大型電池陣列可以作為備份和連續供電的能量存儲體系,這種用法正在得到越來越多的關注,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或其他能源連續充電,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,目前已經有很多種電池備份電源體系了,例如基本的120/240V AC和數百瓦功率的臺式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千瓦特種車船備份電源體系,電信體系和數據中心使用的電網級數百千瓦備份電源體系(參見圖1)…等等。雖然電池化學組成和電池技術領域的進步引起了很大的關注,但是對于一個可行和根據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)。

根據電池的備份電源非常適合從數千瓦到數百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戰,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、更加復雜的戰略以及要害的支持組件。

應戰的起點是,要求很多要害電池參數的丈量值具備高準確度和可信度。此外,子體系的規劃必須是模塊化的,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境還帶來了其他重大應戰。在逆變器電壓很高/電流很大并因此而產生電流尖峰的情況下,BMS還必須在噪聲極大的電氣環境而且常常是溫度很高的環境中供給精確、共同的數據。此外,BMS還必須針對內部模塊和體系溫度丈量值供給廣泛的 “精細” 數據,而不是有限的幾項粗略的總計數據,因為這些數據對于充電、監督和放電而言是至關重要的。

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實,BMS必須確保數據準確度和完整性以及連續的健康評估,這樣BMS才能持續采取所需行動。完成堅固的規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期可能出現的問題、執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的行動。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管標準要求。

體系規劃將概念轉變成真實世界的成果

雖然監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,但現實中的BMS卻很不一樣,要復雜得多。

堅固的規劃始于對各節電池的全面監督,這對模仿電路功用提出了一些重要要求。電池讀數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據完整性,同時BMS還必須識別錯誤或有問題的讀數。BMS不能忽視不尋常的讀數,因為這種讀數也許表明有潛在問題,但同時,BMS又不能根據有錯誤的數據采取行動。