關(guān)于ESS和BMS，您需要了解的一切

電池管理系統(tǒng)BMS，目前被廣泛應(yīng)用在 ESS (能源存儲(chǔ)系統(tǒng)) 和新能源汽車這類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)當(dāng)中，通過電池電壓測(cè)量、電池均衡、溫度監(jiān)控、電池開路檢測(cè)和自我診斷等功能幫助 ESS 和新能源汽車中的固態(tài)電池在惡劣操作條件下其功能仍然可以安全和可靠的運(yùn)行。一個(gè)優(yōu)秀的BMS除了能保證電池安全運(yùn)行以外，還可幫助電池實(shí)現(xiàn)最大化電池容量使和最長(zhǎng)可達(dá)十年以上的電池使用壽命。關(guān)于BMS技術(shù)與ADI相關(guān)的產(chǎn)品推薦，以下Q＆A帶你逐一厘清。

ESS 和BMS 常見問答

Q1 ESS和BMS的關(guān)系？

ESS (Energy Storage Systems)主要是指能源存儲(chǔ)系統(tǒng)，如果該能源存儲(chǔ)系統(tǒng)是基于電池構(gòu)建的，我們也會(huì)稱其為電池能源存儲(chǔ)系統(tǒng)（Battery Energy Storage Systems），也就是 BESS。

而電池就是聯(lián)系 ESS 和 BMS 的關(guān)鍵，BMS 電池管理系統(tǒng)（battery management system）是用來(lái)管理 ESS 中固態(tài)電池在惡劣操作條件下其功能仍然可以安全和可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。

Q2 ESS都有什么應(yīng)用？

在當(dāng)今社會(huì)，ESS 其實(shí)已經(jīng)在深刻的影響著我們的日常生活和生產(chǎn)制造。我們?cè)趯?duì)電動(dòng)汽車充電時(shí)，其很大一部分電能就可能來(lái)源于電動(dòng)汽車充電 ESS 里儲(chǔ)備的能源。對(duì)于一些安裝了帶蓄電池光伏逆變器和住宅 ESS 的家庭，其家庭就可以使用太陽(yáng)生產(chǎn)的電力來(lái)優(yōu)化自家的電力賬單，節(jié)省家庭電力開支。而說到優(yōu)化電力賬單，工廠也可以借助工業(yè) ESS 在電價(jià)低谷時(shí)儲(chǔ)備電能，減少電價(jià)高峰時(shí)從電網(wǎng)的購(gòu)電，這在優(yōu)化工廠電力賬單的同時(shí)減輕了用電高峰時(shí)的電網(wǎng)負(fù)擔(dān)，提升了電網(wǎng)的穩(wěn)定性，這其實(shí)是一個(gè)雙贏的結(jié)果。

Q3 BMS是如何確保ESS中的電池工作在安全狀態(tài)的？

ESS 一般由數(shù)量龐大的單體電池為基礎(chǔ)構(gòu)成。BMS IC 芯片則會(huì)對(duì)ESS 中的所有單體電池進(jìn)行包括：電池電壓測(cè)量-過壓/欠壓；電池均衡-被動(dòng)均衡；溫度控制– 過溫檢測(cè)；電池連接狀態(tài)檢查–開路檢測(cè)；冗余-自我診斷功能在內(nèi)的監(jiān)測(cè)功能和診斷功能，通過這些功能能夠有效的幫助電池實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行和最大化電池容量使用。

Q4 為什么BMS中電池多是采用串聯(lián)方式而非并聯(lián)方式？

將多個(gè)電池并聯(lián)可以組成一個(gè)能夠提供低電壓大電流的電池包，在低電壓大電流的電池包應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)，連接電池包的電纜電阻即使很小，也會(huì)因?yàn)殡娎|上流過的大電流而在電纜上產(chǎn)生很大的線纜電壓，這不是一個(gè)比較合適的設(shè)計(jì)。而將多個(gè)電池串聯(lián)組成一個(gè)能夠提供大電壓和小電流的電池包，在這樣的電池包應(yīng)用中，在電池包工作時(shí)，不再有很大的電流流過電纜，因而由于電纜電阻造成的線纜電壓將不再是一個(gè)問題。但由于電池串聯(lián)方式會(huì)引進(jìn)的一個(gè)新問題，既串聯(lián)方式會(huì)需要非常多個(gè) BMS 通道對(duì)單體電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但是目前這個(gè)問題并不是特別棘手，因?yàn)槟壳?BMS IC 一般集成了非常多的電池監(jiān)測(cè)通道，像 ADI 的有些 BMS IC，一片就可以實(shí)現(xiàn)對(duì) 18 個(gè)電池通道的監(jiān)測(cè)。

Q5 BMS為什么需要高精度 ADC？

ADC 的精度對(duì)于精確計(jì)算電池的真實(shí) SOC 至關(guān)重要。通常為了保證電池的工作安全，避免電池過充和過放，鋰離子電池需要工作在滿SOC 的 10% 至 90% 范圍之間。在一般的鋰離子電池充放電曲線中是可以觀察到在電池過充和過放的邊界區(qū)域，電池的電壓變化曲線將變得非常陡峭，對(duì)應(yīng)的是電池內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生著劇烈的化學(xué)變化，經(jīng)常的過充過放將嚴(yán)重縮短電池的工作壽命。電池的 SOC 雖然一般不通過電池電壓直接計(jì)算，但是通過 BMS 測(cè)量電池的開路電壓也是一個(gè)很好的電池 SOC 輔助計(jì)算方法。通常更精確的電壓測(cè)量能夠有效提升電池的使用容量。

Q6 什么是電池失配？

電池失配問題是指同一制造商的全新電池具有不同的特性（SoC、阻抗、容量或溫度），這些全新的電池即使在出廠時(shí)，其初始電池容量就已經(jīng)不同了，并且，隨著時(shí)間的推移，在電池使用壽命內(nèi)，失配的弱電池往往會(huì)迅速降低其自身容量，從而增加電池之間的不匹配。

Q7 如何避免電池失配問題的發(fā)生，如何解決電池失配問題？

非常遺憾的是我們不可能避免電池失配問題的發(fā)生，電池失配是不可避免的！并會(huì)在電池壽命內(nèi)持續(xù)對(duì)電池產(chǎn)生影響。

電池均衡是解決電池失配問題的主要方式，電池均衡（被動(dòng)均衡）是在電池連接且充滿電時(shí)均衡電池之間電壓和 SoC 的過程 → 這會(huì)為電池帶來(lái)額外的運(yùn)行時(shí)間，電池均衡是 BMS 的一項(xiàng)重要功能。

Q8 被動(dòng)電池均衡的優(yōu)缺點(diǎn)？

被動(dòng)電池均衡的優(yōu)點(diǎn)包括: 小尺寸；成本低、復(fù)雜性低和易于控制。

被動(dòng)電池均衡的缺點(diǎn)包括: 多余的能量以熱量的形式消散（不環(huán)保）；均衡電流有限（最大約 300mA）；在高均衡電流下，產(chǎn)生的熱量可能會(huì)影響電池；均衡速度慢且放電期間不太可能使用；被動(dòng)均衡是單向的，即它只能對(duì)電池放電，不能對(duì)電池充電。

Q9 主動(dòng)電池均衡的優(yōu)缺點(diǎn)？

主動(dòng)電池均衡的優(yōu)點(diǎn)包括: 提高系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間和充電效率；更好的熱管理；可實(shí)現(xiàn)快速均衡和高均衡電流；主動(dòng)均衡可以是單向或雙向的，雙向的主動(dòng)均衡既能對(duì)電池放電，也能對(duì)電池充電。

主動(dòng)電池均衡的缺點(diǎn)包括: 體積龐大（可能需要變壓器，整個(gè)電路會(huì)比較重）；IC 數(shù)量較多；更復(fù)雜且價(jià)格昂貴。

Q10 主動(dòng)電池均衡的拓?fù)溆心男?/strong>

主動(dòng)電池均衡拓?fù)浒ǎ篊ell-to-Cell；Cell-to-Module；Cell-to-Pack；Pack-to-Cell；Module-to-Cell；Module-to-Pack。

可用的轉(zhuǎn)換器拓?fù)浒ǎ篊harge pump；

隔離式：Flyback, Foward converter；

非隔離式：Buck-boost converter, Cuk。

Q11 ADI 的主動(dòng)均衡方案有哪些？

ADI 目前的主動(dòng)均衡 IC 方案主要是有兩款，LT8584 和 LTC3300。

Q12 ADBMS1818這款BMS IC芯片最多可以級(jí)聯(lián)多少片？

由于 ADBMS1818 可以采用隔離通信，對(duì)級(jí)聯(lián)的數(shù)量上限上并沒有限制，但是在目前的實(shí)際應(yīng)用中，一般只會(huì)用 ADBMS1818 構(gòu)建最高到 1500V 的應(yīng)用，因?yàn)樵俑叩碾妷簩?duì)電路中的許多電子元件要求就很高了，就是也得考慮到實(shí)際電路中比如許多開關(guān)元件的最高耐壓值。

Q13 BMS IC能提供什么至關(guān)重要的功能？

◆ 非常高精度的測(cè)量。

◆ 被動(dòng)電池均衡。此外，還可與電池均衡 IC 如 LT8584 和 LTC3300 一起搭配使用實(shí)現(xiàn)主動(dòng)均衡。

◆ 非常強(qiáng)大的通信接口：isoSPI、SmartMesh 、SPI 等。

Q14 BMS IC內(nèi)部有算法嗎？

答案是沒有。

請(qǐng)記住，BMS IC 內(nèi)部沒有微處理器，因此 BMS 算法必須位于客戶的微處理器中。BMS 性能取決于客戶的微處理器中的軟件算法與高精度 BMS IC 的性能。