近年來(lái)隨著電動(dòng)汽車(chē)及電力儲(chǔ)能行業(yè)的快速發(fā)展，不可防止的帶來(lái)一些問(wèn)題。這其中，安全問(wèn)題成為電動(dòng)汽車(chē)和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)備受矚目的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，任何一次安全事故，都會(huì)嚴(yán)重刺激公眾及用戶(hù)的神經(jīng)，對(duì)化學(xué)電源尤其是鋰電池安全的質(zhì)疑進(jìn)一步加深，在一定程度上將阻礙電動(dòng)汽車(chē)及電力儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。鋰電池安全性問(wèn)題本質(zhì)上就是電池的"熱失控"，即到達(dá)一定的溫度極限后，電池溫度出現(xiàn)直線上升，進(jìn)而發(fā)生燃燒爆炸的現(xiàn)象。電池過(guò)熱、過(guò)充、內(nèi)短路、碰撞等是引發(fā)電池"熱失控"的幾個(gè)關(guān)鍵因素，另外電池的過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、短路及超高溫充放電等還會(huì)嚴(yán)重影響電池的性能。因此自鋰電池大規(guī)模使用起，電池保護(hù)便是必不可少的，電池管理系統(tǒng)（BMS）已經(jīng)成為了鋰電池的守護(hù)者。

BMS的構(gòu)成和功能

BMS的原材料是IC、線束、繼電器和機(jī)殼。基本工作原理是MCU采集傳感器供應(yīng)的電流、電壓、溫度等電池工作參數(shù)，從而對(duì)電池的工作情況進(jìn)行分析，估算其剩余電量，決定是否啟動(dòng)保護(hù)電路或進(jìn)行均衡；電池工作狀態(tài)可通過(guò)顯示屏顯示，也可以和上位機(jī)進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。BMS重要由主控單元、從控單元、信息采集單元、信息傳輸及顯示單元等組成。在硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中，為達(dá)成產(chǎn)品的高可靠性和安全性，在各功能區(qū)要選擇PPTC、FUSE等被動(dòng)保護(hù)器件以保護(hù)電子電路在復(fù)雜電磁環(huán)境中的功能和安全。

圖1BMS組成及典型架構(gòu)

在鋰電池系統(tǒng)中，BMS要對(duì)電池組進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和故障診斷，以便對(duì)電池進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，并將這些數(shù)據(jù)上傳至控制器，便于進(jìn)行控制策略的選取和實(shí)行，實(shí)現(xiàn)電能的高效利用，保持電池性能良好，同時(shí)起到延長(zhǎng)電池循環(huán)使用壽命的用途。一般來(lái)說(shuō)，BMS要實(shí)現(xiàn)單體電池電壓電流檢測(cè)、電量計(jì)算、均衡管理等九大功能。

過(guò)針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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圖2BMS要實(shí)現(xiàn)的基本功能

其中單體電池電壓監(jiān)測(cè)的目的重要在于通過(guò)壓差判斷電池的差異性以及檢測(cè)單體的運(yùn)行狀態(tài)。除此以外，電池組的總電壓仍要單獨(dú)測(cè)試以備繼電器的診斷。

其中溫度的測(cè)量有關(guān)電池組工作狀態(tài)的評(píng)估具有重大意義，包含單體電池的溫度測(cè)量和電池組流體溫度監(jiān)測(cè)。電池組中溫度傳感器的放置位置以及使用個(gè)數(shù)，對(duì)溫度測(cè)量影響較大，此外，不同溫度區(qū)間有關(guān)BMS模塊的精度要求也有不同，一般涉及到分級(jí)管理的概念。

另外單體電池SOC估算是BMS中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前最常采用的估算方法是安時(shí)積分法和開(kāi)路電壓標(biāo)定法。通過(guò)建立電池模型和大量數(shù)據(jù)的采集，將實(shí)際數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，是目前的主流做法。

電池均衡是BMS另一難點(diǎn)，實(shí)質(zhì)上是通過(guò)人為干預(yù)的方法使電池組內(nèi)的所有電池綜合新能趨于一致。常見(jiàn)的均衡技術(shù)分為被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡。采用主動(dòng)均衡技術(shù)時(shí)單體電池一般外加DC/DC電路，利用能量補(bǔ)充或者能量轉(zhuǎn)移的方式實(shí)現(xiàn)電池均衡的目的，在充電及放電過(guò)程中實(shí)現(xiàn)均衡；被動(dòng)均衡是通過(guò)外接電阻將能量較高的電池消耗至設(shè)定值。主動(dòng)均衡對(duì)電壓采集精度要求較高，電路結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。被動(dòng)均衡雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其只能在電池充電時(shí)實(shí)現(xiàn)均衡的效果，能量利用率較低。相比而言，由于主動(dòng)均衡技術(shù)能量利用率較高，充放電時(shí)都可以達(dá)到電池均衡的效果，因而是未來(lái)的發(fā)展方向。此外，均衡技術(shù)和電池種類(lèi)也有一定的關(guān)系，一般認(rèn)為L(zhǎng)FP更加適合主動(dòng)均衡，三元電池者適合被動(dòng)均衡。

無(wú)人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

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圖3主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡的比較

動(dòng)力鋰電池BMS和儲(chǔ)能電池BMS比較

動(dòng)力鋰電池BMS一端和電池相連，另一端又和整車(chē)的控制及電子系統(tǒng)相連接，BMS通過(guò)CAN總線接口和車(chē)載總控制器、電機(jī)控制器、能量控制系統(tǒng)、車(chē)載顯示系統(tǒng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。

圖4動(dòng)力鋰電池BMS和整車(chē)連接

在電力儲(chǔ)能系統(tǒng)中，電池管理系統(tǒng)（BMS）負(fù)責(zé)監(jiān)控各單體蓄電池的工作狀態(tài)，通過(guò)通訊的方式上傳電池相關(guān)信息和狀態(tài)，防止電池的過(guò)充和過(guò)放。此外儲(chǔ)能的BMS系統(tǒng)還要和電網(wǎng)進(jìn)行通訊，控制諧波、頻率等關(guān)鍵參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)和PCS以及監(jiān)控系統(tǒng)信息交互，PCS控制器通過(guò)CAN接口和BMS通訊獲取電池組狀態(tài)信息，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的保護(hù)性充放電，確保電池運(yùn)行安全；監(jiān)控通訊系統(tǒng)是電池、電池管理系統(tǒng)以及變流器之間的連接紐帶，儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)還負(fù)責(zé)電池管理系統(tǒng)（BMS）和配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)接口，接受調(diào)度指令，完成諸如蓄電池充放電控制、獨(dú)立離網(wǎng)系統(tǒng)支持、削峰填谷以及新能源發(fā)電平滑輸出等電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用。而動(dòng)力鋰電池的BMS系統(tǒng)還要和充電樁進(jìn)行通訊，保障充電時(shí)的電池。

圖5儲(chǔ)能電池BMS和系統(tǒng)其它單元的連接

根據(jù)以上分析：儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的BMS系統(tǒng)較之動(dòng)力鋰電池BMS系統(tǒng)在具體的實(shí)際使用中又有差別，分別表現(xiàn)在：

1）儲(chǔ)能電池BMS所要管理的電源是MWh甚至MWh百級(jí)別的，串并聯(lián)的電池非常多，要將這些電池成千上萬(wàn)枚電池有效地管理起來(lái)是一個(gè)系統(tǒng)工程。其次，要考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)要和電網(wǎng)連接，電網(wǎng)對(duì)諧波、頻率等有較高的要求，此外和電網(wǎng)通訊也會(huì)有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)約束，并且電網(wǎng)也會(huì)出臺(tái)較嚴(yán)格的并網(wǎng)要求和安全標(biāo)準(zhǔn)。

2）電動(dòng)汽車(chē)的BMS要在高溫、震動(dòng)的環(huán)境里工作，因此對(duì)可靠性及穩(wěn)定性有著極高的要求，此外電動(dòng)汽車(chē)涉及人身安全，相關(guān)測(cè)試極其嚴(yán)格。此外BMS所用的元器件應(yīng)當(dāng)是汽車(chē)級(jí)的，和充電樁、汽車(chē)電子等相連時(shí)要考慮大量的標(biāo)準(zhǔn)和要求，并應(yīng)該符合電磁兼容。

動(dòng)力鋰電池BMS和儲(chǔ)能電池BMS產(chǎn)業(yè)格局比較

動(dòng)力鋰電池的BMS的制造商：

第一類(lèi)是最具主導(dǎo)能力的BMS的終端用戶(hù)——車(chē)廠，事實(shí)上國(guó)外BMS制造實(shí)力最強(qiáng)的也就是車(chē)廠，如通用、TSLA等；

第二類(lèi)BMS的廠商是電池廠，包含電芯廠商和做pack的廠商，如三星、CATL、欣旺達(dá)、德賽電池、拓邦股份、北京普萊德等；

第三類(lèi)專(zhuān)業(yè)的BMS制造商，此類(lèi)廠商多有多年的電力電子技術(shù)積累，有高校背景或相關(guān)公司背景的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，如科列技術(shù)、億能電子、杭州高特等公司。

儲(chǔ)能系統(tǒng)的BMS的制造商：

和動(dòng)力鋰電池的BMS重要由終端車(chē)廠主導(dǎo)不同，目前看來(lái)儲(chǔ)能電池的終端用戶(hù)電網(wǎng)沒(méi)有加入BMS研發(fā)和制造的需求和具體行動(dòng)，也不大可能花費(fèi)大量資金和精力開(kāi)發(fā)大型電池管理系統(tǒng)，所以可以認(rèn)為儲(chǔ)能電池BMS行業(yè)缺乏一個(gè)占據(jù)了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的重要參和者，給電池廠以及專(zhuān)注做儲(chǔ)能BMS的廠商留下了巨大的發(fā)展空間和想象空間。假如儲(chǔ)能的市場(chǎng)一旦確立，將給予電池廠和專(zhuān)業(yè)BMS生產(chǎn)廠商以非常大的發(fā)揮空間和較少的競(jìng)爭(zhēng)阻力

當(dāng)前專(zhuān)注于儲(chǔ)能BMS開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)BMS廠商還比較少，重要原因是儲(chǔ)能市場(chǎng)還處在初期，市場(chǎng)有關(guān)儲(chǔ)能未來(lái)的發(fā)展還存在很大的疑慮，因此絕大部分廠商都沒(méi)有進(jìn)行儲(chǔ)能相關(guān)BMS的開(kāi)發(fā)。在實(shí)際的商業(yè)環(huán)境中，也有廠商購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)汽車(chē)電池BMS用作儲(chǔ)能電池的BMS用，相信在未來(lái)專(zhuān)業(yè)電動(dòng)汽車(chē)的BMS生產(chǎn)廠商也極有可能成為大規(guī)模儲(chǔ)能項(xiàng)目使用的BMS供應(yīng)商的重要組成部分。

國(guó)內(nèi)BMS廠商及未來(lái)BMS市場(chǎng)規(guī)模

國(guó)內(nèi)BMS生產(chǎn)公司主要有均勝電子、冠拓電源、安徽力高、億能電子、比亞迪、華霆?jiǎng)恿Α⑵杖R德、西安冠通數(shù)源、東莞鉅威、上海安科瑞電源管理系統(tǒng)有限公司、深圳科列技術(shù)、藍(lán)微新源、杭州高特電子等。根據(jù)長(zhǎng)城證券預(yù)測(cè)未來(lái)新能源汽車(chē)BMS和儲(chǔ)能BMS的總市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到110億至190億。