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电化学储能干货 | 基于ARM核心板实现的BMS方案

飞凌嵌入式 2022-08-31 16:49 次阅读

今年一月,国家发展改革委、国家能源局印发了《“十四五”新型储能发展实施方案》(以下简称《方案》)。《方案》提出,到2025年,新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段,具备大规模商业化应用条件。

其中,电化学储能技术性能进一步提升,系统成本降低30%以上。到2030年,新型储能全面市场化发展。

《方案》的印发无疑为新型储能行业的快速发展注入了更多动力。而特别提到的电化学储能发展目标,也释放出了电化学储能系统市场体量将进一步扩大的积极信号

电化学储能是一种通过液流电池、锂离子电池以及钠硫电池等方式将电能储存起来的新型储能方式,主要应用于分钟至小时级的作业场景。

近年来,我国电化学储能系统一直保持着较为迅速的发展趋势,据中关村储能产业技术联盟(CNESA)统计,2021年国内电化学储能新增装机高达1.9GW,同比增长58.3%。而电化学储能在全部储能市场的占比也在不断提高,且在发电侧、电网侧和用电侧均有应用。

poYBAGMPIIKAFYDzAABurJShQ4E376.png电化学储能产业链

电化学储能系统,主要由电池模组、储能变流器(PCS)、电池管理系统(BMS)和能量管理系统(EMS)组成。其中,电池模组负责储电;PCS是连接于电池系统与电网(或负荷)之间的实现电能双向转换的变流器;而BMS和EMS是储能系统的管理和控制中枢。

BMS主要负责监测电池数据,保护电池安全;EMS主要通过数据采集、网络监控和能量调度来实现储能系统内部微电网的能量控制,保证微电网和整套系统正常运行。

pYYBAGMPIIKAbECAAAAt7QJV07g683.png电化学储能系统构成示意图

在整套系统中,电池模组和PCS成本占比较高,BMS和EMS虽然硬件成本比重不高,可作为整套系统的管理和控制中枢,其性能和功能会直接影响整套系统的运行效率和稳定性,且具有一定的开发难度,因此仍旧是业内关注的重点 。

随着电化学储能系统装机量的不断提升,因项目不同、电池容量不同、冷却方式不同等差异导致BMS和EMS的需求变化将会越来越多,为此降低其开发难度变得非常关键。

目前,市面上的EMS多采用PC机+服务器的形式,而BMS硬件多采用x86工控机或嵌入式ARM主板的形式。从经济性来说,嵌入式ARM主板更具优势;从BMS的产品开发角度来看,选用一款成熟稳定的嵌入式ARM核心板作为主控将会使整个产品开发过程变得简单高效,还能减少因项目变动带来的部分重复性硬件设计工作

因此,本篇文章将介绍一种基于嵌入式ARM核心板实现的BMS可行性方案,可供相关企业作为选型参考。

1、电池管理系统(BMS)

BMS主要由电池阵列管理单元(BAMS)、电池蔟管理单元(BCMS)以及电池管理单元(BMU)组成。

(1)电池阵列管理单元

BMS中的“上位机”,负责对整个BMS系统的数据进行收集和分析判断、控制,具备完善的事件记录及历史数据存储,包括电池系统充放电、运行参数设定等。

(2)电池簇管理单元

负责对电池管理单元进行监测、控制,包括电池故障诊断,均衡控制策略、剩余电量预估等。

(3)电池管理单元

负责对电池模组的电压、温度进行采集和上传,并实现电池单体间电量双向高效主动平衡。

poYBAGMPIIKATGFzAAEaL2ea7jY80.jpeg电化学储能系统拓扑简图

以一兆瓦的储能电站为例,BMS需要1个电池阵列管理单元,通过CAN挂载1~4个电池簇管理单元,而每个电池簇管理单元可通过CAN挂载1~14个电池管理单元,再由电池管理单元对电池模组进行数据采集。通常情况下,每个电池模组由4并16串电池组成。

对于BMS的不同单元模块,飞凌嵌入式均有适配度很高的嵌入式ARM核心板可作为选型参考,能够帮助用户根据项目需求灵活、快速地搭建出一套稳定的BMS。

2、方案实现

(1)电池阵列管理单元

推荐板卡:FET3568-C核心板

FET3568-C核心板采用Rockchip RK3568处理器设计开发,四核64位Cortex-A55架构,主频高达2.0GHz。核心板功能接口丰富,支持多路CAN和UART(与电池簇管理单元和其他配套辅助设备通讯),2路千兆以太网(便于组网),RGB、LVDS、HDMI等多种显示接口(实现优秀的人机交互界面),支持PCIe3.0和STAT3.0等高速接口(连接硬盘拓展本地存储)。

poYBAGMPIIKAFicWAACVtZekut828.jpeg

(2)电池簇管理单元

推荐板卡:FETMX6ULL-C核心板

FETMX6ULL-C核心板基于NXP MCIMX6Y2处理器设计开发,Cortex-A7架构,主频800MHz,性价比出众,运行稳定。支持3路CAN(原生2路,SPI转1路)、2路千兆以太网以及8路UART,可满足电池簇管理单元的性能和成本要求。且核心板资料丰富易开发,能够快速开发出一系列同类产品。

poYBAGMPIIOALhEvAAC7XLyXALE16.jpeg

(3)电池管理单元

推荐板卡:FET1061-S核心板

电池管理单元与电池阵列管理单元和电池簇管理单元不同,采用MCU即可实现,因此推荐FET1061-S核心板。FET1061-S核心板搭载ARM Cortex-M7内核,集微控制器的低功耗、易用性与应用处理器的高性能、高扩展性于一体。支持多路CAN、2路百兆以太网,以及高达32路高速GPIO,可轻松采集多路电池数据。

pYYBAGMPIIOAE4QeAAC1vc7ZJhE44.jpeg

以上就是基于嵌入式ARM核心板的BMS可行性方案推荐。飞凌嵌入式在电力行业深耕多年,积累了丰富且成熟的产品实施经验,可为储能行业提供优质的技术服务。

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