《储能电源系统》PPT课件.ppt

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1、工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心2010-10全国信息专业技术人才知识更新工程培训全国信息专业技术人才知识更新工程培训蓄电池储能电源系统蓄电池储能电源系统第五讲第五讲新型蓄电池储能电源系统新型蓄电池储能电源系统工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 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组成；的组成；蓄蓄电电池池管管理理系系统统的的基基本本功功能能、组组成成和和充电和放电系统；充电和放电系统；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-镍蓄电池储能电源系统对充电设备的要求。镍蓄

2、电池储能电源系统对充电设备的要求。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 锂离子锂离子等新型等新型蓄电池蓄电池越来越引起越来越引起产业界和用户的关注。产业界和用户的关注。锂离子等新型蓄电池已经成为支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，撑智能电网、风能发电、光伏发电，节能与新能源汽车等低碳产业的发展节能与新能源汽车等低碳产业的发展的的技术技术关键。关键。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 在节能与新能源产业的驱动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下，我国锂离子等新型蓄电池产业得到快速发展；业得到

3、快速发展；其中大容量其中大容量能量型能量型锂离子蓄锂离子蓄电池产业发展电池产业发展，已经处于国际领已经处于国际领先地位。先地位。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 当前，大容量锂离子蓄电池的性当前，大容量锂离子蓄电池的性能已经基本能够满足设计要求；能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，池，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锂离子蓄电池已经显著优于阀控铅蓄电池。电池。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 从单体蓄电池的性能、从单体蓄

4、电池的性能、经济性和产业化基础考虑，经济性和产业化基础考虑，大容量能量型锂离子蓄电池大容量能量型锂离子蓄电池规模化推广应用和产业化的规模化推广应用和产业化的条件已经基本成熟条件已经基本成熟。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 锂离子等新型蓄电池对过充电、过放锂离子等新型蓄电池对过充电、过放电、过电流、超温等十分敏感电、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，将造成使过充电、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、爆炸用寿命缩短，甚至发生蓄电池燃烧、爆炸等恶性事故。等恶

5、性事故。锂离子等新型蓄电池锂离子等新型蓄电池，对成组应用对成组应用技术提出了全新的要求。技术提出了全新的要求。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 当前，锂离子等新型蓄当前，锂离子等新型蓄电池成组应用技术、系统集电池成组应用技术、系统集成技术和蓄电池储能电源系成技术和蓄电池储能电源系统研究严重滞后于锂离子等统研究严重滞后于锂离子等新型蓄电池产业的发展。新型蓄电池产业的发展。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 蓄电池成组后，安全性大幅下蓄电池成组后，安全性大幅下降、使用寿命大幅缩短，甚至发生电降、使用寿命大幅缩短，甚至发生电池燃烧爆炸

6、等恶性事故池燃烧爆炸等恶性事故。蓄电池蓄电池成组应用技术，成组应用技术，仍是制约仍是制约蓄电池储能电源系统、蓄电池储能电源系统、节能与新能源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。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 新型蓄电池成组应用技术和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蓄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发展，已经成为低碳产业竞争的热点和焦点。热点和焦点。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 掌握了锂离子等新型掌握了锂离子等新型蓄电池电源系统技术和产蓄电池电源系统技术

7、和产业主动权，业主动权，就掌握了就掌握了节能节能与新能源产业的主导权。与新能源产业的主导权。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 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。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心衡量衡量储能电源系统储能电源系统技术成熟的主要指标是：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的蓄电池蓄电池不会发生不会发生：过充电、过放电、过充电、过放电

8、、过电流、无超温过电流、无超温。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心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工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心充电设备充电设备放电设备放电设备电压监测电压监测电流监测电流监测通讯接口通讯接口蓄电池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工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心图图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工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 蓄电池储能电源系统，蓄

9、电池储能电源系统，主要主要由由蓄电池监测系统、蓄电池系统和充电蓄电池监测系统、蓄电池系统和充电设备中的充电控制系统、蓄电池系统设备中的充电控制系统、蓄电池系统和放电设备中的放电控制系统，组成和放电设备中的放电控制系统，组成了蓄电池管理系统。了蓄电池管理系统。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心3.2 3.2 蓄电池管理系统（蓄电池管理系统（BMSBMS）工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心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

10、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工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 蓄电池管理系统（蓄电池管理系统（BMSBMS）是）是储能蓄电池电源系统的技术核储能蓄电池电源系统的技术核心和关键。心和关键。蓄电池管理系统是国内外蓄电池管理系统是国内外在储能蓄电池电源系统产业竟在储能蓄电池电源系统产业竟争的焦点争的焦点。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 从从“十五十五”计划开始，我国即开计划开始，我国即开展了以电动汽车储能蓄

11、电池电源系展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统用蓄电池管理系统为重点的关键技术技术和和产品研究，并取得了重要进产品研究，并取得了重要进展。展。其中一些技术研究成果已经处其中一些技术研究成果已经处于国际先进或领先水平。于国际先进或领先水平。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 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合作形成了难以克服的障碍。的合作形成

12、了难以克服的障碍。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 技术路线技术路线、技术方案技术方案和产品性能和产品性能各不相各不相同同。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技术仍与规模化推广应用存在较大差距，锂离子等新型大差距，锂离子等新型蓄电池蓄电池储能储能电源系统电源系统距规模化推广应用和产业化仍有较大差距距规模化推广应用和产业化仍有较大差距。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 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

13、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，求，对充电和放电进行有效管理，保证蓄电池组安全、高效运行。保证蓄电池组安全、高效运行。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心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保证蓄电池在充电和放电过程中，不发生程中，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。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心当前：当前：大多数大多数BMS并不具备充电管理和并

14、不具备充电管理和放电管理功能，重点集中在电压、电放电管理功能，重点集中在电压、电流、温度采样和荷电状态估计方面。流、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，的基本目标和目的认识，仍处于混乱状态。仍处于混乱状态。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 2 2、混淆、混淆“单体蓄电池单体蓄电池”和和“蓄电池蓄电池组组”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“蓄蓄电池成组应用技术电池成组应用技术”“单体蓄电池单体蓄电池”和和“蓄电池组蓄电池组”是是完全不同的两个概念。完全不同的两个概念。工信部工信部 储能电源系统工

15、程师培训中心储能电源系统工程师培训中心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。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心蓄电池组蓄电池组

16、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。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 蓄蓄电池成池成组应用技用技术研究研究的主要内容是：的主要内容是：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蓄电池应用技术要求的方法和技术措施技术措施。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心3

17、、对蓄电池管理系统定义对蓄电池管理系统定义混乱混乱 蓄电池管理系统的定义，直接关系到其功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。能要求、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、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。技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。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 美国电动运输协会试验规程美国

18、电动运输协会试验规程ETA-HTP012 2001ETA-HTP012 2001电动汽车车载电池能源管理系统中对蓄电池管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描述如下：理系统性能规定的描述如下：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）。）。该系统能该系统能控制动力电池包和模块的电压，温度和充电状态。控制动力电池包和模块的电压，温度和充电状态。而且，而且，BMS能自动限制电池的放电不会低于预定的能自动限制电池的放电不会低于预定的最低值。最低值。充电系统应包括维持电池包中所有模块在充电系统应包括

19、维持电池包中所有模块在每个充电每个充电-放电循环中温度相同并在允许的温度范围放电循环中温度相同并在允许的温度范围内的装置。内的装置。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心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。防止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。本功能是充电和放电管理。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 根据蓄电池管理系统的基本目的和根据蓄电

20、池管理系统的基本目的和目标，目标，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。池充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。控制电路和蓄电池状态监测电路等。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心充电设备充电设备放电设备放电设备电压监测电压监测电流监测电流监测通讯接口通讯接口蓄电池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

21、式电子设备的蓄电池储能电源系统和蓄电池管理系统工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 GB/T 19596-2004 GB/T 19596-2004 电动汽车术语关于电动汽车术语关于蓄电池管理系统定义如下：蓄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，监视监视蓄电池的状态（温度、电压、荷电状态），为蓄电池的状态（温度、电压、荷电状态），为蓄电池提供通讯

22、接口的系统蓄电池提供通讯接口的系统”工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 GB/T 19596GB/T 19596与与ETA-HTP012 ETA-HTP012 在蓄电池管理系统定在蓄电池管理系统定义上存在实质的差别在于：义上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，温度和充电电压，温度和充电状态状态。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不会低于预定的最低值定的最低值”。GB/T 19596 GB/T 19596的描述

23、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，监视监视蓄电池蓄电池的状态（温度、电压、荷电状态），为蓄电池提供通的状态（温度、电压、荷电状态），为蓄电池提供通讯接口的系统讯接口的系统”工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 当前当前“蓄电池管理系统蓄电池管理系统”，仅为蓄，仅为蓄电池管理系统中的蓄电池状态监测电电池管理系统中的蓄电池状态监测电路。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

24、因。的主要原因。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 4、过度强调荷电状态（过度强调荷电状态（SOC）的作用的作用 当前，蓄电池管理系统的研究的当前，蓄电池管理系统的研究的技术重点都集中在荷电状态（技术重点都集中在荷电状态（SOC）估计技术上。估计技术上。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心一些研究人员认为：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

25、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。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 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能量管理能量管理技术一度在铅蓄电池管理方面发技术一度在铅蓄电池管理方面发挥过一定的作用。挥过一定的作用。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 铅蓄电池的开路电压与电解液的密度和铅蓄电池的

26、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荷电状态符合简单的线性关系，可以比较准，可以比较准确测量出确测量出SOC。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 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,荷荷电电状状态变化态变化25%；开开路路电电压压上上升升或或下下降降，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。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中

27、心 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，由于技术的局限，和阀控铅蓄电池有：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，是进行能量管理，是基本可用得权基本可用得权宜之计宜之计。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 锂离子锂离子蓄电池蓄电池基本没有自动均衡性能基本没有自动均衡性能，要求要求精确精确控制控

28、制充电电流。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。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 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不均衡性主要标准在极端单体蓄电池的充放电后期。电后期。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心工信部工信部

29、储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 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。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 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

30、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。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师

31、培训中心 蓄电池，特别是高功率型蓄电蓄电池，特别是高功率型蓄电池的内阻与蓄电池的荷电状态没有池的内阻与蓄电池的荷电状态没有明确的关系。明确的关系。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和放电电流差别很大。放电电流差别很大。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 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内，不具有一般性荷普遍性。间内，不具有一般性荷普遍性。不不可可能能

32、建建立立具具有有一一般般性性和和普普遍遍适适用用性性的的基基于于荷荷电电状状态态的的数数学学模型。模型。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 蓄电池管理目的蓄电池管理目的工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 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：通过通过对蓄电池组充电过程和放电对蓄电池组充电过程和放电过过程程进行进行有效管理有效管理，以防止蓄电池，以防止蓄电池在在充放电充放电过程中超过允许过程中超过允许工作工作，保，保证蓄电池安全、高效、经济运行。证蓄电池安全、高效、经济运行。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心

33、储能电源系统工程师培训中心3.2.2 蓄电池管理的目标蓄电池管理的目标工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心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确保蓄电池在充电过程中不不发生发生:过过充电充电、过过放电放电、过过电流电流 超超温。温。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心3.2.3 管理系统的组成管理系统的组成工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 为了实现上述管理目标，蓄电池管为了实现上述管理目标，蓄电池管理系统的组成如图理系统的组成如图3-53-5。工信部工信部 储能电源系统

34、工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 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。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心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，对充电过程进行状态，对充电过程进行实时实时控制，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。

35、工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心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电路，和充电设备内与蓄电池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。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心主要功能是：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，对放电过程进行实施控制，状态，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以防止在放电过程中蓄电池发生过充电、过电流和超温

36、。过充电、过电流和超温。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心蓄电池监测电路蓄电池监测电路：是蓄电池管理系统的控是蓄电池管理系统的控制决策用信息支撑。制决策用信息支撑。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 在一个蓄电池储能电源系统中，蓄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。能电源中，难以准确划分。因为，组成蓄电池管理系统的电路因为，组成蓄电池管理系统的电路分散在蓄电池模块和蓄电池，用电设备分散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

37、。和充电设备中，不能形成独立的产品。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 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（报批稿）规定了四种配置的蓄电池管理系统：稿）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。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心标准标准配置配置蓄电池管理系统：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数字蓄系统

38、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。流和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。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心模拟系统包括：模拟系统包括：单体蓄电池电压监测电路、充单体蓄电池电压监测电路、充电和放电控制电路、充电控制导引电和放电控制电路、充电控制导引电路组成。电路组成。两套电路是完全独立工作，组两套电路是完全独立工作，组成了可靠性很高的冗余系统。成了可靠性很高的冗余系统。工信部工信部 储能电源系统工程师

39、培训中心储能电源系统工程师培训中心 电动汽车用蓄电池电源电动汽车用蓄电池电源系统、兆瓦级蓄电池储能系系统、兆瓦级蓄电池储能系统统等要求较高的等要求较高的，应选用标，应选用标准配置的蓄电池管理系统。准配置的蓄电池管理系统。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心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，增加了蓄电池自在标准配置的基础上，增加了蓄电池自动均衡电路。动均衡电路。适用于连续浮充电模式（如通适用于连续浮充电模式（如通信信电源电源、UPS等等）的蓄电池电源系统。）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工作于循环充电模式和非连续浮

40、充电模式的蓄电池储能电源系统，不宜采用均衡配式的蓄电池储能电源系统，不宜采用均衡配置的蓄电池模块。置的蓄电池模块。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心基本型蓄电池管理系统：基本型蓄电池管理系统：除没有除没有数字系统数字系统外，其余与外，其余与标准配置的蓄电池管理系统标准配置的蓄电池管理系统相同。相同。其特点是结构简单，工作可其特点是结构简单，工作可靠，接口简便，成本低廉。靠，接口简便，成本低廉。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心基本配制基本配制BMS的的显著优势是：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

41、放控制方法的充放电设备，实现电设备，实现基于极端单体电池基于极端单体电池高精度充放电高精度充放电控制。控制。是通讯电源等产品采用锂离子蓄电池替代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。铅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。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心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充电和放电设备用蓄电池储能电

42、源提供的一个低成本解决方案。供的一个低成本解决方案。其中，内置式其中，内置式I/O配置蓄电池管理配置蓄电池管理系统，适用于在能源，交通，通讯等系统，适用于在能源，交通，通讯等行业直接替代低压（如行业直接替代低压（如12V、24V、36V、48V）铅蓄电池组。）铅蓄电池组。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心具体规定见：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

43、块用要求磷酸亚铁锂蓄电池模块用要求（报批稿）（报批稿）工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心3.2.4 蓄电池监测设备蓄电池监测设备工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心蓄电池监测蓄电池监测电路电路 是是对蓄电池工作状态进行实时检测对蓄电池工作状态进行实时检测的电路。的电路。基本功能基本功能是是为为充电管理和放电管理充电管理和放电管理电路管理电路管理系统提供控制源数据系统提供控制源数据。是是蓄电池管理系统蓄电池管理系统基本基本组成部分组成部分。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 蓄电池充电和放电控制对信息采

44、样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。的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，考虑，锂锂离子蓄电池电源系统行业基础标准中规离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定电压采样分辨率为0.01V,电流采样分电流采样分辨率为辨率为0.1V。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 在大功率蓄电池储能电源设在大功率蓄电池储能电源设备中，电磁骚扰十分严重，工作备中，电磁骚扰十分严重，工作环境十分恶劣，对电路的抗电磁环境十分恶劣，对电路的抗电磁骚扰设计和可靠性设计要求高，骚扰设计和可靠性设计要求高，对电路工作

45、的稳定性和可靠性要对电路工作的稳定性和可靠性要求比较高求比较高工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心3.2.4.1 蓄电池蓄电池监测电路监测电路的基本检测的基本检测内容内容工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心蓄电池蓄电池监测电路监测电路的的基本监测基本监测内容内容：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（

46、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。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心3.2.4.2 单体电池电压采样单体电池电压采样工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 单体蓄电池电压监测的可靠性，是单体蓄电池电压监测的可靠性，是采用基于极端单

47、体蓄电池充放电技术的采用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。蓄电池管理系统可靠、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，就丧失了蓄电池管理系统可靠性的基本就丧失了蓄电池管理系统可靠性的基本技术保障。技术保障。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 当前，蓄电池管理系统当前，蓄电池管理系统的的单单体电池体电池监测监测都是采用都是采用单一的单一的数字数字采样。采样。单一的数字采样单一的数字采样存在两个突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。工信部工信部 储能电源系统工程师培

48、训中心储能电源系统工程师培训中心第一个问题是：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（如下下图）图）。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心图图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（如下下图）。图）。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心第二个问题是：第二个问题是：当前，用于蓄电池管理系统的采样电路，基本是当前，用于蓄电池管理系统的采样电路，基本是采用图采用图3-3-7 7的结构

49、。的结构。图图3-7 串联采样输入电路串联采样输入电路工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 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、当电流比较小时，如手提电脑、电动自行车蓄电池，连接阻抗电动自行车蓄电池，连接阻抗R1对电对电压采样的影响比较小，影响不大；压采样的影响比较小，影响不大；当电流较大时，如电动汽车用电当电流较大时，如电动汽车用电池组，连接阻抗池组，连接阻抗R1对电池对电池B2电压采样电压采样的影响是不可忽视的。的影响是不可忽视的。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心电路图电路图3-8存

50、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。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，但两端的接触连接线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，是不稳定阻抗和在高频条件下的交流阻抗，是不稳定的。的。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 图图3-9是是XX电动公交车蓄电池组电动公交车蓄电池组单体电池电压采样结果，接触