiáng)儲能電子設(shè)計管理，組織開展儲能電站設(shè)計與建筑安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制修訂。建立儲能電站安全監(jiān)管平臺，定期開展反事故工作?！彪娀瘜W(xué)儲能安全問題始終牽動著公眾及用戶的神經(jīng)。
鋰離子電池安全性問題本質(zhì)上就是電池的“熱失控”，即到達(dá)一定的溫度極限后，電池溫度出現(xiàn)直線上升，進(jìn)而發(fā)生燃燒爆i炸的現(xiàn)象。電池過熱、過充、內(nèi)短路、碰撞等是引發(fā)電池“熱失控”的幾個關(guān)鍵因素，另外電池的過充、過放、過流、短路及超高溫充放電等還會嚴(yán)重影響電池的性能。因此大規(guī)模的鋰電池應(yīng)用中，電池保護(hù)以及電池管理系統(tǒng)（BMS）的應(yīng)用是必不可少的。
▊ BMS基本介紹
電池管理系統(tǒng)（Battery Management System, BMS）是由電子電路設(shè)備構(gòu)成的實時監(jiān)測系統(tǒng)，有效地監(jiān)測電池電壓、電池電流、電池簇絕緣狀態(tài)、電池SOC、電池模組及單體狀態(tài)（電壓、電流、溫度、SOC等），對電池簇充、放電過程進(jìn)行安全管理，對可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行報警和應(yīng)急保護(hù)處理，對電池模塊及電池簇的運(yùn)行進(jìn)行安全和優(yōu)化控制，保證電池安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。
在鋰電池系統(tǒng)中，BMS需要對電池組進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測和故障診斷，以便對電池進(jìn)行動態(tài)管理，并將這些數(shù)據(jù)上傳至控制器，便于進(jìn)行控制策略的選取與實施，實現(xiàn)電能的高效利用，保持電池性能良好，同時起到延長電池循環(huán)使用壽命的作用。一般來說，BMS要實現(xiàn)單體電池電壓電流檢測、電量計算、均衡管理等九大功能。
為什么鋰電池需要配備電池管理系統(tǒng)（BMS）？是否可以像我們常用的干電池一樣接入回路供電就可以呢？實際儲能項目中并非如此，電池在使用的過程中并不是恒定不變的，也可以說并不穩(wěn)定，一方面隨著電池不斷的充電放電，往往會出現(xiàn)部分電芯過充過放的情況出現(xiàn)，當(dāng)大量電池串聯(lián)或并聯(lián)在一個回路中自行充放電時，長時間的不均衡充放電會嚴(yán)重影響電池正常使用和電池壽命，甚至?xí)霈F(xiàn)熱失控引發(fā)起火爆i炸事故。所以有效管控電池，實時檢測電池情況是必要的，這就是電池管理系統(tǒng)BMS的重要意義。
▊ 儲能BMS的架構(gòu)和功能
電池管理系統(tǒng)是電池系統(tǒng)的核i心部件，采用三級安全架構(gòu)（一級從控BMU、二級主控BCMU、三級總控BSMU），負(fù)責(zé)每個單體電池的數(shù)據(jù)監(jiān)測、均衡控制、SOC估算、故障預(yù)警、大數(shù)據(jù)分析預(yù)測等。科列自主研發(fā)的電池管理系統(tǒng)有十年以上的技術(shù)積累和應(yīng)用經(jīng)驗，全部采用車規(guī)級功能安全設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，可靠性高，可提供實時、全i面、精確的電池性能數(shù)據(jù)，通過CAN或RS485接口與PCS或EMS實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和控制。
? 一級從控BMU
一級從控模塊BMU對每個單體電池的電壓和溫度進(jìn)行高精度采集和實時監(jiān)控,具有主動/被動均衡能力，并通過CAN總線與二級主控模塊BCMU進(jìn)行通訊，構(gòu)成主從式電池管理系統(tǒng)。
? 二級主控模塊（BCMU）
二級主控模塊BCMU對電池簇電壓、電流、功率和絕緣電阻等重要參數(shù)信息進(jìn)行實時采集和監(jiān)控，SOC/SOH等數(shù)據(jù)統(tǒng)計和計算，均衡策略判斷和執(zhí)行，進(jìn)行實時電池故障診斷并根據(jù)既定策略系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，通過CAN與BMU和BSMU進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
? 三級總控模塊（BSMU）
三級總控模塊BSMU實時采集并顯示電池系統(tǒng)的相關(guān)信息，接收并響應(yīng)用戶操作，提供數(shù)值統(tǒng)計、運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲、故障錄波、定制修改、系統(tǒng)校時、操作權(quán)限管理等，與PCS、EMS等進(jìn)行通信和聯(lián)動控制，保證電池系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
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