如果您使用過或查看過電池系統(tǒng)，您很可能聽說過電池管理系統(tǒng)或 BMS。那么，如果它們都做同樣的事情，為什么 BMS 價格從 10 美元到幾千美元不等呢?一個適當(dāng)?shù)念惐仁菃枮槭裁礄C動運輸系統(tǒng)的價格差異如此之大，在這一范圍的一端是機動滑板，另一端是運輸卡車。讓我們仔細看看這個類比如何在電池管理系統(tǒng)中發(fā)揮作用。

BMS 要求中的一個小例子是保護電池組以保護諸如無繩電鉆之類的小型設(shè)備。典型的無繩電鉆包含大約 5 或 6 個串聯(lián)電池，電池總成本約為 30 美元。顯然，BMS 必須非常便宜才能保持市場活力;一個通常低于 10 美元，功能僅限于最基本的保護。這種 BMS 可以更準(zhǔn)確地稱為電池保護器。這些系統(tǒng)監(jiān)控電池電壓和電池組電流，并在電壓或電流超出范圍時打開一個或兩個背靠背 FET。這些范圍限制在制造時是固定的。有時還包括過溫保護。這些系統(tǒng)通常不包括平衡并且是獨立的，與其他系統(tǒng)沒有通信。

提升一個級別將是電動自行車，通常使用 36V 電池組。用于此應(yīng)用的鋰離子電池組約為 0.5 kWh，成本約為 200 至 300 美元。與無繩電鉆不同，更長的電池壽命對客戶來說很重要，而且自行車的總價位與該預(yù)期一致，因此電池平衡成為強制性要求。BMS 還必須能夠連接到某種形式的“電量計”顯示器，向用戶顯示電池中剩余的電量。除此功能外，還需要服務(wù)人員的診斷端口。這個 BMS 大約是 30 到 50 美元。

從這些較小的系統(tǒng)到低壓住宅儲能系統(tǒng)的下一個級別再次提高了賭注，這一次在某些方面提高了一個數(shù)量級。住宅“電表后”儲能系統(tǒng)通常在 48V 范圍內(nèi)，提供 7 kWh-20 kWh，成本約為 5K-20K 美元。在這個階段，平衡性能和監(jiān)控電池參數(shù)必須得到很好的實施，并且還支持安裝和服務(wù)公司的需求，以便能夠執(zhí)行遠程監(jiān)控和事件記錄來管理客戶的安裝(因為大多數(shù)房主在技術(shù)上無法管理他們自己的系統(tǒng))。服務(wù)上門服務(wù)費用昂貴，并且遠程訪問信息的可用性可以消除許多不必要的呼叫。這通常意味著需要以太網(wǎng)接口以及軟件支持，例如可以遠程運行的基于瀏覽器的 GUI，以及在發(fā)生故障或未決故障時促進優(yōu)先級通知的事件日志推送。此應(yīng)用程序的 BMS 通常在 250 到 500 美元之間。

用于電動卡車或船只的大型移動電源系統(tǒng)、用于應(yīng)急電源的移動儲能或用于移動房屋生活空間的電源將我們帶到 BMS 設(shè)計的新水平。在這個例子中，電池組的定價范圍很廣，從幾千美元用于移動家庭輔助電源到 50 萬美元用于可以裝滿長途拖車的移動應(yīng)急能源系統(tǒng)。移動系統(tǒng)通常需要 CAN 接口(在車輛中最常見)，并且還使用專為這些類型的應(yīng)用設(shè)計的逆變器。此外，當(dāng)這些系統(tǒng)返回基地或其服務(wù)中心時，通常希望將它們連接到服務(wù)和監(jiān)控計算機，以下載事件、操作參數(shù)和數(shù)據(jù)日志以進行維護。

這最好通過以太網(wǎng)連接完成，這需要 BMS 的軟件支持。根據(jù)電池組的標(biāo)稱電壓和并聯(lián)電池組的數(shù)量，用于此應(yīng)用的 BMS 的價格范圍很容易從 300 美元到 10,000 美元不等。例如，48V 系統(tǒng)需要監(jiān)控和平衡 14 至 16 節(jié)電池，具體取決于所使用的鋰電池單元的類型，而 1200V 系統(tǒng)可能需要監(jiān)控 320 節(jié)電池;大型 ISO 容器大小的系統(tǒng)通常具有多個并行的堆棧(也稱為“串”)，以便擴大到足夠大的能量水平。這意味著要監(jiān)控 10 到 20 乘以 320 個單元，再加上一個整體管理系統(tǒng)，將所有堆棧聚合到一個系統(tǒng)表示中。

附加網(wǎng)格存儲是最后一級，是所有應(yīng)用程序中要求最高的。這些通常是 800-1200V 范圍內(nèi)的兆瓦級系統(tǒng)，并聯(lián)有 20 個或更多堆棧。除了已經(jīng)描述的所有 BMS 功能外，這些系統(tǒng)還需要靈活地響應(yīng)電網(wǎng)不斷變化的需求。他們使用各種算法來實現(xiàn)這一點，這些算法全天管理各種類型的需求響應(yīng)。因此，需要后端數(shù)據(jù)分析引擎來訪問有關(guān) BMS 監(jiān)控的電池系統(tǒng)中所有運行參數(shù)的實時數(shù)據(jù)。這意味著可以訪問有關(guān)電池電壓、溫度和所有其他參數(shù)的恒定數(shù)據(jù)流。這需要一個系統(tǒng)能夠通過以太網(wǎng)傳輸所有這些數(shù)據(jù)，而不會影響 BMS 的主要保護算法，同時還驅(qū)動用戶界面顯示并響應(yīng)現(xiàn)場控制器的要求，以提供用于管理逆變器的數(shù)據(jù)——所有這些都是實時的。這些系統(tǒng)通常需要 Modbus TCP 協(xié)議支持來與現(xiàn)場控制器和逆變器進行通信，這些控制器和逆變器正在越來越多地實施臺面標(biāo)準(zhǔn)。

這些大型系統(tǒng)的另一個現(xiàn)實是，這些應(yīng)用中使用的逆變器會產(chǎn)生大量共模噪聲，通常在 2 kHz 至 4 kHz 范圍內(nèi)，這是逆變器的基本開關(guān)頻率。具有 320 個單元抽頭的 BMS 有效地在相對于系統(tǒng)接地和通信通道的 320 個不同位置對共模噪聲進行采樣。這需要格外小心和過濾，以避免無意中導(dǎo)致某些共模轉(zhuǎn)換為差分，從而導(dǎo)致通信和電池測量錯誤。它通常對 BMS 的共模抑制比提出了很高的要求。

電網(wǎng)儲能的另一個方面是，它已成為許多在不同電壓下運行的新型電池化學(xué)物質(zhì)的試驗場。Nuvation Energy在鋅基化學(xué)物質(zhì)中遇到的標(biāo)稱電壓范圍為 1.1 至 1.4V，鉛酸為 2V，鈦酸鋰為 2.4V，某些鋰電池為 3.2 至 3.8V。所有這一切意味著理想的 BMS 必須具有高度可配置性，以服務(wù)于如此廣泛的電池單元。例如，Nuvation BMS 擁有超過 1000 個配置寄存器，允許其客戶針對其獨特的化學(xué)和操作環(huán)境調(diào)整 BMS。它還允許基于可編程配置寄存器控制可定制的功能，例如風(fēng)扇、警報和狀態(tài)燈。