電化學儲能干貨-基于ARM核心板實現的BMS可行性方案
電化學儲能BMS
2022-04-01 09:17:00
電化學儲能BMS
儲能BMS方案
近日，國家發展改革委、國家能源局印發《“十四五”新型儲能發展實施方案》（以下簡稱《方案》）。《方案》提出，到2025年，新型儲能由商業化初期步入規模化發展階段，具備大規模商業化應用條件。其中，電化學儲能技術性能進一步提升，系統成本降低30%以上。到2030年，新型儲能全面市場化發展。
《方案》的印發，無疑為新型儲能行業的快速發展注入了更多動力。而特別提到的電化學儲能發展目標，也釋放出了電化學儲能系統市場體量將進一步擴大的積極信號。
一、電化學儲能
電化學儲能是一種通過液流電池、鋰離子電池以及鈉硫電池等方式將電能儲存起來的一種新型儲能方式，主要應用于分鐘至小時級的作業場景。近年來，我國電化學儲能系統一直保持著較為迅速的發展趨勢，據中關村儲能產業技術聯盟（CNESA）統計，2021年國內電化學儲能新增裝機高達1.9GW，同比增長58.3%。而電化學儲能在全部儲能市場的占比也在不斷提高，且在發電側、電網側和用電側均有應用。
電化學儲能產業鏈
電化學儲能系統，主要由電池模組，儲能變流器（PCS），以及電池管理系統（BMS）和能量管理系統（EMS）組成。其中，電池模組負責儲電；PCS是連接于電池系統與電網（或負荷）之間的實現電能雙向轉換的變流器；而BMS和EMS是儲能系統的管理和控制中樞，BMS主要負責監測電池數據，保護電池安全；EMS主要通過數據采集、網絡監控和能量調度來實現儲能系統內部微電網的能量控制，保證微電網和整套系統正常運行。
電化學儲能系統構成示意圖
在整套系統中，電池模組和PCS成本占比較高，BMS和EMS雖然硬件成本比重不高，可作為整套系統的管理和控制中樞，其性能和功能會直接影響整套系統的運行效率和穩定性，且具有一定的開發難度，所以仍舊是業內關注的重點 。隨著電化學儲能系統裝機量的不斷提升，因項目不同、電池容量不同、冷卻方式不同等差異導致BMS和EMS的需求變化將會越來越多，為此降低其開發難度變得非常關鍵。
目前，市面上的EMS多采用PC機+服務器的形式，而BMS硬件多采用X86工控機或嵌入式ARM主板的形式。從經濟性來說，嵌入式ARM主板更具優勢。同時，從BMS的產品開發角度來看，選用一款成熟穩定的嵌入式ARM核心板作為主控將會使整個產品開發過程變得簡單高效，還能減少因項目變動帶來的部分重復性硬件設計工作。因此，本篇文章將介紹一種基于嵌入式ARM核心板實現的BMS可行性方案，希望可幫助相關企業作為參考。
二、電池管理系統（BMS）
BMS主要由電池陣列管理單元（BAMS）、電池蔟管理單元(BCMS)以及電池管理單元（BMU）組成。
電池陣列管理單元
BMS中的“上位機”，負責對整個BMS系統的數據進行收集和分析判斷、控制，具備完善的事件記錄及歷史數據存儲，包括電池系統充放電、運行參數設定等。電池簇管理單元
負責對電池管理單元進行監測、控制，包括電池故障診斷，均衡控制策略、剩余電量預估等。電池管理單元
負責對電池模組的電壓、溫度進行采集和上傳，并實現電池單體間電量雙向高效主動平衡。
圖示：電化學儲能系統拓撲簡圖
以一兆瓦的儲能電站為例，BMS需要1個電池陣列管理單元，通過CAN掛載1~4個電池簇管理單元，而每個電池簇管理單元可通過CAN掛載1~14個電池管理單元，再由電池管理單元對電池模組進行數據采集。通常情況下，每個電池模組由4并16串電池組成。
對于BMS的不同單元模塊，飛凌嵌入式均有適配度很高的嵌入式ARM核心板可作為選型參考，能夠幫助用戶根據項目需求靈活、快速地搭建出一套穩定的BMS。
三、電化學儲能BMS方案實現
1、電池陣列管理單元
FET3568-C核心板采用Rockchip RK3568處理器設計開發，四核64位Cortex-A55架構，主頻高達2.0GHz。核心板功能接口豐富，支持多路CAN和UART（與電池簇管理單元和其他配套輔助設備通訊），2路千兆以太網（便于組網），RGB、LVDS、HDMI等多種顯示接口（實現優秀的人機交互界面），支持PCIe3.0和STAT3.0等高速接口（連接硬盤拓展本地存儲）。
2、電池簇管理單元
FETMX6ULL-S核心板基于NXP MCIMX6Y2處理器設計開發，Cortex-A7架構，主頻800MHz，性價比出眾，運行穩定，支持3路CAN（原生2路，SPI轉1路）、2路千兆以太網以及8路UART，可滿足電池簇管理單元的性能和成本要求。且核心板資料豐富易開發，能夠快速開發出一系列同類產品。
3、電池管理單元
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電池管理單元與電池陣列管理單元和電池簇管理單元不同，采用MCU即可實現，因此推薦FET1061-S核心板。FET1061-S核心板搭載ARM Cortex-M7內核，集微控制器的低功耗、易用性與應用處理器的高性能、高擴展性于一體。支持多路CAN、2路百兆以太網，以及高達32路高速GPIO，可輕松采集多路電池數據。
以上就是基于嵌入式ARM核心板的BMS可行性方案推薦。飛凌嵌入式在電力行業深耕多年，積累了豐富且成熟的產品實施經驗，可為儲能行業提供優質的技術服務。如果您正在為儲能產品選型，歡迎聯系飛凌客服了解詳情。
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