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3.3 能量管理系統(tǒng) 在儲(chǔ)能電站中，儲(chǔ)能電池往往由幾十串甚至幾百串以上的電池組構(gòu)成。由于電池在生產(chǎn)過程和使用過程中，會(huì)造成電池內(nèi)阻、電壓、容量等參數(shù)的不一致。這種差異表現(xiàn)為電池組充滿或放完時(shí)串聯(lián)電芯之間的電壓不相同，或能量的不相同。這種情況會(huì)導(dǎo)致部分過充，而在放電過程中電壓過低的電芯有可能被過放，從而使電池組的離散性明顯增加，使用時(shí)更容易發(fā)生過充和過放現(xiàn)象，整體容量急劇下降，整個(gè)電池組表現(xiàn)出來的容量為電池組中性能最差的電池芯的容量，最終導(dǎo)致電池組提前失效。因此，對(duì)于磷酸鐵鋰電池電池組而言，均衡保護(hù)電路是必須的。當(dāng)然，鋰電池的電池管理系統(tǒng)不僅僅是電池的均衡保護(hù)，還有更多的要求以保證鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。 1.單體電池電壓均衡功能 此功能是為了修正串聯(lián)電池組中由于電池單體自身工藝差異引起的電壓、或能量的離散性，避免個(gè)別單體電池因過充或過放而導(dǎo)致電池性能變差甚至損壞情況的發(fā)生，使得所有個(gè)體電池電壓差異都在一定的合理范圍內(nèi)。要求各節(jié)電池之間誤差小于±30mv。(電動(dòng)汽車剛剛突破這個(gè)瓶頸，) 2.電池組保護(hù)功能 單體電池過壓、欠壓、過溫報(bào)警，電池組過充、過放、過流報(bào)警保護(hù)，切斷等。 3.采集的數(shù)據(jù)主要有： 單體電池電壓、單體電池溫度(實(shí)際為每個(gè)電池模組的溫度)、組端電壓、充放電電流，計(jì)算得到蓄電池內(nèi)阻。 通訊接口：采用數(shù)字化通訊協(xié)議IEC61850。在儲(chǔ)能電站系統(tǒng)中，需要和調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊，上送數(shù)據(jù)和執(zhí)行指令。 4.診斷功能 BMS應(yīng)具有電池性能的分析診斷功能，能根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量蓄電池模塊電壓、充放電電流、溫度和單體電池端電壓、計(jì)算得到的電池內(nèi)阻等參數(shù)，通過分析診斷模型，得出單體電池當(dāng)前容量或剩余容量(SOC)的診斷，單體電池健康狀態(tài)(SOH)的診斷、電池組狀態(tài)評(píng)估，以及在放電時(shí)當(dāng)前狀態(tài)下可持續(xù)放電時(shí)間的估算。根據(jù)電動(dòng)汽車相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求《鋰離子蓄電池總成通用要求》(目前儲(chǔ)能電站無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn))，對(duì)剩余容量(SOC)的診斷精度為5%，對(duì)健康狀態(tài)(SOH)的診斷精度為8%。 5.熱管理 鋰電池模塊在充電過程中，將產(chǎn)生大量的熱能，使整個(gè)電池模塊的溫度上升，因而，BMS應(yīng)具有熱管理的功能。 6.故障診斷和容錯(cuò) 若遇異常，BMS應(yīng)給出故障診斷告警信號(hào)，通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上層控制系統(tǒng)。對(duì)儲(chǔ)能電池組每串電池進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過電壓、電流等參數(shù)的監(jiān)測(cè)分析，計(jì)算內(nèi)阻及電壓的變化率，以及參考相對(duì)溫升等綜合辦法，即時(shí)檢查電池組中是否有某些已壞不能再用的或可能很快會(huì)壞的電池，判斷故障電池及定位，給出告警信號(hào)，并對(duì)這些電池采取適當(dāng)處理措施。當(dāng)故障積累到一定程度，而可能出現(xiàn)或開始出現(xiàn)惡性事故時(shí)，給出重要告警信號(hào)輸出、并切斷充放電回路母線或者支路電池堆，從而避免惡性事故發(fā)生。采用儲(chǔ)能電池的容錯(cuò)技術(shù)，如電池旁路或能量轉(zhuǎn)移等技術(shù)，當(dāng)某一單體電池發(fā)生故障時(shí)，以避免對(duì)整組電池運(yùn)行產(chǎn)生影響。 管理系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)自身軟硬件具有自檢功能，即使器件損壞，也不會(huì)影響電池安全。確保不會(huì)因管理系統(tǒng)故障導(dǎo)致儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生故障，甚至導(dǎo)致電池?fù)p壞或發(fā)生惡性事故。 7.其它保護(hù)技術(shù) 對(duì)于電池的過壓、欠壓、過流等故障情況，采取了切斷回路的方式進(jìn)行保護(hù)。對(duì)瞬間的短路的過流狀態(tài)，過流保護(hù)的延時(shí)時(shí)間一般至少要幾百微秒至毫秒，而短路保護(hù)的延時(shí)時(shí)間是微秒級(jí)的，幾乎是短路的瞬間就切斷了回路，可以避免短路對(duì)電池帶來的巨大損傷。在母線回路中一般采用快速熔斷器，在各個(gè)電池模塊中，采用高速功率電子器件實(shí)現(xiàn)快速切斷。 8.蓄電池在線容量評(píng)估SOC 在測(cè)量動(dòng)態(tài)內(nèi)阻和真值電壓等基礎(chǔ)上，利用充電特性與放電特性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，采用多種模式分段處理辦法，建立數(shù)學(xué)分析診斷模型，來測(cè)量剩余電量SOC。分析鋰電池的放電特性,基于積分法采用動(dòng)態(tài)更新電池電量的方法,考慮電池自放電現(xiàn)象,對(duì)電池的在線電流、電壓、放電時(shí)間進(jìn)行測(cè)量;預(yù)測(cè)和計(jì)算電池在不同放電情況下的剩余電量，并根據(jù)電池的使用時(shí)間和環(huán)境溫度對(duì)電量預(yù)測(cè)進(jìn)行校正，給出剩余電量SOC的預(yù)測(cè)值。 為了解決電池電量變化對(duì)測(cè)量的影響，可采用動(dòng)態(tài)更新電池電量的方法，即使用上一次所放出的電量作為本次放電的基準(zhǔn)電量，這樣隨著電池的使用，電池電量減小體現(xiàn)為基準(zhǔn)電量的減小;同時(shí)基準(zhǔn)電量還需要根據(jù)外界環(huán)境溫度變化進(jìn)行相應(yīng)修正。 4.建議 儲(chǔ)能系統(tǒng)、微型電網(wǎng)系統(tǒng)投資很大，蓄電池的成本相當(dāng)高。作者做過的測(cè)算，一個(gè)廠用儲(chǔ)能系統(tǒng)(夜間低谷從電網(wǎng)取電儲(chǔ)能，白天高峰釋放)峰谷電價(jià)差距要達(dá)到0.5-0.7元鋰電池儲(chǔ)能才能達(dá)到微利。儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜，非專業(yè)設(shè)計(jì)院無法設(shè)計(jì)，要各個(gè)設(shè)備廠家緊密配合。 |
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