储能BMS结构设计及未来发展方向!

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电化学储能系统主要由电池组、电池管理系统( BMS)、能量管理系统(EMS)、储能逆变器(PCS)以及其他电气设备构成。

BMS是其中的核心组件之一,主要用于智能化管理及维护各电池单元,实时监测电池SOC、SOH 等运行状态,防止电池本体或系统出现安全风险,助力储能电池的安全、高效使用。

BMS种类众多,储能BMS原本在BMS众多分支中不甚显眼,近年随着储能行业高速发展,市场地位也得到了极大提升。

储能BMS行业为知识与技术密集型行业,涉及电池管理技术、自动控制技术、电力电子技术和通信技术等多个技术领域,需要大量专业知识和经验沉淀,具备较高的技术壁垒,其中软件算法以及软硬件结合系核心竞争要素。

正因如此,成熟的储能BMS产品的结构异常复杂。

以华为组串式储能系统配备的智能BMS为例,该BMS系统分级明显,采用四级结构,从下往上分别是模组级BMU、电池簇级BCU、系统级CMU和子阵级SACU,四级结构层层递进,实现对电池系统的监测、保护和智能化管理。

电池储能系统因为本身设计、结构影响,具有电池数量多、系统复杂、运行环境恶劣、对BMS的抗干扰性能要求高的特点。

从结构来看,储能系统由多个电池簇联合组成,每个电池簇由多个电池包集成,电池包则由多个电芯通过串并联集成。

储能BMS根据储能系统的结构,针对电芯、电池包、电池簇、整个电池系统四级结构,形成了专职分工不同,上下级统辖明显的功能系统。

最低层是功能最为精细的BMU(电池包监控单元)。BMU是BMS公司的底层打工人,负责实时监测、采集电池的运行信息,如温度、电压、电流、SOC、SOH等,在监测到异常信息时,通过电池包优化器控制电池包切出,实现储能系统的安全运行。

第三层是BCU(电池簇管理单元)。BCU是BMS公司的中层领导,自己做事也管事。管理电池包集成的单个电池簇,指挥BMU收集电池簇内所有电池包信息,自己采集电池簇的电压、电流,实现对充放电过程中的电池簇异常进行报警和保护。

因为BCU是BMU的上级,它还可以直接指挥BMU,下达控制指令,进行电池簇内电池包均衡SOC控制,独立切出电池包,实现精确控制,一包一优化。

第二层是CMU(储能系统管理单元)。CMU是BMS公司的高管,统筹管理是本职。它下辖BMU和BCU,管理多个电池簇组成的储能系统,对BMU和BCU上传的数据进行分析计算、报警处理及记录储存,同时还负责电池簇间的均衡管理,以及SOC、SOH(电池健康状态)管理等。

同时,CMU还负责采集储能系统环境监测系统信息,如消防系统、温控系统、温湿度传感器水浸传感器等,然后制定合理的温控策略,提升电池温度一致性,实现储能系统全方位的消防预警、保护与联动,提供高可靠的消防安全保证,做到对安全问题的有效防范、早发现、有效隔离和保护。

最顶层是SACU(智能子阵控制器)。SACU是BMS公司的董事长,负责协调整个BMS公司的三级保护,部分管理PCS公司,充分考虑储能系统内保护单元动作时序、动作延时及局部故障保护失效的可能性,设计保护的分级动作和联动机制。此外,SACU和EMS直接联系,接受电网调度指令后传达给PCS和CMU,满足电网调度需求。

未来,储能BMS可能会往以下几个方向发展。

第一,弱化甚至去除储能BMS均衡功能。集中式多并联的储能系统里,BMS的主动均衡技术能均衡的电流较小,有效利用率不高;被动均衡的能力太弱又耗能,对成本、和故障点的降低有弊无利。

第二,将BMS主动均衡电路变更为电池簇级别的直流升压电路,措施方面,需要增加DCDC 变换器,结果上成本会有所上升,但是储能系统的有效利用率和安全性都会得到提升。

第三,储能BMS架构改革,采用组串式或模块化的储能技术,将单个电池簇与组串式或单个模块的储能变流器连接使用,此种方案下,BMS只需要两层架构,一簇一管理,节省成本的同时还能提高工作效率。

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