如果您使用過(guò)或查看過(guò)電池系統(tǒng)，您很可能聽說(shuō)過(guò)電池管理系統(tǒng)或 BMS。那么，如果它們都做同樣的事情，為什么 BMS 價(jià)格從 10 美元到幾千美元不等呢?一個(gè)適當(dāng)?shù)念惐仁菃?wèn)為什么機(jī)動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)的價(jià)格差異如此之大，在這一范圍的一端是機(jī)動(dòng)滑板，另一端是運(yùn)輸卡車。讓我們仔細(xì)看看這個(gè)類比如何在電池管理系統(tǒng)中發(fā)揮作用。

BMS 要求中的一個(gè)小例子是保護(hù)電池組以保護(hù)諸如無(wú)繩電鉆之類的小型設(shè)備。典型的無(wú)繩電鉆包含大約 5 或 6 個(gè)串聯(lián)電池，電池總成本約為 30 美元。顯然，BMS 必須非常便宜才能保持市場(chǎng)活力;一個(gè)通常低于 10 美元，功能僅限于最基本的保護(hù)。這種 BMS 可以更準(zhǔn)確地稱為電池保護(hù)器。這些系統(tǒng)監(jiān)控電池電壓和電池組電流，并在電壓或電流超出范圍時(shí)打開一個(gè)或兩個(gè)背靠背 FET。這些范圍限制在制造時(shí)是固定的。有時(shí)還包括過(guò)溫保護(hù)。這些系統(tǒng)通常不包括平衡并且是獨(dú)立的，與其他系統(tǒng)沒(méi)有通信。

提升一個(gè)級(jí)別將是電動(dòng)自行車，通常使用 36V 電池組。用于此應(yīng)用的鋰離子電池組約為 0.5 kWh，成本約為 200 至 300 美元。與無(wú)繩電鉆不同，更長(zhǎng)的電池壽命對(duì)客戶來(lái)說(shuō)很重要，而且自行車的總價(jià)位與該預(yù)期一致，因此電池平衡成為強(qiáng)制性要求。BMS 還必須能夠連接到某種形式的“電量計(jì)”顯示器，向用戶顯示電池中剩余的電量。除此功能外，還需要服務(wù)人員的診斷端口。這個(gè) BMS 大約是 30 到 50 美元。

從這些較小的系統(tǒng)到低壓住宅儲(chǔ)能系統(tǒng)的下一個(gè)級(jí)別再次提高了賭注，這一次在某些方面提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。住宅“電表后”儲(chǔ)能系統(tǒng)通常在 48V 范圍內(nèi)，提供 7 kWh-20 kWh，成本約為 5K-20K 美元。在這個(gè)階段，平衡性能和監(jiān)控電池參數(shù)必須得到很好的實(shí)施，并且還支持安裝和服務(wù)公司的需求，以便能夠執(zhí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和事件記錄來(lái)管理客戶的安裝(因?yàn)榇蠖鄶?shù)房主在技術(shù)上無(wú)法管理他們自己的系統(tǒng))。服務(wù)上門服務(wù)費(fèi)用昂貴，并且遠(yuǎn)程訪問(wèn)信息的可用性可以消除許多不必要的呼叫。這通常意味著需要以太網(wǎng)接口以及軟件支持，例如可以遠(yuǎn)程運(yùn)行的基于瀏覽器的 GUI，以及在發(fā)生故障或未決故障時(shí)促進(jìn)優(yōu)先級(jí)通知的事件日志推送。此應(yīng)用程序的 BMS 通常在 250 到 500 美元之間。

用于電動(dòng)卡車或船只的大型移動(dòng)電源系統(tǒng)、用于應(yīng)急電源的移動(dòng)儲(chǔ)能或用于移動(dòng)房屋生活空間的電源將我們帶到 BMS 設(shè)計(jì)的新水平。在這個(gè)例子中，電池組的定價(jià)范圍很廣，從幾千美元用于移動(dòng)家庭輔助電源到 50 萬(wàn)美元用于可以裝滿長(zhǎng)途拖車的移動(dòng)應(yīng)急能源系統(tǒng)。移動(dòng)系統(tǒng)通常需要 CAN 接口(在車輛中最常見(jiàn))，并且還使用專為這些類型的應(yīng)用設(shè)計(jì)的逆變器。此外，當(dāng)這些系統(tǒng)返回基地或其服務(wù)中心時(shí)，通常希望將它們連接到服務(wù)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)，以下載事件、操作參數(shù)和數(shù)據(jù)日志以進(jìn)行維護(hù)。

這最好通過(guò)以太網(wǎng)連接完成，這需要 BMS 的軟件支持。根據(jù)電池組的標(biāo)稱電壓和并聯(lián)電池組的數(shù)量，用于此應(yīng)用的 BMS 的價(jià)格范圍很容易從 300 美元到 10,000 美元不等。例如，48V 系統(tǒng)需要監(jiān)控和平衡 14 至 16 節(jié)電池，具體取決于所使用的鋰電池單元的類型，而 1200V 系統(tǒng)可能需要監(jiān)控 320 節(jié)電池;大型 ISO 容器大小的系統(tǒng)通常具有多個(gè)并行的堆棧(也稱為“串”)，以便擴(kuò)大到足夠大的能量水平。這意味著要監(jiān)控 10 到 20 乘以 320 個(gè)單元，再加上一個(gè)整體管理系統(tǒng)，將所有堆棧聚合到一個(gè)系統(tǒng)表示中。

附加網(wǎng)格存儲(chǔ)是最后一級(jí)，是所有應(yīng)用程序中要求最高的。這些通常是 800-1200V 范圍內(nèi)的兆瓦級(jí)系統(tǒng)，并聯(lián)有 20 個(gè)或更多堆棧。除了已經(jīng)描述的所有 BMS 功能外，這些系統(tǒng)還需要靈活地響應(yīng)電網(wǎng)不斷變化的需求。他們使用各種算法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，這些算法全天管理各種類型的需求響應(yīng)。因此，需要后端數(shù)據(jù)分析引擎來(lái)訪問(wèn)有關(guān) BMS 監(jiān)控的電池系統(tǒng)中所有運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。這意味著可以訪問(wèn)有關(guān)電池電壓、溫度和所有其他參數(shù)的恒定數(shù)據(jù)流。這需要一個(gè)系統(tǒng)能夠通過(guò)以太網(wǎng)傳輸所有這些數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響 BMS 的主要保護(hù)算法，同時(shí)還驅(qū)動(dòng)用戶界面顯示并響應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)控制器的要求，以提供用于管理逆變器的數(shù)據(jù)——所有這些都是實(shí)時(shí)的。這些系統(tǒng)通常需要 Modbus TCP 協(xié)議支持來(lái)與現(xiàn)場(chǎng)控制器和逆變器進(jìn)行通信，這些控制器和逆變器正在越來(lái)越多地實(shí)施臺(tái)面標(biāo)準(zhǔn)。

這些大型系統(tǒng)的另一個(gè)現(xiàn)實(shí)是，這些應(yīng)用中使用的逆變器會(huì)產(chǎn)生大量共模噪聲，通常在 2 kHz 至 4 kHz 范圍內(nèi)，這是逆變器的基本開關(guān)頻率。具有 320 個(gè)單元抽頭的 BMS 有效地在相對(duì)于系統(tǒng)接地和通信通道的 320 個(gè)不同位置對(duì)共模噪聲進(jìn)行采樣。這需要格外小心和過(guò)濾，以避免無(wú)意中導(dǎo)致某些共模轉(zhuǎn)換為差分，從而導(dǎo)致通信和電池測(cè)量錯(cuò)誤。它通常對(duì) BMS 的共模抑制比提出了很高的要求。

電網(wǎng)儲(chǔ)能的另一個(gè)方面是，它已成為許多在不同電壓下運(yùn)行的新型電池化學(xué)物質(zhì)的試驗(yàn)場(chǎng)。Nuvation Energy在鋅基化學(xué)物質(zhì)中遇到的標(biāo)稱電壓范圍為 1.1 至 1.4V，鉛酸為 2V，鈦酸鋰為 2.4V，某些鋰電池為 3.2 至 3.8V。所有這一切意味著理想的 BMS 必須具有高度可配置性，以服務(wù)于如此廣泛的電池單元。例如，Nuvation BMS 擁有超過(guò) 1000 個(gè)配置寄存器，允許其客戶針對(duì)其獨(dú)特的化學(xué)和操作環(huán)境調(diào)整 BMS。它還允許基于可編程配置寄存器控制可定制的功能，例如風(fēng)扇、警報(bào)和狀態(tài)燈。