探究动力电池 BMS 和储能电池 BMS 的差异及应用场景

动力电池BMS与储能电池BMS的区别

1、大规模储能系统应用场景

新能源电站，风电或者太阳能电站，为了达到平滑输出功率波动的目的，越来越多的电站开始配备储能系统。

独立储能电站，随着电力体制改革逐渐进入人们的视野，以倒卖电为生的独立储能电站逐渐出现。

微电网是包括分布式电源、电力负荷、储能系统和电网管理系统的小型供配电网络。为了保证负载用电的连续性和稳定性，每个微电网都会配备储能系统。

2、储能电池管理系统（ESBMS）与动力电池管理系统（BMS）的区别

储能电池管理系统与动力电池管理系统非常相似。然而，高速电动汽车中的动力电池系统对电池的功率响应速度和功率特性、SOC估计精度、状态参数计算次数等都有更高的要求。

储能系统规模非常大，集中式电池管理系统与储能电池管理系统存在明显差异。这里我们只将动力电池分布式电池管理系统与它们进行比较。

2.1 电池及其管理系统在各自系统中的地位不同

在储能系统中，储能电池仅在高电压下与储能变换器相互作用。转换器从交流电网获取电力并对电池组充电；或者电池组向转换器供电，电能经过转换器。将其转换为交流电并送至交流电网。

对于储能系统通信而言，电池管理系统主要与变流器、储能电站调度系统之间存在信息交互关系。一方面，电池管理系统向转换器发送重要状态信息，以确定高压电源交互；另一方面，电池管理系统向储能电站调度系统PCS发送最全面的监控信息。如下图所示。

储能系统基本拓扑

电动汽车BMS在高压下与电动机、充电机存在能量交换关系；通讯方面，在充电过程中与充电器进行信息交换。在整个应用过程中，它与车辆控制器的沟通最为细致。信息交换。如下图所示。

电动汽车电气拓扑

2.2 硬件逻辑结构不同

储能管理系统的硬件一般采用两层或三层模型。较大的系统往往具有三层管理系统，如下图所示。

三层储能电池管理系统框图

动力电池管理系统只有一层集中式或两层分布式系统，基本不存在三层的情况。小型汽车主要采用一层集中式电池管理系统。两层分布式动力电池管理系统如下图所示。

分布式电动汽车电池管理系统框图

从功能上看，储能电池管理系统的第一层和第二层模块基本相当于动力电池的第一层采集模块和第二层主控模块。第三层储能电池管理系统是在此基础上增加的一层，以应对储能电池的庞大规模。

用一个不太恰当的比喻。一个经理的最佳下属人数是7人，如果部门继续扩大，有49人，那么这7个人就得选出一个组长，然后任命一个经理来管理这7个组长。除了个人能力之外，管理很容易出现混乱。

映射到储能电池管理系统，这个管理能力就是芯片的计算能力和软件程序的复杂度。

2.3 通信协议存在差异

储能电池管理系统内部通信基本采用CAN协议，但其与外部的通信，主要指储能电站调度系统PCS，常采用互联网协议格式TCP/IP协议。

动力电池及其所处的电动汽车环境均采用CAN协议。它们的区别仅在于电池组内部组件之间使用内部CAN以及电池组与整车之间使用车辆CAN。

2.4 根据储能电站所用电池芯类型的不同，管理系统参数会有较大差异。

出于安全和经济方面的考虑，储能电站在选择锂电池时往往采用磷酸铁锂。一些储能电站采用铅酸电池和铅碳电池。目前电动汽车主流电池类型为磷酸铁锂电池和三元锂电池。

不同类型的电池其外部特性差异巨大，电池型号根本不通用。电池管理系统和电芯参数必须一一对应。不同厂家生产的同型号电池的详细参数设置不会相同。

2.5 不同阈值设置倾向

储能电站拥有更大的空间，可以容纳更多的电池。但有些电站地处偏远，交通不便。大规模更换电池比较困难。储能电站期望电池具有较长的使用寿命并避免出现故障。基于此，工作电流的上限会设置得比较低，防止电芯满载工作。对电芯的能量特性和功率特性的要求不需要特别高。主要看性价比。

动力电池则不同。在车辆有限的空间内，很难安装电池，希望能最大限度地发挥其能力。因此，系统参数将参考电池的极限参数。这样的应用条件对于电池来说是十分苛刻的。

2.6 两者需要计算的状态参数数量不同。

SOC是状态参数，两者都需要计算。但直到今天，对于储能系统还没有统一的要求。储能电池管理系统需要哪些状态参数计算能力？另外，储能电池的应用环境空间相对充裕，环境稳定，在大系统中不易察觉微小的偏差。因此，储能电池管理系统的算力要求相对动力电池管理系统较低，相应的单串电池管理成本也没有动力电池那么高。

2.7 储能电池管理系统最好采用无源均衡条件。

储能电站对管理系统的平衡能力要求非常迫切。储能电池模组规模较大。多串电池串联。较大的电池电压差会导致整个盒子的容量下降。串联的电池越多，损失的容量就越多。从经济效益角度来看，储能电站需要充分平衡。

而且由于无源平衡在空间充裕、散热条件良好的情况下可以更好地工作，因此使用比较大的平衡电流也不用担心温升过高。储能电站可采用低成本被动均衡。

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电池管理系统BMS的功能作用

1、准确预估动力电池组荷电状态

准确估算动力电池组的荷电状态（SOC），即电池剩余容量，确保SOC维持在合理范围内，防止电池因过充或过放而损坏，从而预测混合动力汽车储能随时了解电池中还剩下多少能量或储能电池的充电状态。

2、动态监测动力电池组工作状态

在电池充放电过程中，实时采集动力电池组中各电池的端电压、温度、充放电电流、电池组总电压，防止电池过充或过放。同时，可以及时给出电池状态，选择有问题的电池，保持整个电池组的可靠性和效率，使得实现剩余电量估算模型成为可能。此外，还必须建立每个电池的使用历史档案，为新电池、充电器、电机等的进一步优化和开发提供信息，并为系统故障的离线分析提供依据。

3、单个细胞之间的平衡

即对单体电池进行均衡充电，使电池组中的各个电池达到均衡一致的状态。平衡技术是目前世界各国正在研发的电池能量管理系统的关键技术。

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首先我们来说说唐氏和秦氏的电池。型号应该是一样的，只是秦的电池组电芯数量较少，容量为13千瓦时，而唐的电池组电芯较多，容量为18千瓦时。每块电芯均为比亚迪自产磷酸铁锂电池，额定电压3.2V，容量26AH。为什么不是最近流行的三元锂电池呢？原因如下：

磷酸铁锂电池具有更好的寿命和安全性，更适合插电式混合动力汽车。

电芯平台看起来是这样的，不过这个应该是在公交车上的，因为电量储备高达120AH，而我们的只有26AH，但是它们大致是一样的，都是长方形的。

唐的电池组位于底盘中部，体积和重量都比较大。放在底盘上的好处是降低了车辆重心，同时又不影响后备箱空间。缺点是对泄水、防磕碰的要求比较高。日常使用时，注意不要将该区域浸入水中或碰撞。

这是秦的电池组，位于后座后面、后备箱前面。优点：防水、防撞性能非常好。缺点：重心比较高，影响后备箱空间。和唐正好相反~

连接方式为串联（所有电池串联）。串联电池如下图所示。形象地说，它们类似于我们以前用过的手电筒，都是几块电池首尾相连的。

在这种连接方法中，每个电池单元在放电时使用相同的电流向外界放电，在充电时使用相同的电流进行充电。如果没有平衡系统的帮助，就不可能对单个电池进行充电和放电。而且，当一个电芯充满时，必须停止整个电池组的充电，否则电芯会过充而损坏。当电池单元耗尽时，整个电池组必须停止放电，否则电池单元将被过度充电。放置伤害。

您还记得手电筒的要求吗？顺便说一句，新旧电池不能混用，也就是说充完电和没电的电池不能混用。回到唐和秦的电池组，有一个示意图，其中选择了几节电池。正常情况下，它们的存储容量应该是完全相同的。它们一起被充满，也一起被清空。如果这样循环下去，那么文章开头的各种问题就不会出现。事实上，电池组使用一段时间后，每个电芯所储存的电量都会存在差异。造成差异的原因有很多，比如电池本身容量不一致、内阻不一致、工作温度不一致等，都会导致放电。容量上有差别。当各电池芯储存的电量不一致时，会出现以下情况：

从表面上看，似乎只有一个细胞失去了一点力量。总共这么多cell，应该不会有什么影响吧？我们继续看看这个电池组放电后会发生什么：

整个电池组已经放出了80%的电量，而此时，原本不满足的电池已经空了，此时电池组就会停止放电。如果电池组容量为10千瓦时，那么充满电时，不平衡的电池组放电80%后就无法放电，也就是8千瓦时。表面上只少了5%的电量，但结果却是20千瓦时。 % 的容量无法使用。这是只有 4 个单元格可供比较时的情况。如果有200多个细胞，可想而知影响有多大。

那么一旦出现不平衡的情况我们该怎么办呢？这就需要用到电池管理系统的均衡模块。唐和秦的平衡模块采用的是被动平衡方式，即将电压较高的电芯通过旁路电阻进行放电，使其达到与其他电芯相同的电压。就是这样：

每个电池单元都有一个由电池管理系统单独控制的电阻器。当需要时，连接该电阻的电路对电池进行放电。经过一定时间后，这个不平衡的电池组就变成了这样：

当电池容量相同时，可以再次充满电并完全放电。一切恢复正常，容量恢复，电池寿命恢复！听起来很美，对吧？那么为什么很多车都达不到这样的效果呢？

首先，这个放电过程非常缓慢！充电过程中，电流可以达到10A以上（），但是放电呢？据了解，这个放电电阻允许的最大电流为30ma~当平衡系统始终处于最佳平衡状态时，大约需要100小时才能均衡一千瓦时的差值！

其次，均衡系统并不总是工作在最优状态。为了有良好的工作状态，系统需要知道哪个电池单元需要放电以及需要放电多少电量。而这个过程是任何电量都无法完成的。

这是磷酸铁锂电池的放电曲线图。可以看到，当电池电量在15%以上时，电压差异很小。这时，要找出哪节电芯需要放电以及放电多少是非常困难甚至不可能的。因此，要保持平衡系统处于高效工作状态，需要实时将电池使用到15%以下。然后给汽车充满电，让汽车进入平衡状态。此时的均衡效率最高。除非使用汽车，否则建议等待均衡完成（即仪表板完全关闭​​）。当电池组不平衡时，均衡大约需要20小时。您可以根据电池组的电量不足来计算需要多少次循环。

这也引出了另一个问题：平衡完成后，车辆在用了一点电然后充满电后会再次进入平衡状态。这个时间应该包含在有效均衡中吗？根据发帖者的经验比亚迪秦100价格，这种平衡几乎是无效的。由于唐和秦的电池组不平衡，大部分一两节电池电压过低，需要大量其他电池放电。当电池电量低时，可以正确标记剩余电池。当电池电量较高时，系统只会标记充满电时电压最高的电池。效率可想而知，几乎可以忽略不计。

我们来谈谈什么样的电池是好的，什么样的电池有问题。这里借用了秦公司14款DCT软件电池监测模块来显示数据。 Don不支持这个，但电池组原理是一样的。很多人去检查电池时，发现他们的电芯电压最低只有2.6-2.8V。他们觉得电芯有问题，然后要求4S店更换。 4S应用厂家的表格并给出正常的答复，客户会觉得厂家敷衍了事。事实上，单节电池电压偏低是正常现象。最理想的情况是电池容量的5%是在所有电压电芯低于3V时，这样电池组的电量全部释放出来。当然，这样的电池组几乎不存在，它要求所有电芯必须非常一致。好的。一般来说，判断电池组状况的依据是在5%的情况下，最低电芯电压低于3V，最高电压电芯电压低于3.15V（放电至瞬时电压的5%） ，并且存储电压会在一段时间后回升，不要等待它回升）。电池更换制造商有自己的标准。如果满足更换条件，您可以选择更换。但笔者建议先使用正确的平衡方法均衡100小时，效果不明显再更换。因为更换下来的电芯很难与已经腐烂的原电芯进行匹配。以下是原贴者汽车平衡情况的完整记录：

车子平衡前，电表显示充电8.5度，纯电行驶里程勉强55KM。有三组电池出现问题。我去4S店测试显示可以更换，但是海报却没有更换，坚持要平衡。可以看到，随着时间的积累，汽车最高电压电池的电压一直在稳步下降，240小时均衡时间从3.247V下降到3.111V。储存电量从电表上的8.5千瓦时增加到电表上的11.5千瓦时，电池组的电力得到有效恢复。 （嗯，为什么不是13度，而是11.5度？11.5度对于14款秦来说已经是一个非常好的成绩了，几乎没有14款秦车主仪表能超过12度。别问为什么，我的车的电池组标记为12度，已使用两年，有一定的自然衰减）。在最新的测试中，最高电压电芯的电压已经低于3.1V，平衡情况非常好。

根据原帖者和e车汇夏哥的经验，唐琴的电池均衡逻辑大致如下：

首先，当电池电量较低（15%）和较高（电池充满电时）时，系统会标记需要放电的电池以及需要放电的时间，这两种标记方法当电池电量较低时，显然更准确。有效且效率更高。

然后，在适当的时间——目前已知的，当汽车通电并充满电后（当仪表板转动显示带背光的红色插头，但背光未关闭时），电池单元需要放电的数据通过电池管理系统进行处理。释放。到达标记时间后，断开平衡系统，本次平衡会话结束。下次条件成熟时，再次标记，再次放电平衡，以此类推。这个均衡过程分为组内均衡和组间均衡，即各个电池组内的电压要均衡，不同电池组之间的电压也要均衡。这个过程的具体逻辑目前还不清楚，但是对于用户来说，只要知道整体的平衡逻辑就可以了。

这是发帖人的车最近使用率为5%的情况。发帖者利用这段时间进行了一次平衡实验。目的是检验平衡系统放电的逻辑。在中等功率水平时，每个电池之间的电压差很小，因此此时的标记会影响效率。如果你想要更好的平衡，请使用低功率！

5%的时间，电压差为0.15V，43%的时间，电压差仅为0.008V左右。

这是电池组即将充满电时的情况（可以看出原海报的车已经充满了96%，因为现在已经充满了）。唐和琴的充电截止电压应该在3.7V左右。如果电池超过3.7V，充电将立即停止。海报在拍这张照片的那一刻就停止了充电。可以看到这个电池组中，最低电压电芯的电压超过了3.52V，这说明这辆车的平衡状态非常好。

这是完全平衡并放置几个小时后的电压。

这是完全均衡后使用5%的情况。可以看到，各组中电压最低的电池基本没有出现在这个表中。最低电压电池数量的变化意味着平衡系统很好地完成了他们的任务：通过对其他电池放电然后将它们一起充电，最低电压电池的电压升高。

电池电量：目前21.8AH，不到11千瓦时。出厂时电量为24.12千瓦时，但充满电量为92%。 2年了，基本上没怎么腐烂，还是不错的。当然，如果不是13摄氏度就有点麻烦了，不过好在续航在合适的温度下70KM没有压力。

之前讨论得很多的预约充电余额问题，通过夏哥的摸索，已经基本明白了。

结论大致是：定时充电不具备涓流充电功能，电池组无法充电。此时平衡系统启动，但其运行效率很低。只能放电1-2节电池，影响几乎可以忽略不计。使用谷值电价时仍采用预约收费。试图利用预留来增加均衡时间是不科学的。

前面我们介绍了电池组的工作模式、均衡系统的工作逻辑以及如何判断电池组的状态。下面说说小伙伴们总结的合理平衡的做法：

1.正常使用汽车时，电池组会达到低电量（建议20%以下，10%以上）

2、插上枪充电，充电结束前不要切断电源。让平衡系统充分平衡，直到仪表板全黑（如果你用车，可以开走，之前的平衡时间仍然有效）

3、完工后正常使用汽车。

这被认为是一个循环。平衡时间就是有效的平衡，剩下的就是积累足够的时间。像原海报的车子，累计均衡了200多个小时，才达到了比较完整的效果。

上面我们讲的平衡是建立在电芯没有问题的条件下的。如果某个电芯出现问题，实际容量减少，那么无论平衡系统如何努力，都无济于事。那么如何判断电芯问题呢？

平衡问题造成的电压不一致是5%时最低电压的电芯和100%时最低电压的电芯相同。电芯的问题在于，5%时电压最低的电池在100%时电压较高甚至最高。如果您的电池组是这样的，则没有其他方法可以更换有故障的电池。核心它！

最后回答一下文章开头的问题。

充电容量不足、纯电动续航里程不足：电池组平衡有问题或某电芯有问题。解决的方法就是先判断是哪一种情况。相应的处理意见在之前的文章中已经介绍过。

充电行程：即电池组充电到一定百分比（如96%）时，直接达到100%，而无需经过以下百分比。原因是系统标注的电池组容量大于实际的电池组容量。当充电到这个百分比时，某些电池的电压已达到终止充电的电压。因此，系统停止充电并判定此时电池电量为100%。造成这个问题的原因也是充电容量不足。

电池容量较低时电池容量迅速下降：由于磷酸铁锂电池的放电特性，中间长平台期间电压变化很低，系统只能估算剩余容量。当电池剩余电量达到15%时（此时对应的电池电压约为3.18V），电压会突然下降。当电池达到这个电压时，唐和秦的电池管理系统将重新估计电池组的剩余电量。如果此时剩余电量显示为30%，而系统重新估算只有15%，那么管理系统就会提高仪表上显示的电池衰减率，结果是1%原来1%的人可以跑800米，现在只能跑400米。

国产电池管理系统BMS的困境

新能源汽车的发展并非一帆风顺。近两年，随着新能源汽车的广泛推广和使用，我们也听到了很多关于新能源汽车的“丑闻”：自燃、续航里程虚假等，而为什么呢？这些使用问题怎么办？没有使用电池管理系统或使用劣质、不成熟的电池管理系统是主要原因。事实上，新能源汽车的安全一直是政府和汽车行业的重点工作之一。

不久前，科技部、财政部、工业和信息化部、国家发改委等四部委联合发布新能源汽车示范推广“安全令” （即《关于加强节能与新能源汽车示范推广安全管理的函》），强调“所有投入示范运行的插电式混合动力汽车和纯电动汽车必须安装车辆运行技术状态监测系统（简称BMS）。尤其要加强动力电池、燃料电池工程的监管。电动汽车自燃的原因是多方面的。安装电池管理系统并不意味着您就可以高枕无忧。例如，从安全性、精度、寿命、放电容量等方面考虑，单个电池可以充放电2000次，但组装成电池组后可能只有1000次。如果配备不成熟的BMS，无法实时准确监测电池充放电状态，很容易造成电芯局部功耗过大，产生局部热量，信息无法传输给驾驶员，从而很容易导致电池的自发燃烧。行业内部人士认为，有必要安装出色的电池管理技术。 BMS可以有效地改善电池利用率，防止电池过度充电和过度收费，并延长电池寿命。它可以监视电池组和每个电池电池的操作状态，从而有效防止电池组的自发燃烧，并在紧急情况下提前响应驾驶员。提供紧急情况的预警以获得时间以确保安全。

新能源车辆和电池管理系统的未来

中国的新能源车产业始于21世纪初，仅发展了十多年。由于人们对环境保护和可再生能源的渴望，新的能源车辆迎来了开发机会。从那时起，它们就失控了。在将来很长一段时间内，新的能源车将成为挑战者，以占据最初属于传统燃料汽车的广阔市场，并且由于社会发展的需求，这种市场份额侵占可以预期。

在期待新的能源汽车的快速发展时，我们必须清楚地意识到，技术的发展是行业发展的基础，稳定，高效，安全和可靠的产品是技术的体现。我们必须知道，当前的国内新能源车产业不友好。频繁的自发燃烧事件和电动汽车的虚假巡航范围已经暴露了中国新能源电池组和电池管理系统的设计，测试和生产中当前不完美的标准。

缺乏技术参数和标准，也没有权威组织来对制造商生产的BMS进行权威测试，这是国内BMS市场的当前困境，导致了一袋好和坏的BMS产品，使得难以大规模促进。同时，许多国内汽车制造商和电池组公司目前对BMS的重要性没有足够的了解。他们认为，只要可以连接每个电池芯，就可以保证车辆操作。他们对其安全性并不乐观，并盲目购买BMS。为了追求低价并签订合同，一些不道德的BMS供应商仅减少BMS功能指标或简单地cast割某些功能比亚迪秦100价格，从而掩盖安全风险。这也对整个行业不负责任和有害。只有尽快建立统一的行业标准，抑制不符合市场需求的制造商，建立合理的测试系统可以电池管理系统和新的能源车辆具有可持续的未来。这也是许多制造商和消费者的需求。