儲能電池管理系統簡介

一、技術方案詳述

電池儲能系統它由儲能電池、總控制器單元（BAMS）、單體電池管理單元（BMU）、電池組端控制和管理單元（BCMU）組成。

二、儲能系統內部通訊

• 2.1儲能BMS與EMS的通訊

BAMS采用7寸的顯示屏顯示整個PCS電池組單元的相關信息，并將相關信息通過以太網（RJ45）傳遞給監控系統EMS。信息內容包括電池單體信息，電池組信息，電池簇信息。

上傳信息：BMS上傳電池單體（或組）信息有：單體電池電壓、電池組電壓、充放電電流、單體最大SOC、單體最小SOC、單體最小SOH；電池組SOC、單體最大溫度、單體最小溫度、環境溫度，以及電池異常告警、保護等相關信息。

接收信息：BMS接收監控系統EMS下達的電池運行參數，如電壓的保護設定值、報警設定值，溫度的保護設定值、報警設定值，SOC的保護設定值、報警設定值等。

BAMS管理服務器支持MODBUS通訊規約，其中MODBUS需要定義專門的規約點表；通訊接口為網絡RJ45通訊。

• 2.2儲能BMS與PCS的通訊

由于PCS只接了多組電池，所以BMS的數據匯總到BAMS，再由BAMS與PCS通信，實行單向傳輸，BAMS做主，PCS做從。

BMS發送信息：BMS發送的信息有電池的狀態量及告警量等相關信息。包括電池組的最大SOC、最小SOC、電池組最大可充電量、最大可放電量、環境溫度、電池最小SOH等。PCS接到BMS告警信息后應進行相應的保護動作。

通信接口：PCS與BMS間采用CAN或RS485通訊接口。

硬節點信息：為了保護的及時可靠，儲能系統留備了硬節點，BMS檢測到電池系統達到保護限制時，BMS通過干節點將保護限制值發送給PCS。

• 2.3儲能BMS三層架構內部通訊

BMS系統的三層架構分別是，單體電池管理層BMU、電池組管理層BCMU、電池簇（多組）管理層BAMS；其中電池簇管理層我們也叫一個PCS電池單元管理層。

圖1 儲能BMS三層架構內部通訊圖

單體電池管理層叫BMU，有1路CAN2.0總線。由電池采集單元BCU和電池均衡單元BEU組成，采集電池的各種單體信息（電壓、溫度），計算分析電池的SOC和SOH，實現對單體電池的主動均衡，并將單體異常信息上傳給電池組單元層BCMU；對外采用CAN2.0總線通信方式。

電池組管理層叫BCMU，有3路CAN2.0總線，2路RS485（備用）總線。負責收集BMU上傳的各種單體電池信息，采集電池組的各種信息（組電壓、組溫度）、電池組充電放電電流等，計算分析電池組的SOC和SOH，并將所有信息上傳給電池簇單元層BAMS；采用CAN2.0總線通信方式。

電池簇管理層叫BAMS，有1路以太網、2路CAN2.0總線和1路RS485（備用）總線。負責收集BCMU上傳的各種電池信息，并將所有信息以RJ45接口上傳給儲能監控EMS系統；與PCS通信，將電池的相關異常信息發送給PCS（CAN或RS485接口），且配有硬件干節點對PCS。

• 2.4 BMS系統的均衡功能

電池儲能系統BMS重點要做好兩個方面，一是電池的數據分析和計算，二是電池的均衡。儲能電站提供的電池管理系統具備雙向主動無損均衡功能，均衡電流最大5A，均衡效率達到80%以上，同時能有效地篩選出性能異常的單體電池進行報警以便更換，能快速高效的改善電池組的一致性，提高電池組的使用效率及使用壽命，確保整個儲能系統的正常運行。

單體電池均衡單元：

單體電池由于生產工藝等原因導致各電池容量與性能的差異，在對電池組進行充放電的過程中，必然會擴大這種差異，充電時，容量小性能差的電池會出現過充現象；放電時，容量小性能差的電池又會有過放現象；電池組容量利用率會越來越低，長此以往，這種惡性循環過程將加速電池的損壞。因此，動力及儲能電池組需要采用均衡電路以延長電池組壽命是國內外學者和業界的共識。

圖2 電池均衡功能實現原理圖

電池監護模塊的均衡系統主要包括四個步驟：電池信息采集→均衡規則運算→均衡狀態輸出→均衡實現。

• 2.5儲能BMS系統三級架構模塊及安裝介紹
  • 2.5.1儲能系統管理單元BAMS

BAMS由高性能的32位MCU處理器組建平臺，內嵌Linux操作系統，自帶7寸TFT觸摸液晶顯示，能實時將鋰電池儲能系統數據上傳后臺管理，并能接受后臺的監控；自主研發，支持功能擴展和定制服務，BAMS和微網中央控制系統的通信方式采用以太網ModbusTCP/IP，和PCS的通訊接口為RS-485，協議方式采用Modbus；通過遠程服務器經以太網可對電池儲能系統進行實時監控與數據管理，實現遙測、遙信、遙控，使儲能系統得以及時的維護，保證儲能系統的安全運行，提高供電系統的可靠性。

圖3界面

BAMS通過BCMU上傳的電池實時數據進行實時顯示、數據計算、性能分析、報警保護等處理，并實現與PCS、儲能監控后臺系統（EMS）進行聯動控制，根據輸出功率要求及各組電池的SOC優化負荷控制策略，保證所有電池組的最優化。

能量系統總控器在線監測單體電池的電壓，蓄電池組組端電壓、充放電電流和溫度，根據BCMU的上傳的每個單體電池的SOC、電壓、溫度、電池組電壓、溫度、充放電電流及各種異常報警信息進行顯示。通過遠程服務器經以太網可對鋰電池儲能系統進行實時監控與數據管理，實現遙測、遙信、遙控，使儲能系統得以及時的維護，保證儲能系統的安全運行和可靠性；預留干節點與PCS進行通訊，確保電池系統異常情況下與PCS通訊。

表1 儲能系統管理單元（BAMS）技術指標

• • 2.5.2單體電池管理模塊BMU-L3216

儲能單體電池管理BMU_L3216模塊采用先進的測量技術，實時準確的測量電池參數，如電壓、電流、溫度等數據，并將測量數據上傳至儲能系統管理單元。

儲能電池管理模塊的主要功能

Ø 在線自動檢測單體電池電壓、溫度等；

Ø 在線進行2A無損均衡，可實現充電均衡；

Ø 實時報警功能，實現對電壓、溫度的超限報警；

Ø 現場報警，干節點輸出閉合，可實現遠端計算機報警并顯示報警內容；

Ø 具有RS485通訊接口，可接入監控系統或現場采集單元，實現數據和告警信息上送，達到遠程監控電池組的目的；

Ø 采用模塊化設計，模塊間相互隔離，系統可靠性高.

儲能電池管理模塊的主要指標：

模塊供電電壓： DC 24V±10％

電池監測節數： 16節

電壓檢測范圍： 0～5.0 V

電壓檢測精度： ±0.1%FSR

溫度測量精度： ±1℃

無損均衡電流： 2A

電池均衡方式： 主動無損充電均衡

輸入絕緣電阻： ≥5MΩ 500V

數據通訊接口： RS485或CAN2.0

通訊波特率： 9600bps或250kbps

現場顯示方式： LED工作狀態指示

尺寸及質量： 250×126×45(mm)/1Kg

安裝方式： 機架、壁掛

（A） 均衡系統工作原理說明：

u 電池信息采集：

快速精準地電池信息采集是進行有效均衡的基礎；儲能電池管理模塊采用了高速、高精度、高有效位的Σ-Δ 24位AD轉換器，及高精度（±0.05%）低溫漂（±2PPM）的精密基準，確保在任何容許的工作環境下實現電池信息測量的高度一致性和精準性。

u 均衡規則運算：

均衡規則是挑出哪些電池需要被均衡，怎么樣均衡，優越的均衡規則的運算是有效均衡的保證。儲能電池管理模塊的均衡規則中綜合了電池組狀態、電池電壓、電池SOC、溫度、電池廠家、循環次數等相關因素，使得運算結果更加符合實際需求，并能實現放電、充電及動態均衡。

圖4 均衡規則示意圖

u 均衡實現：

均衡實現單元根據均衡規則輸出的均衡狀態對相應的電池實施均衡。儲能電池管理模塊的均衡實現采用無損充電方式，并且其充電電流可根據均衡規則的要求進行調節，最大電流2A；同時支持最大2A可調電流的均衡方式。電池監測模塊采用點對點均衡。

圖5 均衡實現示意圖

u 均衡效果：

電池組充電階段：

未加均衡系統的原始充電曲線 使用均衡系統后的充電曲線

電池組放電階段：

圖5未加均衡系統的原始放電曲線 使用均衡系統后的放電曲線

使用儲能電池管理模塊均衡管理系統后，充放電過程中各單體電池的一致性大大提高，鋰電池組得到了有效均衡。

• • 2.5.3電池組控制單元BCMU

電池組控制單元實時采集整組電池電壓、電流數據，具有控制直流回路通斷功能，具有實時檢測現場報警設備狀態，并將數據上傳至儲能系統管理單元。

儲能電池組控制模塊的主要功能：

Ø 在線自動檢測整組電池電壓、電流及環境溫度等；

Ø 具有直流回路通斷功能；

Ø 實時報警功能，實現對整組電壓、電流的超限報警；

Ø 現場報警，開關量檢測功能，可實現遠端計算機報警并顯示報警內容；

Ø 具有3路CAN和2路RS485通訊接口，可接入電池簇管理單元BAMS，實現數據和告警信息上送，達到遠程監控電池組的目的。

儲能電池組控制模塊的主要指標：

來源：陽光工匠光伏論壇