大型電池陣列可以作為備份和連續(xù)供電的能量存儲體系,這種用法正在得到越來越多的關(guān)注,特斯拉汽車公司不久前推出的家用和商用Powerwall體系證明了這一點。這類體系中的電池由電網(wǎng)或其他能源連續(xù)充電,然后通過DC/AC逆變器向用戶供給交流(AC)電。

用電池作為備份電源并不是新鮮事,目前已經(jīng)有很多種電池備份電源體系了,例如基本的120/240V AC和數(shù)百瓦功率的臺式PC短期備份電源體系,船舶、混合動力汽車或全電動型汽車使用的數(shù)千瓦特種車船備份電源體系,電信體系和數(shù)據(jù)中心使用的電網(wǎng)級數(shù)百千瓦備份電源體系(參見圖1)…等等。雖然電池化學(xué)組成和電池技術(shù)領(lǐng)域的進步引起了很大的關(guān)注,但是對于一個可行和根據(jù)電池的備份體系而言,還有一個同樣要害的部分,那就是電池管理體系(BMS)。

根據(jù)電池的備份電源非常適合從數(shù)千瓦到數(shù)百kW功率的固定及移動使用,可為多種使用可靠和有效地供電。

為能量存儲使用完成電池管理體系時有很多應(yīng)戰(zhàn),其解決方案絕不是從小型、較低容量電池包的管理體系簡單“擴展”而成。相反,需要新的、更加復(fù)雜的戰(zhàn)略以及要害的支持組件。

應(yīng)戰(zhàn)的起點是,要求很多要害電池參數(shù)的丈量值具備高準確度和可信度。此外,子體系的規(guī)劃必須是模塊化的,以能夠按照使用的特定需求對配置進行定制,還要考慮可能的擴展要求、全體管理問題以及必要的維護。

較大型存儲陣列的工作環(huán)境還帶來了其他重大應(yīng)戰(zhàn)。在逆變器電壓很高/電流很大并因此而產(chǎn)生電流尖峰的情況下,BMS還必須在噪聲極大的電氣環(huán)境而且常常是溫度很高的環(huán)境中供給精確、共同的數(shù)據(jù)。此外,BMS還必須針對內(nèi)部模塊和體系溫度丈量值供給廣泛的 “精細” 數(shù)據(jù),而不是有限的幾項粗略的總計數(shù)據(jù),因為這些數(shù)據(jù)對于充電、監(jiān)督和放電而言是至關(guān)重要的。

因為這些電源體系的重要作用,因此它們的工作可靠性具有與生俱來的要害性。要把上面這個很容易表述的目標變成現(xiàn)實,BMS必須確保數(shù)據(jù)準確度和完整性以及連續(xù)的健康評估,這樣BMS才能持續(xù)采取所需行動。完成堅固的規(guī)劃和可靠的安全性是一個多級過程,BMS必須針對所有子體系預(yù)期可能出現(xiàn)的問題、執(zhí)行自測試并供給故障檢測,然后在備用模式和工作模式選用恰當?shù)男袆?。最后一個要求是,因為高壓、大電流和大功率,所以 BMS 必須滿足很多嚴格的監(jiān)管標準要求。

體系規(guī)劃將概念轉(zhuǎn)變成真實世界的成果

雖然監(jiān)督可再充電電池從概念上看很簡單,只需將電壓和電流丈量電路放在電池端子處即可,但現(xiàn)實中的BMS卻很不一樣,要復(fù)雜得多。

堅固的規(guī)劃始于對各節(jié)電池的全面監(jiān)督,這對模仿電路功用提出了一些重要要求。電池讀數(shù)需要達到毫伏和毫安級準確度,電壓和電流丈量值必須是時刻同步以核算功率。BMS必須評估每次丈量的有效性,因為它需要最大限度提高數(shù)據(jù)完整性,同時BMS還必須識別錯誤或有問題的讀數(shù)。BMS不能忽視不尋常的讀數(shù),因為這種讀數(shù)也許表明有潛在問題,但同時,BMS又不能根據(jù)有錯誤的數(shù)據(jù)采取行動。