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涨知识!储能电池管理系统简介

时间:2022-11-25 00:03:51 点击:

储能电池管理系统简介




一、技术方案详述

电池储能系统它由储能电池、总控制器单元(BAMS)、单体电池管理单元(BMU)、电池组端控制和管理单元(BCMU)组成。

二、储能系统内部通讯

  • 2.1储能BMS与EMS的通讯

BAMS采用7寸的显示屏显示整个PCS电池组单元的相关信息,并将相关信息通过以太网(RJ45)传递给监控系统EMS。信息内容包括电池单体信息,电池组信息,电池簇信息。

上传信息:BMS上传电池单体(或组)信息有:单体电池电压、电池组电压、充放电电流、单体最大SOC、单体最小SOC、单体最小SOH;电池组SOC、单体最大温度、单体最小温度、环境温度,以及电池异常告警、保护等相关信息。

接收信息:BMS接收监控系统EMS下达的电池运行参数,如电压的保护设定值、报警设定值,温度的保护设定值、报警设定值,SOC的保护设定值、报警设定值等。

BAMS管理服务器支持MODBUS通讯规约,其中MODBUS需要定义专门的规约点表;通讯接口为网络RJ45通讯。

  • 2.2储能BMS与PCS的通讯

由于PCS只接了多组电池,所以BMS的数据汇总到BAMS,再由BAMS与PCS通信,实行单向传输,BAMS做主,PCS做从。

BMS发送信息:BMS发送的信息有电池的状态量及告警量等相关信息。包括电池组的最大SOC、最小SOC、电池组最大可充电量、最大可放电量、环境温度、电池最小SOH等。PCS接到BMS告警信息后应进行相应的保护动作。

通信接口:PCS与BMS间采用CAN或RS485通讯接口。

硬节点信息:为了保护的及时可靠,储能系统留备了硬节点,BMS检测到电池系统达到保护限制时,BMS通过干节点将保护限制值发送给PCS。

  • 2.3储能BMS三层架构内部通讯

BMS系统的三层架构分别是,单体电池管理层BMU、电池组管理层BCMU、电池簇(多组)管理层BAMS;其中电池簇管理层我们也叫一个PCS电池单元管理层。

图1 储能BMS三层架构内部通讯图

单体电池管理层叫BMU,有1路CAN2.0总线。由电池采集单元BCU和电池均衡单元BEU组成,采集电池的各种单体信息(电压、温度),计算分析电池的SOC和SOH,实现对单体电池的主动均衡,并将单体异常信息上传给电池组单元层BCMU;对外采用CAN2.0总线通信方式。

电池组管理层叫BCMU,有3路CAN2.0总线,2路RS485(备用)总线。负责收集BMU上传的各种单体电池信息,采集电池组的各种信息(组电压、组温度)、电池组充电放电电流等,计算分析电池组的SOC和SOH,并将所有信息上传给电池簇单元层BAMS;采用CAN2.0总线通信方式。

电池簇管理层叫BAMS,有1路以太网、2路CAN2.0总线和1路RS485(备用)总线。负责收集BCMU上传的各种电池信息,并将所有信息以RJ45接口上传给储能监控EMS系统;与PCS通信,将电池的相关异常信息发送给PCS(CAN或RS485接口),且配有硬件干节点对PCS。

  • 2.4 BMS系统的均衡功能

电池储能系统BMS重点要做好两个方面,一是电池的数据分析和计算,二是电池的均衡。储能电站提供的电池管理系统具备双向主动无损均衡功能,均衡电流最大5A,均衡效率达到80%以上,同时能有效地筛选出性能异常的单体电池进行报警以便更换,能快速高效的改善电池组的一致性,提高电池组的使用效率及使用寿命,确保整个储能系统的正常运行。

单体电池均衡单元:

单体电池由于生产工艺等原因导致各电池容量与性能的差异,在对电池组进行充放电的过程中,必然会扩大这种差异,充电时,容量小性能差的电池会出现过充现象;放电时,容量小性能差的电池又会有过放现象;电池组容量利用率会越来越低,长此以往,这种恶性循环过程将加速电池的损坏。因此,动力及储能电池组需要采用均衡电路以延长电池组寿命是国内外学者和业界的共识。

图2 电池均衡功能实现原理图

电池监护模块的均衡系统主要包括四个步骤:电池信息采集→均衡规则运算→均衡状态输出→均衡实现。

  • 2.5储能BMS系统三级架构模块及安装介绍
    • 2.5.1储能系统管理单元BAMS

BAMS由高性能的32位MCU处理器组建平台,内嵌Linux操作系统,自带7寸TFT触摸液晶显示,能实时将锂电池储能系统数据上传后台管理,并能接受后台的监控;自主研发,支持功能扩展和定制服务,BAMS和微网中央控制系统的通信方式采用以太网ModbusTCP/IP,和PCS的通讯接口为RS-485,协议方式采用Modbus;通过远程服务器经以太网可对电池储能系统进行实时监控与数据管理,实现遥测、遥信、遥控,使储能系统得以及时的维护,保证储能系统的安全运行,提高供电系统的可靠性。

图3界面

BAMS通过BCMU上传的电池实时数据进行实时显示、数据计算、性能分析、报警保护等处理,并实现与PCS、储能监控后台系统(EMS)进行联动控制,根据输出功率要求及各组电池的SOC优化负荷控制策略,保证所有电池组的最优化。

能量系统总控器在线监测单体电池的电压,蓄电池组组端电压、充放电电流和温度,根据BCMU的上传的每个单体电池的SOC、电压、温度、电池组电压、温度、充放电电流及各种异常报警信息进行显示。通过远程服务器经以太网可对锂电池储能系统进行实时监控与数据管理,实现遥测、遥信、遥控,使储能系统得以及时的维护,保证储能系统的安全运行和可靠性;预留干节点与PCS进行通讯,确保电池系统异常情况下与PCS通讯。

表1 储能系统管理单元(BAMS)技术指标

    • 2.5.2单体电池管理模块BMU-L3216

储能单体电池管理BMU_L3216模块采用先进的测量技术,实时准确的测量电池参数,如电压、电流、温度等数据,并将测量数据上传至储能系统管理单元。

储能电池管理模块的主要功能

Ø 在线自动检测单体电池电压、温度等;

Ø 在线进行2A无损均衡,可实现充电均衡;

Ø 实时报警功能,实现对电压、温度的超限报警;

Ø 现场报警,干节点输出闭合,可实现远端计算机报警并显示报警内容;

Ø 具有RS485通讯接口,可接入监控系统或现场采集单元,实现数据和告警信息上送,达到远程监控电池组的目的;

Ø 采用模块化设计,模块间相互隔离,系统可靠性高.

储能电池管理模块的主要指标:

模块供电电压: DC 24V±10%

电池监测节数: 16节

电压检测范围: 0~5.0 V

电压检测精度: ±0.1%FSR

温度测量精度: ±1℃

无损均衡电流: 2A

电池均衡方式: 主动无损充电均衡

输入绝缘电阻: ≥5MΩ 500V

数据通讯接口: RS485或CAN2.0

通讯波特率: 9600bps或250kbps

现场显示方式: LED工作状态指示

尺寸及质量: 250×126×45(mm)/1Kg

安装方式: 机架、壁挂

(A) 均衡系统工作原理说明:

u 电池信息采集:

快速精准地电池信息采集是进行有效均衡的基础;储能电池管理模块采用了高速、高精度、高有效位的Σ-Δ 24位AD转换器,及高精度(±0.05%)低温漂(±2PPM)的精密基准,确保在任何容许的工作环境下实现电池信息测量的高度一致性和精准性。

u 均衡规则运算:

均衡规则是挑出哪些电池需要被均衡,怎么样均衡,优越的均衡规则的运算是有效均衡的保证。储能电池管理模块的均衡规则中综合了电池组状态、电池电压、电池SOC、温度、电池厂家、循环次数等相关因素,使得运算结果更加符合实际需求,并能实现放电、充电及动态均衡。

图4 均衡规则示意图

u 均衡实现:

均衡实现单元根据均衡规则输出的均衡状态对相应的电池实施均衡。储能电池管理模块的均衡实现采用无损充电方式,并且其充电电流可根据均衡规则的要求进行调节,最大电流2A;同时支持最大2A可调电流的均衡方式。电池监测模块采用点对点均衡。

图5 均衡实现示意图

u 均衡效果:

电池组充电阶段:

未加均衡系统的原始充电曲线 使用均衡系统后的充电曲线

电池组放电阶段:

图5未加均衡系统的原始放电曲线 使用均衡系统后的放电曲线

使用储能电池管理模块均衡管理系统后,充放电过程中各单体电池的一致性大大提高,锂电池组得到了有效均衡。

    • 2.5.3电池组控制单元BCMU

电池组控制单元实时采集整组电池电压、电流数据,具有控制直流回路通断功能,具有实时检测现场报警设备状态,并将数据上传至储能系统管理单元。

储能电池组控制模块的主要功能:

Ø 在线自动检测整组电池电压、电流及环境温度等;

Ø 具有直流回路通断功能;

Ø 实时报警功能,实现对整组电压、电流的超限报警;

Ø 现场报警,开关量检测功能,可实现远端计算机报警并显示报警内容;

Ø 具有3路CAN和2路RS485通讯接口,可接入电池簇管理单元BAMS,实现数据和告警信息上送,达到远程监控电池组的目的。

储能电池组控制模块的主要指标: