第五讲储能电源系统PPT讲稿.ppt

第五讲储能电源系统第1页，共156页，编辑于2022年，星期三 要要 点点 本本讲讲将将重重点点讨讨论论蓄蓄电电池池储储能能电电源源系系统统的的组成；组成；蓄蓄电电池池管管理理系系统统的的基基本本功功能能、组组成成和和充充电电和放电系统；和放电系统；和和铅铅酸酸体体系系、锂锂离离子子和和金金属属氢氢化化物物-镍镍蓄电池储能电源系统对充电设备的要求。蓄电池储能电源系统对充电设备的要求。第2页，共156页，编辑于2022年，星期三 锂离子等新型蓄电池锂离子等新型蓄电池越来越引起产越来越引起产业界和用户的关注。业界和用户的关注。锂离子等新型蓄电池已经成为支撑锂离子等新型蓄电池已经成为支撑智能电网、风能发电、光伏发电，节能智能电网、风能发电、光伏发电，节能与新能源汽车等低碳产业的发展的技术与新能源汽车等低碳产业的发展的技术关键。关键。第3页，共156页，编辑于2022年，星期三 在节能与新能源产业的驱动下，在节能与新能源产业的驱动下，我国锂离子等新型蓄电池产业得到我国锂离子等新型蓄电池产业得到快速发展；快速发展；其中大容量能量型锂离子蓄电其中大容量能量型锂离子蓄电池产业发展，已经处于国际领先地池产业发展，已经处于国际领先地位。位。第4页，共156页，编辑于2022年，星期三 当前，大容量锂离子蓄电池的性能当前，大容量锂离子蓄电池的性能已经基本能够满足设计要求；已经基本能够满足设计要求；虽然制造成本仍高于阀控铅蓄电池，虽然制造成本仍高于阀控铅蓄电池，但从全生命周期内经济性考虑，锂离子但从全生命周期内经济性考虑，锂离子蓄电池已经显著优于阀控铅蓄电池。蓄电池已经显著优于阀控铅蓄电池。第5页，共156页，编辑于2022年，星期三 从单体蓄电池的性能、经从单体蓄电池的性能、经济性和产业化基础考虑，大容济性和产业化基础考虑，大容量能量型锂离子蓄电池规模化量能量型锂离子蓄电池规模化推广应用和产业化的条件已经推广应用和产业化的条件已经基本成熟基本成熟。第6页，共156页，编辑于2022年，星期三 锂离子等新型蓄电池对过充电、过放电、锂离子等新型蓄电池对过充电、过放电、过电流、超温等十分敏感。过电流、超温等十分敏感。充电和放电过程中，若发生单体电池过充电和放电过程中，若发生单体电池过充电、过放电、过流和超温，将造成使用寿充电、过放电、过流和超温，将造成使用寿命缩短，甚至发生蓄电池燃烧、爆炸等恶性命缩短，甚至发生蓄电池燃烧、爆炸等恶性事故。事故。锂离子等新型蓄电池，锂离子等新型蓄电池，对成组应用技术对成组应用技术提出了全新的要求。提出了全新的要求。第7页，共156页，编辑于2022年，星期三 当前，锂离子等新型蓄电当前，锂离子等新型蓄电池成组应用技术、系统集成技池成组应用技术、系统集成技术和蓄电池储能电源系统研究术和蓄电池储能电源系统研究严重滞后于锂离子等新型蓄电严重滞后于锂离子等新型蓄电池产业的发展。池产业的发展。第8页，共156页，编辑于2022年，星期三 蓄电池成组后，安全性大幅下降、蓄电池成组后，安全性大幅下降、使用寿命大幅缩短，甚至发生电池燃使用寿命大幅缩短，甚至发生电池燃烧爆炸等恶性事故。烧爆炸等恶性事故。蓄电池成组应用技术，仍是制约蓄电池成组应用技术，仍是制约蓄电池储能电源系统、节能与新能源蓄电池储能电源系统、节能与新能源汽车等产业的首要技术瓶颈。汽车等产业的首要技术瓶颈。第9页，共156页，编辑于2022年，星期三 新型蓄电池成组应用技术和蓄新型蓄电池成组应用技术和蓄电池储能电源系统研究及产业发展，电池储能电源系统研究及产业发展，已经成为低碳产业竞争的热点和焦已经成为低碳产业竞争的热点和焦点。点。第10页，共156页，编辑于2022年，星期三 掌握了锂离子等新型蓄掌握了锂离子等新型蓄电池电源系统技术和产业主电池电源系统技术和产业主动权，就掌握了节能与新能动权，就掌握了节能与新能源产业的主导权。源产业的主导权。第11页，共156页，编辑于2022年，星期三 蓄蓄电电池池储储能能电电源源系系统统，是是涉涉及及蓄蓄电电池池、电电力力电电子子、自自动动控控制制、计计算算技技术术、现现场场通通讯讯等等多多个个高高新新技术的技术密集型系统工程。技术的技术密集型系统工程。第12页，共156页，编辑于2022年，星期三衡量储能电源系统技术成熟的主要指标是：衡量储能电源系统技术成熟的主要指标是：储能电源系统中储能电源系统中的蓄电池不会发生的蓄电池不会发生：过充电、过放电、过充电、过放电、过电流、无超温过电流、无超温。第13页，共156页，编辑于2022年，星期三3.1 蓄电池储能电源系统的组成蓄电池储能电源系统的组成第14页，共156页，编辑于2022年，星期三充电设备放电设备电压监测电流监测通讯接口蓄电池手持电子设备锂离子蓄电池储能电源系统手持电子设备锂离子蓄电池储能电源系统第15页，共156页，编辑于2022年，星期三图图3-1 蓄电池储能电源系统的组成蓄电池储能电源系统的组成第16页，共156页，编辑于2022年，星期三 蓄电池储能电源系统，蓄电池储能电源系统，主要主要由蓄由蓄电池监测系统、蓄电池系统和充电设备电池监测系统、蓄电池系统和充电设备中的充电控制系统、蓄电池系统和放电中的充电控制系统、蓄电池系统和放电设备中的放电控制系统，组成了蓄电池设备中的放电控制系统，组成了蓄电池管理系统。管理系统。第17页，共156页，编辑于2022年，星期三3.2 3.2 蓄电池管理系统（蓄电池管理系统（BMSBMS）第18页，共156页，编辑于2022年，星期三充充电电控控制制模模块块用用电电系系统统放放电电控控制制模模块块充充电电控控制制模模块块放放电电控控制制模模块块蓄电池检测和监测装置蓄电池检测和监测装置充充电电装装置置蓄电池管理系统蓄电池管理系统（BMS）蓄电池系统蓄电池系统充电控制系统充电控制系统放电控制系统放电控制系统蓄电池监测系统蓄电池监测系统第19页，共156页，编辑于2022年，星期三 蓄电池管理系统（蓄电池管理系统（BMSBMS）是储）是储能蓄电池电源系统的技术核心和能蓄电池电源系统的技术核心和关键。关键。蓄电池管理系统是国内外在蓄电池管理系统是国内外在储能蓄电池电源系统产业竟争的储能蓄电池电源系统产业竟争的焦点焦点。第20页，共156页，编辑于2022年，星期三 从从“十五十五”计划开始，我国即开展计划开始，我国即开展了以电动汽车储能蓄电池电源系统用蓄了以电动汽车储能蓄电池电源系统用蓄电池管理系统为重点的关键技术和产品电池管理系统为重点的关键技术和产品研究，并取得了重要进展。研究，并取得了重要进展。其中一些技术研究成果已经处于其中一些技术研究成果已经处于国际先进或领先水平。国际先进或领先水平。第21页，共156页，编辑于2022年，星期三 但但这这些些技技术术都都分分散散掌掌握握在在科科研研院院所、大专院校和高技术企业手中。所、大专院校和高技术企业手中。在在市市场场环环境境下下，企企业业间间的的经经济济利利益益、技技术术利利益益和和知知识识产产权权，对对企企业业间间的的合合作形成了难以克服的障碍。作形成了难以克服的障碍。第22页，共156页，编辑于2022年，星期三 技术路线、技术方案和产品性能各不相同。技术路线、技术方案和产品性能各不相同。总体情况看，总体情况看，BMS的研究仍处于无序和的研究仍处于无序和混乱的状态。混乱的状态。因因BMS技术仍与规模化推广应用存在较大技术仍与规模化推广应用存在较大差距，锂离子等新型蓄电池储能电源系统距规差距，锂离子等新型蓄电池储能电源系统距规模化推广应用和产业化仍有较大差距。模化推广应用和产业化仍有较大差距。第23页，共156页，编辑于2022年，星期三 BMS研究存在的主要问题是：研究存在的主要问题是：1、目的和目标认识不一、目的和目标认识不一 BMS的基本目的是：的基本目的是：根据蓄电池对充放电的基本要求，根据蓄电池对充放电的基本要求，对充电和放电进行有效管理，保证蓄对充电和放电进行有效管理，保证蓄电池组安全、高效运行。电池组安全、高效运行。第24页，共156页，编辑于2022年，星期三BMS的基本目标是：的基本目标是：保证蓄电池在充电和放电过程保证蓄电池在充电和放电过程中，不发生中，不发生单体蓄电池单体蓄电池：过充电、过充电、过放电、过放电、过电流过电流 和超温。和超温。第25页，共156页，编辑于2022年，星期三当前：当前：大多数大多数BMS并不具备充电管理和放并不具备充电管理和放电管理功能，重点集中在电压、电流、电管理功能，重点集中在电压、电流、温度采样和荷电状态估计方面。温度采样和荷电状态估计方面。对对BMS的基本目标和目的认识，仍处的基本目标和目的认识，仍处于混乱状态。于混乱状态。第26页，共156页，编辑于2022年，星期三 2 2、混淆、混淆“单体蓄电池单体蓄电池”和和“蓄电池组蓄电池组”概念问题突出；概念问题突出；混淆了混淆了“蓄电池应用技术蓄电池应用技术”和和“蓄电池成蓄电池成组应用技术组应用技术”“单体蓄电池单体蓄电池”和和“蓄电池组蓄电池组”是完全是完全不同的两个概念。不同的两个概念。第27页，共156页，编辑于2022年，星期三单体蓄电池单体蓄电池 特指安装在一个机械容器内的正极、负特指安装在一个机械容器内的正极、负极和电解质的组合。其显著特征是正负电极极和电解质的组合。其显著特征是正负电极在同一电解质内。在同一电解质内。其电气特性表现为唯一性。其电气特性表现为唯一性。蓄电池应用技术蓄电池应用技术研究研究内容主要是：研究研究内容主要是：单体蓄电池充电特性和充电方法、放电特性单体蓄电池充电特性和充电方法、放电特性和放电方法、失效机理和防止失效的方法等和放电方法、失效机理和防止失效的方法等研究。研究。第28页，共156页，编辑于2022年，星期三蓄电池组蓄电池组 特指特指“由电路相联的若干个锂离子蓄由电路相联的若干个锂离子蓄电池单体的组合电池单体的组合”。其特点是：其特点是：（1）由电路连接的正负电极，不在同）由电路连接的正负电极，不在同一电解质内。一电解质内。（2）各单体蓄电池的电气特性具有不）各单体蓄电池的电气特性具有不同的特性。同的特性。第29页，共156页，编辑于2022年，星期三 蓄电池成组应用技术蓄电池成组应用技术研究的研究的主要内容是：主要内容是：满足组成蓄电池组的单体满足组成蓄电池组的单体蓄电池应用技术要求的方法和技蓄电池应用技术要求的方法和技术措施术措施。第30页，共156页，编辑于2022年，星期三3、对蓄电池管理系统定义混乱、对蓄电池管理系统定义混乱 蓄电池管理系统的定义，直接关系到其功能要蓄电池管理系统的定义，直接关系到其功能要求、技术要求和技术指标及总体技术方案。求、技术要求和技术指标及总体技术方案。对定义的不同理解，必然会导致功能要求、技对定义的不同理解，必然会导致功能要求、技术要求和技术指标和总体技术方案的差异。术要求和技术指标和总体技术方案的差异。正确定义蓄电池管理系统的定义，是蓄电正确定义蓄电池管理系统的定义，是蓄电池管理系统研究必须解决的重大问题。池管理系统研究必须解决的重大问题。第31页，共156页，编辑于2022年，星期三 美国电动运输协会试验规程美国电动运输协会试验规程ETA-HTP012 2001ETA-HTP012 2001电动汽电动汽车车载电池能源管理系统中对蓄电池管理系统性能规定的车车载电池能源管理系统中对蓄电池管理系统性能规定的描述如下：描述如下：5 电池能量管理系统（电池能量管理系统（BEMS）性能检测）性能检测 车辆应装备电池管理系统（车辆应装备电池管理系统（BMS）。）。该系统能控制该系统能控制动力电池包和模块的电压，温度和充电状态。而且，动力电池包和模块的电压，温度和充电状态。而且，BMS能自动限制电池的放电不会低于预定的最低值。能自动限制电池的放电不会低于预定的最低值。充充电系统应包括维持电池包中所有模块在每个充电电系统应包括维持电池包中所有模块在每个充电-放电循环放电循环中温度相同并在允许的温度范围内的装置。中温度相同并在允许的温度范围内的装置。第32页，共156页，编辑于2022年，星期三上述文件中明确蓄电池管理系统（上述文件中明确蓄电池管理系统（BMS）应具有充电电压、温度、充电状态和防止应具有充电电压、温度、充电状态和防止电池过放电的控制性能。电池过放电的控制性能。上述表述明确了蓄电池管理系统的基本上述表述明确了蓄电池管理系统的基本功能是充电和放电管理。功能是充电和放电管理。第33页，共156页，编辑于2022年，星期三 根据蓄电池管理系统的基本目的和目根据蓄电池管理系统的基本目的和目标，标，蓄电池管理系统特指蓄电池管理系统特指：安装在蓄电池模块、蓄电池总成和充安装在蓄电池模块、蓄电池总成和充电设备、放电设备内，用于组成蓄电池充电设备、放电设备内，用于组成蓄电池充电管理和放电管理的电路集合。电管理和放电管理的电路集合。其中主要包括充电控制电路、放电控制其中主要包括充电控制电路、放电控制电路和蓄电池状态监测电路等。电路和蓄电池状态监测电路等。第34页，共156页，编辑于2022年，星期三充电设备放电设备电压监测电流监测通讯接口蓄电池便携式电子设备的蓄电池储能电源系统和蓄电池管理系统便携式电子设备的蓄电池储能电源系统和蓄电池管理系统第35页，共156页，编辑于2022年，星期三 GB/T 19596-2004 GB/T 19596-2004 电动汽车术语关于蓄电动汽车术语关于蓄电池管理系统定义如下：电池管理系统定义如下：“3.3.2.1.4 “3.3.2.1.4 蓄电池管理系统蓄电池管理系统 battery battery management system”management system”“可以控制蓄电池输入和输出功率，可以控制蓄电池输入和输出功率，监视蓄监视蓄电池的状态（温度、电压、荷电状态），为蓄电电池的状态（温度、电压、荷电状态），为蓄电池提供通讯接口的系统池提供通讯接口的系统”第36页，共156页，编辑于2022年，星期三 GB/T 19596GB/T 19596与与ETA-HTP012 ETA-HTP012 在蓄电池管理系统定义上在蓄电池管理系统定义上存在实质的差别在于：存在实质的差别在于：ETA-HTP012ZH ETA-HTP012ZH中的描述是：中的描述是：“能控制能控制动力电池包和模块的动力电池包和模块的电压，温度和充电状态电压，温度和充电状态。而且，而且，BMSBMS能自动限制能自动限制电池的放电电池的放电不会低于预定的最低值不会低于预定的最低值”。GB/T 19596 GB/T 19596的描述是：的描述是：“可以控制可以控制蓄电池蓄电池输入和输出功率输入和输出功率，监视监视蓄电池的状蓄电池的状态（温度、电压、荷电状态），为蓄电池提供通讯接口的系态（温度、电压、荷电状态），为蓄电池提供通讯接口的系统统”第37页，共156页，编辑于2022年，星期三 当前当前“蓄电池管理系统蓄电池管理系统”，仅为，仅为蓄电池管理系统中的蓄电池状态监测蓄电池管理系统中的蓄电池状态监测电路。电路。上述定义上的差别，是造成当前上述定义上的差别，是造成当前将将“监视蓄电池的状态（温度、电压、监视蓄电池的状态（温度、电压、荷电状态）荷电状态）”的装置定义为管理系统的装置定义为管理系统的主要原因。的主要原因。第38页，共156页，编辑于2022年，星期三 4、过度强调荷电状态（、过度强调荷电状态（SOC）的）的作用作用 当前，蓄电池管理系统的研究的技当前，蓄电池管理系统的研究的技术重点都集中在荷电状态（术重点都集中在荷电状态（SOC）估计）估计技术上。技术上。第39页，共156页，编辑于2022年，星期三一些研究人员认为：一些研究人员认为：蓄电池允许充放电电流与蓄电池允许充放电电流与SOC相关。相关。只要准确估计到蓄电池的只要准确估计到蓄电池的SOC值，就可值，就可以计算出最优充电电流和放电电流值。以计算出最优充电电流和放电电流值。就可以防止发生蓄电池的过充电、过放就可以防止发生蓄电池的过充电、过放电、超温和过流。电、超温和过流。将防止蓄电池过充电、过放电、过电流将防止蓄电池过充电、过放电、过电流的希望都寄托在准确的荷电状态（的希望都寄托在准确的荷电状态（SOC）估）估计。计。第40页，共156页，编辑于2022年，星期三 在基于端电压的成组应用技在基于端电压的成组应用技术条件下，基于术条件下，基于SOC能量管理技能量管理技术一度在铅蓄电池管理方面发挥术一度在铅蓄电池管理方面发挥过一定的作用。过一定的作用。第41页，共156页，编辑于2022年，星期三 铅蓄电池的开路电压与电解液的密度和铅蓄电池的开路电压与电解液的密度和荷电状态符合简单的线性关系，可以比较准确荷电状态符合简单的线性关系，可以比较准确测量出测量出SOC。第42页，共156页，编辑于2022年，星期三第43页，共156页，编辑于2022年，星期三 在在铅铅酸酸蓄蓄电电池池使使用用维维护护过过程程中中，一一直直以以电电解解液液密密度度变变化化0.04,荷荷电电状状态态变化变化25%；开开路路电电压压上上升升或或下下降降0.04V，蓄蓄电电池池荷荷电电状状态态变变化化25%；作作为为判判断断蓄蓄电电池贺电状态的依据。池贺电状态的依据。第44页，共156页，编辑于2022年，星期三 铅蓄电池具有良好的自动均衡特性，充铅蓄电池具有良好的自动均衡特性，充电电流无需十分精确。电电流无需十分精确。由于技术的局限，和阀控铅蓄电池有：由于技术的局限，和阀控铅蓄电池有：较大残存荷电；较大残存荷电；过放电对电池伤害程度；过放电对电池伤害程度；过放电的可恢复性；过放电的可恢复性；采用基于端电压的情况下，采用基于容采用基于端电压的情况下，采用基于容量的量的 SOC 进行能量管理，是基本可用得权进行能量管理，是基本可用得权宜之计。宜之计。第45页，共156页，编辑于2022年，星期三 锂离子锂离子蓄电池基本没有自动均衡性能，蓄电池基本没有自动均衡性能，要求精确控制充电电流。要求精确控制充电电流。要求完全放电；要求完全放电；过放电对电池会造成严重伤害；过放电对电池会造成严重伤害；一些电池过放电将造成容量丧失；一些电池过放电将造成容量丧失；采用基于端电压的情况下，采用基于容采用基于端电压的情况下，采用基于容量的量的 SOC 不能防止过充电、过放电和过电不能防止过充电、过放电和过电流。流。第46页，共156页，编辑于2022年，星期三 正常的锂离子蓄电池组；正常的锂离子蓄电池组；不均衡性主要标准在极端单体蓄电池的充放电不均衡性主要标准在极端单体蓄电池的充放电后期。后期。第47页，共156页，编辑于2022年，星期三第48页，共156页，编辑于2022年，星期三 锂离子蓄电池的电压与荷电状态不具备锂离子蓄电池的电压与荷电状态不具备图图3-3的特性。的特性。根据蓄电池电压、难以准确估计蓄电池根据蓄电池电压、难以准确估计蓄电池的的SOC。锂离子蓄电池不具备铅蓄电池的自动均锂离子蓄电池不具备铅蓄电池的自动均衡特性，对充电电流的准确度要求很高，否衡特性，对充电电流的准确度要求很高，否则，将造成过充电、过放电，对蓄电池造成则，将造成过充电、过放电，对蓄电池造成严重伤害。严重伤害。第49页，共156页，编辑于2022年，星期三 从蓄电池充放电管理需求考虑，关键是从蓄电池充放电管理需求考虑，关键是可靠性，过高的采样精度要求，除增加成本可靠性，过高的采样精度要求，除增加成本外，对提高蓄电池充放电管理的质量没有实外，对提高蓄电池充放电管理的质量没有实质作用。质作用。当前，过度强调荷电状态（当前，过度强调荷电状态（SOC）估计）估计的作用，过度强调电压采样、温度采样和电的作用，过度强调电压采样、温度采样和电流采样的高精度，流采样的高精度，是没有正确定位是没有正确定位 BMS 的的功能和目标，将重点放在蓄电池监测方面，功能和目标，将重点放在蓄电池监测方面，对对BMS的基本功能充电和放电管理忽略所致。的基本功能充电和放电管理忽略所致。第50页，共156页，编辑于2022年，星期三 蓄电池，特别是高功率型蓄电池蓄电池，特别是高功率型蓄电池的内阻与蓄电池的荷电状态没有明的内阻与蓄电池的荷电状态没有明确的关系。确的关系。相同荷电状态，而不同厂牌，相同荷电状态，而不同厂牌，同一厂牌蓄电池的不同技术状态，同一厂牌蓄电池的不同技术状态，内阻相差悬殊，允许最大充电电流内阻相差悬殊，允许最大充电电流和放电电流差别很大。和放电电流差别很大。第51页，共156页，编辑于2022年，星期三 依依据据荷荷电电状状态态进进行行能能量量管管理理，只只能能适适用用于于特特定定蓄蓄电电池池的的特特定定时时间间内，不具有一般性荷普遍性。内，不具有一般性荷普遍性。不不可可能能建建立立具具有有一一般般性性和和普普遍遍适用性的基于荷电状态的数学模型。适用性的基于荷电状态的数学模型。第52页，共156页，编辑于2022年，星期三 3.2.13.2.1蓄电池管理目的蓄电池管理目的第53页，共156页，编辑于2022年，星期三 蓄电池管理系统的基本目的是：蓄电池管理系统的基本目的是：通过对蓄电池组充电过程和放电过通过对蓄电池组充电过程和放电过程进行有效管理，以防止蓄电池在充放程进行有效管理，以防止蓄电池在充放电过程中超过允许工作，保证蓄电池安电过程中超过允许工作，保证蓄电池安全、高效、经济运行。全、高效、经济运行。第54页，共156页，编辑于2022年，星期三3.2.2 蓄电池管理的目标蓄电池管理的目标第55页，共156页，编辑于2022年，星期三蓄电池管理系统的目标是：蓄电池管理系统的目标是：确保蓄电池在充电过程中不发确保蓄电池在充电过程中不发生生:过充电、过充电、过放电、过放电、过电流过电流 超温。超温。第56页，共156页，编辑于2022年，星期三3.2.3 管理系统的组成管理系统的组成第57页，共156页，编辑于2022年，星期三 为了实现上述管理目标，蓄电池管理为了实现上述管理目标，蓄电池管理系统的组成如图系统的组成如图3-53-5。第58页，共156页，编辑于2022年，星期三 充电控制电路包括：充电控制电路包括：蓄电池系统中的充电控制蓄电池系统中的充电控制电路，和充电设备内与蓄电池电路，和充电设备内与蓄电池系统充电控制电路连接的充电系统充电控制电路连接的充电控制电路。控制电路。第59页，共156页，编辑于2022年，星期三主要功能是：主要功能是：在蓄电池监控电路的支撑下，在蓄电池监控电路的支撑下，依据蓄电池组所有蓄电池的实际依据蓄电池组所有蓄电池的实际状态，对充电过程进行实时控制，状态，对充电过程进行实时控制，以防止在充电过程中蓄电池发生以防止在充电过程中蓄电池发生过充电、过电流和超温。过充电、过电流和超温。第60页，共156页，编辑于2022年，星期三放电控制电路包括：放电控制电路包括：蓄电池系统中的充电控制蓄电池系统中的充电控制电路，和充电设备内与蓄电池电路，和充电设备内与蓄电池系统充电控制电路连接的充电系统充电控制电路连接的充电控制电路。控制电路。第61页，共156页，编辑于2022年，星期三主要功能是：主要功能是：在蓄电池监控电路的支撑下，在蓄电池监控电路的支撑下，依据蓄电池组所有蓄电池的实际状依据蓄电池组所有蓄电池的实际状态，对放电过程进行实施控制，以态，对放电过程进行实施控制，以防止在放电过程中蓄电池发生过充防止在放电过程中蓄电池发生过充电、过电流和超温。电、过电流和超温。第62页，共156页，编辑于2022年，星期三蓄电池监测电路：蓄电池监测电路：是蓄电池管理系统的控制是蓄电池管理系统的控制决策用信息支撑。决策用信息支撑。第63页，共156页，编辑于2022年，星期三 在一个蓄电池储能电源系统中，蓄电在一个蓄电池储能电源系统中，蓄电池管理系统是抽象地存在于蓄电池储能电池管理系统是抽象地存在于蓄电池储能电源中，难以准确划分。源中，难以准确划分。因为，组成蓄电池管理系统的电路分散因为，组成蓄电池管理系统的电路分散在蓄电池模块和蓄电池，用电设备和充电设在蓄电池模块和蓄电池，用电设备和充电设备中，不能形成独立的产品。备中，不能形成独立的产品。第64页，共156页，编辑于2022年，星期三 锂离子蓄电池总成通用要求锂离子蓄电池总成通用要求（报批稿）（报批稿）规定了四种配置的蓄电池管理系统：规定了四种配置的蓄电池管理系统：（1 1）标准配置；）标准配置；（2 2）均衡配置；）均衡配置；（3 3）基本配置；）基本配置；（4 4）I/OI/O配置。配置。第65页，共156页，编辑于2022年，星期三第66页，共156页，编辑于2022年，星期三标准配置蓄电池管理系统：标准配置蓄电池管理系统：配置有互为安全冗余的配置有互为安全冗余的数字蓄系统数字蓄系统和和模拟模拟系统系统。数字系统包括：数字系统包括：单体电池、电池组端电压，充放电电流和单体电池、电池组端电压，充放电电流和温度数字采样和数字数据交换系统。温度数字采样和数字数据交换系统。数锯传输采用数锯传输采用CANCAN通讯。通讯。第67页，共156页，编辑于2022年，星期三模拟系统包括：模拟系统包括：单体蓄电池电压监测电路、充电单体蓄电池电压监测电路、充电和放电控制电路、充电控制导引电路和放电控制电路、充电控制导引电路组成。组成。两套电路是完全独立工作，组成两套电路是完全独立工作，组成了可靠性很高的冗余系统。了可靠性很高的冗余系统。第68页，共156页，编辑于2022年，星期三 电动汽车用蓄电池电源系电动汽车用蓄电池电源系统、兆瓦级蓄电池储能系统等统、兆瓦级蓄电池储能系统等要求较高的，应选用标准配置要求较高的，应选用标准配置的蓄电池管理系统。的蓄电池管理系统。第69页，共156页，编辑于2022年，星期三均衡型蓄电池管理系统：均衡型蓄电池管理系统：在标准配置的基础上，增加了蓄电池自动在标准配置的基础上，增加了蓄电池自动均衡电路。均衡电路。适用于连续浮充电模式（如通信电源、适用于连续浮充电模式（如通信电源、UPS等）的蓄电池电源系统。等）的蓄电池电源系统。工作于循环充电模式和非连续浮充电模式的工作于循环充电模式和非连续浮充电模式的蓄电池储能电源系统，不宜采用均衡配置的蓄电蓄电池储能电源系统，不宜采用均衡配置的蓄电池模块。池模块。第70页，共156页，编辑于2022年，星期三基本型蓄电池管理系统：基本型蓄电池管理系统：除没有数字系统外，其余与标除没有数字系统外，其余与标准配置的蓄电池管理系统相同。准配置的蓄电池管理系统相同。其特点是结构简单，工作可靠，其特点是结构简单，工作可靠，接口简便，成本低廉。接口简便，成本低廉。第71页，共156页，编辑于2022年，星期三基本配制基本配制BMS的显著优势是：的显著优势是：可以充分利用可以充分利用基于端电压基于端电压控制方法的充放电设控制方法的充放电设备，实现备，实现基于极端单体电池基于极端单体电池高精度充放电控制。高精度充放电控制。是通讯电源等产品采用锂离子蓄电池替代铅是通讯电源等产品采用锂离子蓄电池替代铅酸蓄电池的最佳方案。酸蓄电池的最佳方案。对于不需要数字数据的蓄电池储能电源系对于不需要数字数据的蓄电池储能电源系统，可以采用基本配置的蓄电池管理系统。统，可以采用基本配置的蓄电池管理系统。第72页，共156页，编辑于2022年，星期三I/O配置蓄电池管理系统：配置蓄电池管理系统：是适应对成本要求严格的小电流充电是适应对成本要求严格的小电流充电和放电设备用蓄电池储能电源提供的一个和放电设备用蓄电池储能电源提供的一个低成本解决方案。低成本解决方案。其中，内置式其中，内置式I/O配置蓄电池管理系配置蓄电池管理系统，适用于在能源，交通，通讯等行业直统，适用于在能源，交通，通讯等行业直接替代低压（如接替代低压（如12V、24V、36V、48V）铅蓄电池组。铅蓄电池组。第73页，共156页，编辑于2022年，星期三具体规定见：具体规定见：锂离子蓄电池总成通用要求锂离子蓄电池总成通用要求（报批稿），（报批稿），锂离子蓄电池总成接口和通讯协议锂离子蓄电池总成接口和通讯协议（报批稿）（报批稿）锰酸锂蓄电池模块通用要求锰酸锂蓄电池模块通用要求（报批稿）（报批稿）磷酸亚铁锂蓄电池模块用要求磷酸亚铁锂蓄电池模块用要求（报批稿）（报批稿）第74页，共156页，编辑于2022年，星期三3.2.4 蓄电池监测设备蓄电池监测设备第75页，共156页，编辑于2022年，星期三蓄电池监测电路蓄电池监测电路 是对蓄电池工作状态进行实时检测的电是对蓄电池工作状态进行实时检测的电路。路。基本功能是为充电管理和放电管理电路基本功能是为充电管理和放电管理电路管理系统提供控制源数据。管理系统提供控制源数据。是蓄电池管理系统基本组成部分。是蓄电池管理系统基本组成部分。第76页，共156页，编辑于2022年，星期三 蓄电池充电和放电控制对信息采样的蓄电池充电和放电控制对信息采样的分辨率和精度要求相对较低。分辨率和精度要求相对较低。从从实际需求和最优性价比实际需求和最优性价比考虑，锂离考虑，锂离子蓄电池电源系统行业基础标准中规定电压子蓄电池电源系统行业基础标准中规定电压采样分辨率为采样分辨率为0.01V,电流采样分辨率为电流采样分辨率为0.1V。第77页，共156页，编辑于2022年，星期三 在大功率蓄电池储能电源设备在大功率蓄电池储能电源设备中，电磁骚扰十分严重，工作环境中，电磁骚扰十分严重，工作环境十分恶劣，对电路的抗电磁骚扰设十分恶劣，对电路的抗电磁骚扰设计和可靠性设计要求高，对电路工计和可靠性设计要求高，对电路工作的稳定性和可靠性要求比较高作的稳定性和可靠性要求比较高第78页，共156页，编辑于2022年，星期三3.2.4.1 蓄电池监测电路蓄电池监测电路的基本检测内容的基本检测内容第79页，共156页，编辑于2022年，星期三蓄电池监测电路蓄电池监测电路的的基本监测内容：基本监测内容：单体蓄电池的电压（分辨率为单体蓄电池的电压（分辨率为0.01V0.01V）；）；蓄电池总成端电压（分辨率为蓄电池总成端电压（分辨率为0.1V0.1V）；）；充电电流和放电电流（分辨率为充电电流和放电电流（分辨率为0.1A0.1A）；）；蓄电池箱内温度（分辨率为蓄电池箱内温度（分辨率为11）；）；(必要时必要时)电池温度（分辨率为电池温度（分辨率为11）；）；蓄电池荷电状态的估计（分辨率为蓄电池荷电状态的估计（分辨率为1%1%）;充电和放电能量充电和放电能量(分辨率为分辨率为0.01kWh0.01kWh）;实际能量实际能量(分辨率为分辨率为0.01kWh0.01kWh）;工作状态（故障）检测。工作状态（故障）检测。第80页，共156页，编辑于2022年，星期三3.2.4.2 单体电池电压采样单体电池电压采样第81页，共156页，编辑于2022年，星期三 单体蓄电池电压监测的可靠性，是采用单体蓄电池电压监测的可靠性，是采用基于极端单体蓄电池充放电技术的蓄电池管基于极端单体蓄电池充放电技术的蓄电池管理系统可靠、有效的基础。理系统可靠、有效的基础。若蓄电池单体电压监测为若蓄电池单体电压监测为不可置信不可置信，就，就丧失了蓄电池管理系统可靠性的基本技术丧失了蓄电池管理系统可靠性的基本技术保障。保障。第82页，共156页，编辑于2022年，星期三 当前，蓄电池管理系统的单当前，蓄电池管理系统的单体电池监测都是采用单一的数字体电池监测都是采用单一的数字采样。采样。单一的数字采样存在两个突单一的数字采样存在两个突出的问题，影响到采样结果的可出的问题，影响到采样结果的可信度。信度。第83页，共156页，编辑于2022年，星期三第一个问题是：第一个问题是：输入阻抗对采样数据的影响问题输入阻抗对采样数据的影响问题（如下图）。（如下图）。第84页，共156页，编辑于2022年，星期三图图3-6 输入寄生电阻对采样的影响输入寄生电阻对采样的影响第一个问题是：第一个问题是：采样失调采样失调 输入阻抗对采样数据的影响问题输入阻抗对采样数据的影响问题（如下图）。（如下图）。第85页，共156页，编辑于2022年，星期三第二个问题是：第二个问题是：当前，用于蓄电池管理系统的采样电路，基本是采用当前，用于蓄电池管理系统的采样电路，基本是采用图图3-73-7的结构。的结构。图图3-7 串联采样输入电路串联采样输入电路第86页，共156页，编辑于2022年，星期三 这类电路适用于小电流应用。这类电路适用于小电流应用。当电流比较小时，如手提电脑、电当电流比较小时，如手提电脑、电动自行车蓄电池，连接阻抗动自行车蓄电池，连接阻抗R1对电压采对电压采样的影响比较小，影响不大；样的影响比较小，影响不大；当电流较大时，如电动汽车用电池组，当电流较大时，如电动汽车用电池组，连接阻抗连接阻抗R1对电池对电池B2电压采样的影响是不电压采样的影响是不可忽视的。可忽视的。第87页，共156页，编辑于2022年，星期三电路图电路图3-8存在一个不可忽视的问题：存在一个不可忽视的问题：当有电流流过蓄电池时，蓄电池当有电流流过蓄电池时，蓄电池2采样点采样点实际采集的电压，是实际采集的电压，是R1上的电压与蓄电池上的电压与蓄电池B2的电压的代数和。的电压的代数和。R1包括电池连接线和两端的接触阻抗。连接线包括电池连接线和两端的接触阻抗。连接线的直流阻抗比较稳定，但两端的接触阻抗和在高频的直流阻抗比较稳定，但两端的接触阻抗和在高频条件下的交流阻抗，是不稳定的。条件下的交流阻抗，是不稳定的。第88页，共156页，编辑于2022年，星期三 图图3-9是是XX电动公交车蓄电池组单电动公交车蓄电池组单体电池电压采样结果，接触电阻和接体电池电压采样结果，接触电阻和接触不当对单体电池电压采样产生的误触不当对单体电池电压采样产生的误差十分明显。差十分明显。图图3-9 不当连接产生的单体电池测量误差不当连接产生的单体电池测量误差第89页，共156页，编辑于2022年，星期三 为了克服上述第一个主要问题，为了克服上述第一个主要问题，锂离子蓄电池总成通用要求（报批锂离子蓄电池总成通用要求（报批稿），规定了蓄电池管理系统单体蓄电稿），规定了蓄电池管理系统单体蓄电池电压采样应采用数字采样和模拟采池电压采样应采用数字采样和模拟采样互为安全冗余的高可靠性采样电路，样互为安全冗余的高可靠性采样电路，以提高采样数据的可信度。以提高采样数据的可信度。第90页，共156页，编辑于2022年，星期三 采用具有安全冗余的数字采样采用具有安全冗余的数字采样和模拟采样的蓄电池模块电路组成和模拟采样的蓄电池模块电路组成如图如图3-103-10。具体采样电路应根据产品需具体采样电路应根据产品需求，选择性价比最优的电路。求，选择性价比最优的电路。第91页，共156页，编辑于2022年，星期三图图3-10 标准化蓄电池模块组成标准化蓄电池模块组成第92页，共156页，编辑于2022年，星期三 电流在电池间连接阻抗上产生的电电流在电池间连接阻抗上产生的电压，对采样没有明显影响的小功率低压压，对采样没有明显影响的小功率低压电子设备用蓄电池管理系统的电压采样电子设备用蓄电池管理系统的电压采样电路，可以选择如图电路，可以选择如图3-8类似的集成化采类似的集成化采样电路。样电路。可靠性要求较低的低压蓄电池系统，可靠性要求较低的低压蓄电池系统，可以采用单一的模拟可以采用单一的模拟第93页，共156页，编辑于2022年，星期三3.2.4.2 同步采样同步采样第94页，共156页，编辑于2022年，星期三 电动汽车行驶过程中蓄电池输出电流曲线如下图。电动汽车行驶过程中蓄电池输出电流曲线如下图。时间时间(s)电电流流(A)电流汽车行驶过程中蓄电池输出电流程曲线电流汽车行驶过程中蓄电池输出电流程曲线第95页，共156页，编辑于2022年，星期三不同负载情况下的电池电压不同负载情况下的电池电压:小负载情况下的蓄电池电压状态小负载情况下的蓄电池电压状态大负载情况下的蓄电池电压状态大负载情况下的蓄电池电压状态充电情况下的蓄电池电压状态充电情况下的蓄电池电压状