4、电池管理系统设计方案
4.1、 电池管理系统框架如下：以实际项目配置为准。
4.2 、 电池管理系统功能、电池系统的保护及监测功能由BMS电池管理系统实现， 电池系统的BMS系统分三级管理，分别为托盘BMU、MBMS、BAMS，每级BMS主要功能如下：
1）BMU (模组级，内置在模组内) : 监测单体电芯的电压、温度和单个托盘的总电压， 并通过CAN协议向上级BMS实时传递以上信息，能够控制单体电芯的电压均衡性。
2）MBMS (机架级，内置在高压箱内)： 检测整组电池的总电压、总电流，并通过CAN协议向上级BMS实时传递以上信息。 能够显示电池充放电时容量、健康状态，对功率的预测、内阻的计算。控制继电开关和盘级单元电压的均衡性。
3)BAMS (系统级)： 收集下级MBMS信息，能够实时对电池剩余容量、健康状况进预估，。通过RS-485或Modbus-TCP/IP 的方式与上位和外部系统进行通信。根据系统复杂程度系统BMS可集成到开关盒内或单独集成。
4）BMS管理系统功能
（1）、模拟量测量功能：能实时测量电池簇电压，充放电电流、温度和单体电池端电压、温度、漏电监测等参数，并通过计算实时给出单体电池的SOC值及SOH值。确保电池安全、可靠、稳定运行，保证电池使用寿命要求。
（2）均衡：电池管理系统具备均衡功能，保证电池系统使用寿命及可用容量。
（3）电池系统运行报警功能：在电池系统运行出现过压、欠压、过流、高温、低温、漏电、通信异常、电池管理系统异常等状态时，能显示并上报告警信息，通知PCS及后台监控系统，以及时改变系统运行策略。
（4）电池系统保护功能：在电池系统运行时，如果电池的电压、电流、温度等模拟量出现超过安全保护门限的情况时，电池管理系统能够实现就地故障隔离，将问题电池簇退出运行，同时上报保护信息。
（5）自诊断功能：电池管理系统将具备自诊断功能，对电池管理系统与外界通信中断，电池管理系统内部通信异常，模拟量采集异常等故障进行自诊断，能根据实时测量蓄电池模块电压、充放电电流、温度和单体电池端电压、计算得到的电池内阻等参数，通过分析诊断模型，得出单体电池当前容量或剩余容量（SOC）的诊断，单体电池健康状态（SOH）的诊断、电池组状态评估，以及在放电时当前状态下可持续放电时间的估算，并能够上报到监测系统。
（6）热管理：锂电池模块在充电过程中，将产生大量的热能，使整个电池模块的温度上升，因而，BMS具有热管理的功能，对电池的温度进行监控，如果温度高于保护值将开启温控设备强制冷却，若温度达到危险值，该电池组能自动退出运行。
（7）本地运行状态显示功能：电池管理系统能够在本地对电池系统的各项运行状态进行显示，如系统状态，模拟量信息，报警和保护信息等。
（8）事件及历史数据记录功能：电池管理系统能够在本地对电池系统的各项事件及历史数据进行存储。运行参数的修改、电池管理单元告警、保护动作、充电和放电开始/结束时间等均将有记录，事件记录具有掉电保持功能。每个报警记录包含所定义的限值、报警参数，并列明报警时间、日期及报警时段内的峰值。
（9）操作权限管理：具有操作权限密码管理功能，任何改变运行方式和运行参数的操作均需要权限确认。
5）BMS管理系统保护功能，BMS实时监控以下项目，当超出设定的阈值，会启动相应的保护；主要保护控制策略如下：
（1）在回路电流超过告警阈值时，通过CAN总线上报BAMS，在回路电流超保护阈值时，通过控制接触器切断电流回路，
（2）在直流端放电电流超过短路电流阈值时进行短路保护，通过控制接触器切断放电回路，同时通过CAN总线上报BAMS
（3）当电池组中有任意电池欠压或过压时，当该值超过告警阈值时，通过CAN总线上报MBMS，当该值超保护阈值时，通过控制接触器切断电流回路，同时通过CAN总线上报BAMS
（4）当电池总电压超过告警阈值时，通过CAN总线上报BAMS，当总电压超过保护阈值时，通过控制接触器切断电流回路，同时通过CAN总线上报BAMS
（5）当电池温度超过告警阈值时，通过CAN总线上报BAMS，当电池温度超过保护阈值时，通过控制接触器切断电流回路，同时通过CAN总线上报MS
（6）当电池组内温差超告警阈值时，通过CAN总线上报BAMS，当电池组内温差超过保护阈值时，通过控制接触器切断电流回路，同时通过CAN总线上报BAMS
（7）一级告警发生时，BAMS通知PCS或EMS停止储能系统运行，若PCS不响应，二级保护发生时，BMS直接切断接触器；
4.3 、电池均衡说明、电池被动均衡法技术说明：在整组电池系统中，将串联成组的单体电池电压的差异性，通过BMS进行电压采集，以事先预设的充电电压的“上限阈值电压”为基准，任何一只单体电池只要在充电时最先达到“上限阈值电压”并检测出与相邻组内电池差异时，即对组内单体电压最高的那只电池，通过并联在单体电池的能耗电阻进行放电电流，以此类推，一直到电压最低的那只单体电池到达“上限阈值电压”为基准，任何一只单体电池只要在充电时最先达到“上限阈值电压”并检测出与相邻组内电池差异时，即对组内单体电压最高的那只电池，通过并联在单体电池的能耗电阻进行放电电流，以此类推，一直到电压最低的那只单体电池到达“上限阈值电压”为一个平衡周期。其目的就是通过放电均衡的办法让电池组内的电池电压趋于一致；被动方式的电芯均衡需要的电路元件的个数少且简单，从维修的方面来说有优势。只是相对于主动方式的电芯均衡来说均衡的速度较慢。但是现在大部分的ESS产品都采用的是被动方式的电芯均衡。原因是：主动均衡方式的情况需要高价BMS，且故障率较高。
4.4 、防环流控制方案
1）环流问题产生的原因及危害 ：由于电池簇之间存在压差，各簇直接并联时，簇间可能存在环流问题。压差较小时，环流也较小，较小的环流是平衡电池簇能量是一种有效办法，是有益的。压差较大时，环流也较大，当环流超过功率器件的允许过流值，可能造成功率器件的损坏，当环流值超过电池的正常工作倍率，会损伤电池，可能导致电池容量衰减、鼓胀、漏液，危害电池安全。当环流值达到短路电流时，可能直接导致电池损坏。
2） 防止环流产生的方法 ：BMS可以通过判断电池簇间的电压差，控制每簇的接触器是否闭合，从而决定是否将本簇电池并入直流侧母线中，做到预防环流过大的问题；为让电压差过大的电池簇并联，需要制定电池簇均压策略。
（1）详细的策略如下：
当电池簇间最大压差大于△Va时，不允许同时闭合所有电池簇的接触器，并在界面出现提示信息，提示需进行均压维护。
设电池簇间最大允许环流值为Ia，则△Va的计算公式如下：
△Va＝Ia*（Rcell/np*2ns+2Rw）
其中：
Rcell表示单体电芯的阻值；
np表示单个电池模块内电池并联的数量；
ns表示单个电池簇内电池串联的数量；
Rw表示单簇的铜排与线缆的累计线阻；
（2）均压维护过程：
监控系统发均压维护执行命令给BAMS启动均压维护；
BAMS闭合最低电压电池簇的接触器并且应答监控系统；
监控系统通知PCS启动100A（可设定）小电流恒流充电；
当次低电压电池簇与最低电压电池簇压差＜△Vb（该参数现场可调整）时，闭合未接入直流母线的最低电压电池簇接触器，PCS同时维持50A充电电流；
△Vb的公式如下：
△Vb= Ib*（Rcell/np*2ns+2Rw）
其中Ib表示均压维护过程中直接并联两簇的允许电流值；
△Va与△Vb的关系为△Va>△Vb；
Ia与Ib的关系为Ia>Ib；
（3）重复4的步骤，直至所有电池簇的接触器闭合；所有电池簇电池一起充电10分钟（该参数现场可调整），然后上报监控系统维护结束，监控系统通知PCS待机或停机。（该步骤目的是确保足够时间让所有电池簇电池自动调整电压。）
(末完、待续) |
