原创 关于电化学储能的BMS可行性方案

近日，国家发展改革委、国家能源局印发《“十四五”新型储能发展实施方案》（以下简称《方案》）。《方案》提出，到2025年，新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段，具备大规模商业化应用条件。其中，电化学储能技术性能进一步提升，系统成本降低30%以上。到2030年，新型储能全面市场化发展。

《方案》的印发，无疑为新型储能行业的快速发展注入了更多动力。而特别提到的电化学储能发展目标，也释放出了电化学储能系统市场体量将进一步扩大的积极信号。



一、电化学储能

电化学储能是一种通过液流电池、锂离子电池以及钠硫电池等方式将电能储存起来的一种新型储能方式，主要应用于分钟至小时级的作业场景。近年来，我国电化学储能系统一直保持着较为迅速的发展趋势，据中关村储能产业技术联盟（CNESA）统计，2021年国内电化学储能新增装机高达1.9GW，同比增长58.3%。而电化学储能在全部储能市场的占比也在不断提高，且在发电侧、电网侧和用电侧均有应用。



电化学储能产业链

电化学储能系统，主要由电池模组，储能变流器（PCS），以及电池管理系统（BMS）和能量管理系统（EMS）组成。其中，电池模组负责储电；PCS是连接于电池系统与电网（或负荷）之间的实现电能双向转换的变流器；而BMS和EMS是储能系统的管理和控制中枢，BMS主要负责监测电池数据，保护电池安全；EMS主要通过数据采集、网络监控和能量调度来实现储能系统内部微电网的能量控制，保证微电网和整套系统正常运行。



电化学储能系统构成示意图

在整套系统中，电池模组和PCS成本占比较高，BMS和EMS虽然硬件成本比重不高，可作为整套系统的管理和控制中枢，其性能和功能会直接影响整套系统的运行效率和稳定性，且具有一定的开发难度，所以仍旧是业内关注的重点 。随着电化学储能系统装机量的不断提升，因项目不同、电池容量不同、冷却方式不同等差异导致BMS和EMS的需求变化将会越来越多，为此降低其开发难度变得非常关键。

目前，市面上的EMS多采用PC机+服务器的形式，而BMS硬件多采用X86工控机或嵌入式ARM主板的形式。从经济性来说，嵌入式ARM主板更具优势。同时，从BMS的产品开发角度来看，选用一款成熟稳定的嵌入式ARM核心板作为主控将会使整个产品开发过程变得简单高效，还能减少因项目变动带来的部分重复性硬件设计工作。因此，本篇文章将介绍一种基于嵌入式ARM核心板实现的BMS可行性方案，希望可帮助相关企业作为参考。

二、电池管理系统（BMS）

BMS主要由电池阵列管理单元（BAMS）、电池蔟管理单元(BCMS)以及电池管理单元（BMU）组成。

电池阵列管理单元

BMS中的“上位机”，负责对整个BMS系统的数据进行收集和分析判断、控制，具备完善的事件记录及历史数据存储，包括电池系统充放电、运行参数设定等。

电池簇管理单元

负责对电池管理单元进行监测、控制，包括电池故障诊断，均衡控制策略、剩余电量预估等。

电池管理单元

负责对电池模组的电压、温度进行采集和上传，并实现电池单体间电量双向高效主动平衡。



图示：电化学储能系统拓扑简图

以一兆瓦的储能电站为例，BMS需要1个电池阵列管理单元，通过CAN挂载1~4个电池簇管理单元，而每个电池簇管理单元可通过CAN挂载1~14个电池管理单元，再由电池管理单元对电池模组进行数据采集。通常情况下，每个电池模组由4并16串电池组成。

对于BMS的不同单元模块，飞凌嵌入式均有适配度很高的嵌入式ARM核心板可作为选型参考，能够帮助用户根据项目需求灵活、快速地搭建出一套稳定的BMS。

三、电化学储能BMS方案实现

1、电池阵列管理单元

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FET3568-C核心板采用Rockchip RK3568处理器设计开发，四核64位Cortex-A55架构，主频高达2.0GHz。核心板功能接口丰富，支持多路CAN和UART（与电池簇管理单元和其他配套辅助设备通讯），2路千兆以太网（便于组网），RGB、LVDS、HDMI等多种显示接口（实现优秀的人机交互界面），支持PCIe3.0和STAT3.0等高速接口（连接硬盘拓展本地存储）。



2、电池簇管理单元

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FETMX6ULL-S核心板基于NXP MCIMX6Y2处理器设计开发，Cortex-A7架构，主频800MHz，性价比出众，运行稳定，支持3路CAN（原生2路，SPI转1路）、2路千兆以太网以及8路UART，可满足电池簇管理单元的性能和成本要求。且核心板资料丰富易开发，能够快速开发出一系列同类产品。



3、电池管理单元

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电池管理单元与电池阵列管理单元和电池簇管理单元不同，采用MCU即可实现，因此推荐FET1061-S核心板。FET1061-S核心板搭载ARM Cortex-M7内核，集微控制器的低功耗、易用性与应用处理器的高性能、高扩展性于一体。支持多路CAN、2路百兆以太网，以及高达32路高速GPIO，可轻松采集多路电池数据。



以上就是基于嵌入式ARM核心板的BMS可行性方案推荐。
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