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光伏储能系统的能量管理系统的相关知识

来源:昆山四方能源设备有限公司 浏览:334 发布日期:2019-09-06

在储能电站中,储能电池往往由几十串甚至几百串以上的电池组构成。由于电池在生产过程和使用过程中,会造成电池内阻、电压、容量等参数的不一致。这种差异表现为电池组充满或放完时串联电芯之间的电压不相同,或能量的不相同。这种情况会导致部分过充,而在放电过程中电压过低的电芯有可能被过放,从而使电池组的离散性明显增加,使用时更容易发生过充和过放现象,整体容量急剧下降,整个电池组表现出来的容量为电池组中性能最差的电池芯的容量,最终导致电池组提前失效。因此,对于磷酸铁锂电池电池组而言,均衡保护电路是必须的。当然,锂电池的电池管理系统不仅仅是电池的均衡保护,还有更多的要求以保证锂电池储能系统稳定可靠的运行。

1、单体电池电压均衡功能

此功能是为了修正串联电池组中由于电池单体自身工艺差异引起的电压、或能量的离散性,避免个别单体电池因过充或过放而导致电池性能变差甚至损坏情况的发生,使得所有个体电池电压差异都在一定的合理范围内。要求各节电池之间误差小于±30mv。(电动汽车刚刚突破这个瓶颈)

2、电池组保护功能

单体电池过压、欠压、过温报警,电池组过充、过放、过流报警保护,切断等。

3、采集的数据主要有

单体电池电压、单体电池温度(实际为每个电池模组的温度)、组端电压、充放电电流,计算得到蓄电池内阻。

通讯接口:采用数字化通讯协议IEC61850。在储能电站系统中,需要和调度监控系统进行通讯,上送数据和执行指令。

4、诊断功能

BMS应具有电池性能的分析诊断功能,能根据实时测量蓄电池模块电压、充放电电流、温度和单体电池端电压、计算得到的电池内阻等参数,通过分析诊断模型,得出单体电池当前容量或剩余容量(SOC)的诊断,单体电池健康状态(SOH)的诊断、电池组状态评估,以及在放电时当前状态下可持续放电时间的估算。根据电动汽车相关标准的要求《锂离子蓄电池总成通用要求》(目前储能电站无相关标准),对剩余容量(SOC)的诊断精度为5%,对健康状态(SOH)的诊断精度为8%。
5、热管理

锂电池模块在充电过程中,将产生大量的热能,使整个电池模块的温度上升,因而,BMS应具有热管理的功能。

6、故障诊断和容错

若遇异常,BMS应给出故障诊断告警信号,通过监控网络发送给上层控制系统。对储能电池组每串电池进行实时监控,通过电压、电流等参数的监测分析,计算内阻及电压的变化率,以及参考相对温升等综合办法,即时检查电池组中是否有某些已坏不能再用的或可能很快会坏的电池,判断故障电池及定位,给出告警信号,并对这些电池采取适当处理措施。当故障积累到一定程度,而可能出现或开始出现恶性事故时,给出重要告警信号输出、并切断充放电回路母线或者支路电池堆,从而避免恶性事故发生。采用储能电池的容错技术,如电池旁路或能量转移等技术,当某一单体电池发生故障时,以避免对整组电池运行产生影响。

管理系统对系统自身软硬件具有自检功能,即使器件损坏,也不会影响电池安全。确保不会因管理系统故障导致储能系统发生故障,甚至导致电池损坏或发生恶性事故。

7、其它保护技术

对于电池的过压、欠压、过流等故障情况,采取了切断回路的方式进行保护。对瞬间的短路的过流状态,过流保护的延时时间一般至少要几百微秒至毫秒,而短路保护的延时时间是微秒级的,几乎是短路的瞬间就切断了回路,可以避免短路对电池带来的巨大损伤。在母线回路中一般采用快速熔断器,在各个电池模块中,采用高速功率电子器件实现快速切断。

8、蓄电池在线容量评估SOC

在测量动态内阻和真值电压等基础上,利用充电特性与放电特性的对应关系,采用多种模式分段处理办法,建立数学分析诊断模型,来测量剩余电量SOC。分析锂电池的放电特性,基于积分法采用动态更新电池电量的方法,考虑电池自放电现象,对电池的在线电流、电压、放电时间进行测量;预测和计算电池在不同放电情况下的剩余电量,并根据电池的使用时间和环境温度对电量预测进行校正,给出剩余电量SOC的预测值。

为了解决电池电量变化对测量的影响,可采用动态更新电池电量的方法,即使用上一次所放出的电量作为本次放电的基准电量,这样随着电池的使用,电池电量减小体现为基准电量的减小;同时基准电量还需要根据外界环境温度变化进行相应修正。