鉅大LARGE | 點擊量：329次 | 2024年01月09日
動力鋰電池BMS和儲能電池BMS的差異有什么
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。為了確保負荷的用電持續(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）與動力鋰電池管理系統(tǒng)（BMS）的不同之處
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
儲能電池管理系統(tǒng)，與動力鋰電池管理系統(tǒng)非常類似。但動力鋰電池系統(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，這里只拿動力鋰電池分布式電池管理系統(tǒng)與其比較。
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)重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。
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。
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。
三層儲能電池管理系統(tǒng)框圖
動力鋰電池管理系統(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。小型車重要應用一層集中式電池管理系統(tǒng)。兩層的分布式動力鋰電池管理系統(tǒng)，
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鋰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)上新增的一層，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，假如這個部門一直擴張，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)議有差別
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，外部重要指儲能電站調(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。
動力鋰電池，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)差別較大
儲能電站出于安全性及經(jīng)濟性考慮，選擇鋰離子電池的時候，往往選用磷酸鐵鋰，更加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離子電池和三元鋰離子電池。
電池類型的不同，其外部特性差別巨大，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?；诖?，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。關(guān)于電芯的能量特性和功率特性要求都不要特別高。重要看性價比。
動力鋰電池則不同，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)到底必須什么狀態(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鋰電池管理系統(tǒng)，相應的單串電池管理成本也沒有動力鋰電池高。
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。
比亞迪電池管理系統(tǒng)揭秘
電池管理系統(tǒng)BMS的功能用途
1、準確估測動力鋰電池組的荷電狀態(tài)
準確估測動力鋰電池組的荷電狀態(tài)（StateofCharge，即SOC），即電池剩余電量，保證SOC維持在合理的范圍內(nèi)，防止由于過充電或過放電對電池的損傷，從而隨時預報混合動力汽車儲能電池還剩余多少能量或者儲能電池的荷電狀態(tài)。
2、動態(tài)監(jiān)測動力鋰電池組的工作狀態(tài)
在電池充放電過程中，實時采集動力鋰電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓，防止電池發(fā)生過充電或過放電現(xiàn)象。同時能夠及時給出電池狀況，選擇出有問題的電池，保持整組電池運行的可靠性和高效性，使剩余電量估計模型的實現(xiàn)成為可能。除此以外，還要建立每塊電池的使用歷史檔案，為進一步優(yōu)化和開發(fā)新型電、充電器、電動機等供應資料，為離線分析系統(tǒng)故障供應依據(jù)。
3、單體電池間的均衡
即為單體電池均衡充電，使電池組中各個電池都達到均衡一致的狀態(tài)。均衡技術(shù)是目前世界正在致力研究與開發(fā)的一項電池能量管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
解密比亞迪電池管理系統(tǒng)
首先我們來談談唐和秦的電池，型號應該是相同的，只是秦的電池組電芯數(shù)量比較少，容量13度，唐的比較多，18度。單個的電芯都是比亞迪自己制造的磷酸鐵鋰離子電池，額定電壓3.2V，容量26AH。為何不是最近比較火的三元鋰離子電池呢？原因如下圖：
磷酸鐵鋰離子電池擁有更好的壽命、安全性，更適合插電式混動車的用車情況。
電池單體搭臺是這個樣子的，但是這個應該是大巴上的，因為電儲量高達120AH，咱們的只有26AH，不過大致上是相同的，都是長方體。
唐的電池組位于底盤中部，體積和重量都比較大。放在底盤的好處是降低了整車重心，同時不影響后備箱空間。缺點嘛，對放水和防磕碰要求比較高，日常使用要注意這塊不要浸水，不要磕碰。
這是秦的電池組，位于后座以后，后備箱之前。優(yōu)點：放水防磕碰性能都很好，缺點：重心比較高，影響后備箱空間，和唐正好是相對的~
連接方式為串聯(lián)（全部電芯串聯(lián)），串聯(lián)的電池如下圖，形象一點說，就是類似于我們以前用過的手電筒，幾個電池頭尾相接。
這種連接方式，每個電芯放電的時候使用同樣的電流對外放電，充電的時候同樣的電流充電，在不借助均衡系統(tǒng)的情況下，無法對單個電芯進行充放電。而且，當一個電芯充滿時，就要停止對整個電池組的充電，不然這個電芯會過充損壞，而一個電芯放空的時候，整個電池組就要停止放電，不然這個電芯會過放損壞。
還記得手電筒有什么要求么？對了，新舊電池不能混用，也就是說有電和沒電的電池不能混用。回到唐和秦的電池組，上邊是個示意圖，選取了幾個電芯。正常情況下，他們的存電量應該是完全相同的，一起充滿，一起放空，假如一直這樣循環(huán)，那么就不會出現(xiàn)文章之初的各種問題了。事實上，電池組使用一段時間以后，就會出現(xiàn)各個電芯存電量出現(xiàn)差異的情況，出現(xiàn)差異的原因有很多，比如電池本身容量就不一致，或者內(nèi)阻不一致，工作溫度不一致等，都會導致放電容量出現(xiàn)差異。當各個電芯存電量不一致，就會出現(xiàn)下圖的情況：
表面上看，只是有一個電芯損失了一點電量，一共有那么多電芯，應該不會有什么影響吧？我們繼續(xù)往下看，這個電池組放電的時候，會發(fā)生什么：
整個電池組釋放了80%的電量，而這時候，原本不滿的電池已經(jīng)空了，這時候電池組就要停止放電。假如這個電池組的存電量是10度，那么在充滿的情況下，這個不均衡的電池組放電80%也就是8度就已經(jīng)無法放電了，表面上看只有5%的電量缺失，卻導致20%的容量無法使用。這還是只有4個電芯比較的情況下，假如是200多個，可想而知影響有多大。
那么一旦出現(xiàn)了不均衡，怎么辦呢？這就要用到電池管理系統(tǒng)的均衡模塊。唐和秦的均衡模塊采用的是被動均衡方式，也就是說，通過旁路電阻給電壓較高的電芯放電，使其達到和其他電芯相同的電壓。也就是這樣：
每個電芯都有一個由電池管理系統(tǒng)單獨控制的電阻，當要的時候，接通這個電阻的電路，給電芯放電。通過經(jīng)過一定的時間，這個不均衡的電池組就變成了這樣：
電芯電容量一致了，再充電就可以都充滿，放電都放空，一切恢復正常，容量回來了，續(xù)航也回來了！聽起來很美，是吧？那為何很多車就是達不到這個效果呢？
首先，這個放電的過程非常緩慢！充電過程的話電流可以達到10A以上（10000ma），而這個放電呢？據(jù)了解，這個放電電阻允許的最大電流是30ma~在均衡系統(tǒng)一直處于最佳均衡狀態(tài)的情況下，均衡一度電的差異，也要100小時左右！
其次，均衡系統(tǒng)不是一直工作在最佳狀態(tài)下的。要有一個好的工作狀態(tài)，系統(tǒng)要了解哪個電芯是要被放電的，要放多少電。而這個過程不是任意電量都可以完成的。
這是一個磷酸鐵鋰離子電池放電的曲線圖?？梢钥吹?，在15%電量以上的時候，電壓的差異是非常小的。這時候要找到哪個電芯要放電，放多少，是非常困難甚至不可能的。所以，要讓均衡系統(tǒng)處于高效工作狀態(tài)，就要實時的把電池用到15%以下。然后充滿電，讓車進入均衡狀態(tài)，這時候的均衡效率是最高的，除非用車，不然建議等到均衡結(jié)束（也就是說儀表盤完全熄滅）。在電池組不均衡的情況下，一次均衡大概要20小時左右，大家可以按照自己的電池組缺少電量來計算要多少個循環(huán)。
這也就引申出了另一個問題：在均衡結(jié)束以后，略微用一點電，然后充滿，車輛會再次進入均衡狀態(tài)，這個時間，應不應該計入有效均衡？根據(jù)樓主的相關(guān)經(jīng)驗，這個均衡幾乎是無效的。因為唐和秦的電池組不均衡，絕大多數(shù)是某一兩個電芯電壓過低，要對另外的大量電芯進行放電。而在低電量時，可以正確的標記剩余電芯，高電量下，系統(tǒng)只會標記充滿時電壓最高的一個電芯，是一個，可想而知效率是怎么樣的了，幾乎可以忽略不計。
下面講一下，什么樣的電池是沒問題的，什么樣的是有問題的。這里，借用了14款秦的DCT軟件電池監(jiān)控模塊來展示數(shù)據(jù)。唐不支持這個，但是電池組的原理是相同的。很多人去檢查電池的時候，發(fā)現(xiàn)自己最低電壓電芯只有2.6-2.8V，感覺這個電芯有問題，進而要求4S店更換，4S套用廠家的表格，給出正常的答復，客戶就會感覺廠家在敷衍。其實，單個電芯電壓較低是正常的。最理想的狀況是5%電量是所有電壓電芯均低于3V，這樣電池組所有的電量都被釋放，當然，這樣的電池組幾乎是不存在的，它要求所有電芯的一致性非常非常好。一般來說，判斷電池組狀況較好的依據(jù)是在5%的情況下，最低電芯電壓低于3V，而最高電壓電芯電壓低于3.15V（放電到5%的瞬間電壓即可，存放一會兒以后電壓會回升，不比等回升）。更換電池廠家有自己的標準，假如滿足更換的條件，可以選擇更換，但是樓主更建議先使用正確的均衡方法均衡100小時，假如效果不明顯再換。因為更換完的電芯和原來已經(jīng)有所衰減的電芯是很難匹配一致的。下面是樓主的車均衡情況的完全記錄：
車在均衡前，電表顯示充入8.5度，純電里程黃金右腳勉強55KM，有三組電池有問題，去過4S店，檢測表示可以更換，但是樓主沒有換，而是堅持均衡?？梢?，隨著時間的不斷累計，車最高電壓電芯的電壓一直穩(wěn)步下降，240小時的均衡時間從3.247V降低到3.111V。存電量從電表8.5度提升到電表11.5度，電池組的電量得到了有效的恢復。（額，你說為何不是13度，是11.5，14款秦11.5度已經(jīng)是很好的成績了，幾乎沒有14款秦車主電表可以超過12度，別問為何，我的車提車電池組標記就是12度，用了兩年了，有些自然衰減）而在最近一次的測試中，最高電壓電芯的電壓已經(jīng)低于3.1V，均衡狀況非常好。
根據(jù)樓主和e車會夏哥的相關(guān)經(jīng)驗，唐和秦的電池均衡邏輯大概是這樣的：
首先，系統(tǒng)會在電量較低（關(guān)于15%）和較高（充滿斷電的時候）標記要放電的電池和要放電的時間，而這兩種標記方式，明顯在電量較低時的標記更加有效，效率高得多。
然后，在合適的時候---目前了解的有車通電的時候和充滿電以后（儀表盤轉(zhuǎn)入有背光顯示紅插頭，但是未熄滅背光的時候）通過電池管理系統(tǒng)對要放電的電芯進行放電。等達到標記的時間后，斷開均衡系統(tǒng)，本次均衡結(jié)束。到下次條件成熟再次標記，再次放電均衡，如此循環(huán)。而這個均衡過程分為組內(nèi)均衡和組間均衡，即每個電池組內(nèi)部均衡電壓，不同電池組之間也要均衡。這個過程目前沒有搞明白具體的邏輯，但是關(guān)于用戶來說，只要了解整體的均衡邏輯即可。
這是樓主的車最近用到5%的情況，樓主用這次做了一次均衡實驗。目的是檢驗均衡系統(tǒng)放電的邏輯。在中間電量，各個電芯的電壓差很小，所以這時候的標記會影響效率，想要更好的均衡，還是用到低電量吧！
5%的時候電壓差有0.15V，而43%的時候只有0.008V左右。
這是即將充滿電時電池組的情況（可見樓主的車96%跳滿，因為現(xiàn)在馬上就滿了）。唐和秦充電的截止電壓應該都在3.7V左右，有電芯超過3.7V則馬上停止充電，樓主這個照片拍完的瞬間，就停止充電了?？梢钥吹竭@個電池組，最低電壓電芯的電壓也超過3.52V，可見這臺車的均衡狀態(tài)非常不錯。
這是充滿后均衡完畢以后，放置幾小時以后的電壓。
這是進行完一次完整均衡后，用到5%的情況?？梢娫瓉砀鹘M電壓最低的電芯基本都沒有出現(xiàn)在這次的表格中。最低電壓電芯編號的變化，代表均衡系統(tǒng)很好的完成了他們的任務：通過給其他電芯放電，再一起充電，抬高最低電壓電芯的電壓。
電池電量：目前是21.8AH，不太到11度電。出廠的時候是24，12度電，但是92%就跳滿，2年時間，基本沒怎么衰減，還是不錯的。當然，不夠13度也有點糾結(jié)，還好續(xù)航溫度合適的情況下70KM無壓力。
而此前討論比較多的有關(guān)預約充電均衡的問題，通過夏哥的探索，已經(jīng)基本弄明白邏輯。
結(jié)論大致是：預約充電沒有涓流充電的功能，無法對電池組進行充電。而均衡系統(tǒng)這個時候是啟動的，但是運行效率非常低，只能對1-2個電芯進行放電，效果幾乎可以忽略不計。預約充電還是使用波谷電價的時候用的，試圖使用預約來提高均衡時間是不科學的。
前邊我們介紹了下電池組工作方式、均衡系統(tǒng)工作邏輯、如何判斷電池組狀態(tài)。下邊我們來說一下小伙伴們共同總結(jié)的合理均衡方式：
1，正常用車，到電池組較低電量（推薦20%以下，10%以上）
2，插槍充電，到充電結(jié)束不要斷電，讓均衡系統(tǒng)充分均衡至儀表盤全黑（假如用車的話可以開走，前邊均衡的小時數(shù)依然有效）
3，完成后正常用車。
這樣算是一個循環(huán)，均衡的時間都是有效均衡，剩下的就是積累足夠的時間。像樓主的車，累計均衡超過200小時才達到比較完善的效果。
以上我們談到的均衡，都是建立在電芯沒問題的情況下。假如某個電芯有問題，實際容量降低了，那么無論均衡系統(tǒng)如何努力，都是無濟于事的。那么如何判斷電芯問題呢？
均衡問題導致的電壓不一致，是5%的時候最低電壓電芯和100%時最低電壓電芯是同一個。而電芯問題導致的是5%的時候最低電壓電芯在100%的時候反而電壓較高甚至最高了，假如你的電池組是這樣的情況，那么沒別的辦法，換掉有問題的電芯吧！
最后，解答一下文章開頭的幾個問題。
充電量不足、純電續(xù)航里程不足：電池組均衡有問題或某個電芯有問題，解決方法為首先判斷是哪種情況，相應的處理意見前文中已經(jīng)介紹了。
充電跳電：即電池組在充電時在某個百分比（比如96%），不經(jīng)過后邊的百分比直接達到100%。原因是系統(tǒng)關(guān)于電池組容量的標記大于實際上電池組的容量。在充電到這個百分比時，已經(jīng)有電芯的電壓達到終止充電的電壓。所以系統(tǒng)停止充電，同時認定此時電量為100%，造成此問題的原因也是充電量不足。
電量較低時電量下降飛快：因為磷酸鐵鋰離子電池的放電特點，在中間很長的平臺電壓變化很低，系統(tǒng)只能估測剩余電量。而當電芯剩余電量到達15%（此時對應電芯電壓大約在3.18V）時，電壓會突然下降。唐和秦的電池管理系統(tǒng)會在有電芯到達此電壓時，重新預估電池組剩余電量，假如此時剩余電量顯示為30%，而系統(tǒng)重新估測后認為只有15%，那么，管理系統(tǒng)會提高儀表顯示的電量下降速度，造成的結(jié)果就是原來1%可以跑800米，而此時只能跑400米。
國內(nèi)電池管理系統(tǒng)BMS的困境
新能源汽車的發(fā)展并不是一帆風順的，過去這兩年，隨著新能源汽車的大量推廣使用，我們也聽到了不少有關(guān)新能源汽車的丑聞：自燃、虛假續(xù)航里程等，而為何會出現(xiàn)這些使用問題呢？沒有使用電池管理系統(tǒng)或使用劣質(zhì)的不成熟的電池管理系統(tǒng)是主因。實際上，新能源汽車的安全性問題，一直是政府和汽車產(chǎn)業(yè)的重點工作之一。
不久前，科技部、財政部、工信部和發(fā)改委等四部委，已經(jīng)聯(lián)合公布了新能源汽車示范推廣安全令（即《有關(guān)加強節(jié)能與新能源汽車示范推廣安全管理工作的函》），強調(diào)對投入示范運行的插電式混合動力汽車、純電動汽車要全部安裝車輛運行技術(shù)狀態(tài)實時監(jiān)控系統(tǒng)（簡稱BMS），特別是要加強對動力鋰電池和燃料動力電池工電動汽車自燃原因多種多樣，并非安裝了電池管理系統(tǒng)就可以高枕無憂的，例如：在安全、精度、壽命、放電能力等方面，單體電池可以充放電2000次，成電池組后可能只有1000次，若搭載不成熟的BMS，無法實時精準地監(jiān)控電池充放電狀況，極易造成電池芯局部功耗過大，出現(xiàn)局部熱量，且信息無法傳遞至駕駛員，極易導致電池自燃發(fā)生。業(yè)內(nèi)人士認為，安裝優(yōu)秀的電池管理學BMS能夠有效提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，并且延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池組及各電池單芯的運行狀態(tài)，有效預防電池組自燃，如遇緊急情況提前對司機作出突發(fā)事件預警，為保障安全贏得時間。
