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BMS為何在鋰電池系統(tǒng)中必不可少？

近年來(lái)，隨著新能源汽車以及電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)的快速發(fā)展，鋰電池在用戶和工商業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越多，特別儲(chǔ)能行業(yè)乘著國(guó)家和地方政策的密集風(fēng)口，項(xiàng)目規(guī)模有爆

發(fā)式增長(zhǎng)的趨勢(shì)。隨之而來(lái)不僅僅是行業(yè)的機(jī)遇，還有電池安全性問題。2021年8月24日，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《電化學(xué)儲(chǔ)能電子安全管理暫行辦法》：“住建部要加強(qiáng)

儲(chǔ)能電子設(shè)計(jì)管理，組織開展儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)與建筑安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制修訂。建立儲(chǔ)能電站安全監(jiān)管平臺(tái)，定期開展反事故工作。”電化學(xué)儲(chǔ)能安全問題始終牽動(dòng)著公眾及用戶的神經(jīng)。

鋰離子電池安全性問題本質(zhì)上就是電池的“熱失控”，即到達(dá)一定的溫度極限后，電池溫度出現(xiàn)直線上升，進(jìn)而發(fā)生燃燒爆炸的現(xiàn)象。電池過(guò)熱、過(guò)充、內(nèi)短路、碰

撞等是引發(fā)電池“熱失控”的幾個(gè)關(guān)鍵因素，另外電池的過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、短路及超高溫充放電等還會(huì)嚴(yán)重影響電池的性能。因此大規(guī)模的鋰電池應(yīng)用中，電池保護(hù)以及電池管理系統(tǒng)（BMS）的應(yīng)用是必不可少的。

• BMS基本介紹

電池管理系統(tǒng)（Battery Management System, BMS）是由電子電路設(shè)備構(gòu)成的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，有效地監(jiān)測(cè)電池電壓、電池電流、電池簇絕緣狀態(tài)、電池SOC、電池模組及單體狀態(tài)（電壓、電流、溫度、SOC等），對(duì)電池簇充、放電過(guò)程進(jìn)行安全管理，對(duì)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行報(bào)警和應(yīng)急保護(hù)處理，對(duì)電池模塊及電池簇的運(yùn)行進(jìn)行安全和優(yōu)化控制，保證電池安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。

在鋰電池系統(tǒng)中，BMS需要對(duì)電池組進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和故障診斷，以便對(duì)電池進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，并將這些數(shù)據(jù)上傳至控制器，便于進(jìn)行控制策略的選取與實(shí)施，實(shí)現(xiàn)電能的高效利用，保持電池性能良好，同時(shí)起到延長(zhǎng)電池循環(huán)使用壽命的作用。一般來(lái)說(shuō)，BMS要實(shí)現(xiàn)單體電池電壓電流檢測(cè)、電量計(jì)算、均衡管理等九大功能。

為什么鋰電池需要配備電池管理系統(tǒng)（BMS）？是否可以像我們常用的干電池一樣接入回路供電就可以呢？實(shí)際儲(chǔ)能項(xiàng)目中并非如此，電池在使用的過(guò)程中并不是恒定不變的，也可以說(shuō)并不穩(wěn)定，一方面隨著電池不斷的充電放電，往往會(huì)出現(xiàn)部分電芯過(guò)充過(guò)放的情況出現(xiàn)，當(dāng)大量電池串聯(lián)或并聯(lián)在一個(gè)回路中自行充放電時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間的不均衡充放電會(huì)嚴(yán)重影響電池正常使用和電池壽命，甚至?xí)霈F(xiàn)熱失控引發(fā)起火爆炸事故。所以有效管控電池，實(shí)時(shí)檢測(cè)電池情況是必要的，這就是電池管理系統(tǒng)BMS的重要意義。

• 儲(chǔ)能BMS的架構(gòu)和功能

電池管理系統(tǒng)是電池系統(tǒng)的核心部件，采用三級(jí)安全架構(gòu)（一級(jí)從控BMU、二級(jí)主控BCMU、三級(jí)總控BSMU），負(fù)責(zé)每個(gè)單體電池的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、均衡控制、SOC估算、故障預(yù)警、大數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)等。科列自主研發(fā)的電池管理系統(tǒng)有十年以上的技術(shù)積累和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，全部采用車規(guī)級(jí)功能安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可靠性高，可提供實(shí)時(shí)、全面、精確的電池性能數(shù)據(jù)，通過(guò)CAN或RS485接口與PCS或EMS實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和控制。

一級(jí)從控BMU

一級(jí)從控模塊BMU對(duì)每個(gè)單體電池的電壓和溫度進(jìn)行高精度采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控,具有主動(dòng)/被動(dòng)均衡能力，并通過(guò)CAN總線與二級(jí)主控模塊BCMU進(jìn)行通訊，構(gòu)成主從式電池管理系統(tǒng)。

二級(jí)主控模塊（BCMU）

二級(jí)主控模塊BCMU對(duì)電池簇電壓、電流、功率和絕緣電阻等重要參數(shù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控，SOC/SOH等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，均衡策略判斷和執(zhí)行，進(jìn)行實(shí)時(shí)電池故障診斷并根據(jù)既定策略系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，通過(guò)CAN與BMU和BSMU進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

三級(jí)總控模塊（BSMU）

三級(jí)總控模塊BSMU實(shí)時(shí)采集并顯示電池系統(tǒng)的相關(guān)信息，接收并響應(yīng)用戶操作，提供數(shù)值統(tǒng)計(jì)、運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、故障錄波、定制修改、系統(tǒng)校時(shí)、操作權(quán)限管理等，與PCS、EMS等進(jìn)行通信和聯(lián)動(dòng)控制，保證電池系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

• 科列BMS技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1）主動(dòng)安全

科列儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)基于ISO26262功能安全流程進(jìn)行開發(fā)，采用汽車級(jí)芯片，軟件采用AUTOSAR架構(gòu)。開發(fā)過(guò)程達(dá)到A-SPICE C等級(jí)管理體系要求,產(chǎn)品達(dá)到功能安全等級(jí)ASIL-C等級(jí)，可靠性高。具有高精度的SOX能力，有效識(shí)別電池系統(tǒng)的充放電能力（SOP＜3%)，有效避免電池系統(tǒng)過(guò)充過(guò)放問題。智能內(nèi)短路檢測(cè)算法，預(yù)警電池?zé)崾Э仉[患，降低相關(guān)火災(zāi)概率 90% 以上。

2）主動(dòng)均衡

科列主動(dòng)均衡技術(shù)，采用無(wú)損能量轉(zhuǎn)移技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)能量在單體間高效轉(zhuǎn)移，最大消除電池串聯(lián)的不一致性問題，使儲(chǔ)能系統(tǒng)在全生命周期可用容量提升20%以上。

3）預(yù)標(biāo)定/在線自標(biāo)定技術(shù)

科列建立了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、具備國(guó)際水平的電池系統(tǒng)標(biāo)定平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電池、BMS HIL以及電池系統(tǒng)進(jìn)行充分的測(cè)試標(biāo)定，能夠在開發(fā)、生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)并解決潛在的諸多問題，同時(shí)基于標(biāo)定數(shù)據(jù)制定合理的電池管理策略，提高系統(tǒng)的性能、可靠性、安全性，降低故障率。

4）高精度SOX標(biāo)定技術(shù)

通過(guò)全工況電池系統(tǒng)的標(biāo)定、精準(zhǔn)的電池模型和SOX算法設(shè)計(jì)，使電池系統(tǒng)的可用容量提升10%，提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

5）大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

科列大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，能夠?qū)﹄姵叵到y(tǒng)進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)分析、單體電池劣化分析、SOC準(zhǔn)確性分析等，并進(jìn)行異常診斷和故障預(yù)警，評(píng)估電池健康狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高置信度電池壽命預(yù)測(cè)，同時(shí)為SOX算法提供在線優(yōu)化數(shù)據(jù)，保障儲(chǔ)能系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。