基于ARM核心板實現(xiàn)的BMS可行性方案

阿里嘎多

近日，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《“十四五”新型儲能發(fā)展實施[color=inherit !important]方案》（以下簡稱《方案》）。《方案》提出，到2025年，新型儲能由商業(yè)化初期步入規(guī)模化發(fā)展階段，具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用條件。其中，電化學(xué)儲能技術(shù)性能進(jìn)一步提升，系統(tǒng)成本降低30%以上。到2030年，新型儲能全面市場化發(fā)展。

《方案》的印發(fā)，無疑為新型儲能行業(yè)的快速發(fā)展注入了更多動力。而特別提到的電化學(xué)儲能發(fā)展目標(biāo)，也釋放出了電化學(xué)儲能系統(tǒng)市場體量將進(jìn)一步擴(kuò)大的積極信號。

一、電化學(xué)儲能

電化學(xué)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(yīng)用于分鐘至小時級的作業(yè)場景。近年來，我國電化學(xué)儲能系統(tǒng)一直保持著較為迅速的發(fā)展趨勢，據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（[color=inherit !important]CNESA）統(tǒng)計，2021年國內(nèi)電化學(xué)儲能新增裝機高達(dá)1.9GW，同比增長58.3%。而電化學(xué)儲能在全部儲能市場的占比也在不斷提高，且在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用電側(cè)均有應(yīng)用。

電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)鏈

電化學(xué)儲能系統(tǒng)，主要由電池模組，儲能變流器（PCS），以及電池管理系統(tǒng)（BMS）和能量管理系統(tǒng)（EMS）組成。其中，電池模組負(fù)責(zé)儲電；PCS是連接于電池系統(tǒng)與電網(wǎng)（或負(fù)荷）之間的實現(xiàn)電能雙向轉(zhuǎn)換的變流器；而BMS和EMS是儲能系統(tǒng)的管理和控制中樞，BMS主要負(fù)責(zé)監(jiān)測電池數(shù)據(jù)，保護(hù)電池安全；EMS主要通過數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和能量調(diào)度來實現(xiàn)儲能系統(tǒng)內(nèi)部微電網(wǎng)的能量控制，保證微電網(wǎng)和整套系統(tǒng)正常運行。

電化學(xué)儲能系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

在整套系統(tǒng)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(tǒng)的管理和控制中樞，其性能和功能會直接影響整套系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性，且具有一定的開發(fā)難度，所以仍舊是業(yè)內(nèi)關(guān)注的重點 。隨著電化學(xué)儲能系統(tǒng)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(dǎo)致BMS和EMS的需求變化將會越來越多，為此降低其開發(fā)難度變得非常關(guān)鍵。

目前，市面上的EMS多采用PC機+服務(wù)器的形式，而BMS硬件多采用X86[color=inherit !important]工控機或[color=inherit !important]嵌入式ARM主板的形式。從經(jīng)濟(jì)性來說，[color=inherit !important]嵌入式[color=inherit !important]ARM主板更具優(yōu)勢。同時，從BMS的產(chǎn)品開發(fā)角度來看，選用一款成熟穩(wěn)定的嵌入式[color=inherit !important]ARM核心板作為主控將會使整個產(chǎn)品開發(fā)過程變得簡單高效，還能減少因項目變動帶來的部分重復(fù)性硬件設(shè)計工作。因此，本篇文章將介紹一種基于嵌入式ARM[color=inherit !important]核心板實現(xiàn)的BMS可行性方案，希望可幫助相關(guān)企業(yè)作為參考。

二、電池管理系統(tǒng)（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(fù)責(zé)對整個BMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析判斷、控制，具備完善的事件記錄及歷史數(shù)據(jù)存儲，包括電池系統(tǒng)充放電、運行參數(shù)設(shè)定等。

電池簇管理單元

負(fù)責(zé)對電池管理單元進(jìn)行監(jiān)測、控制，包括電池故障診斷，均衡控制策略、剩余電量預(yù)估等。

電池管理單元

負(fù)責(zé)對電池模組的電壓、溫度進(jìn)行采集和上傳，并實現(xiàn)電池單體間電量雙向高效主動平衡。

圖示：電化學(xué)儲能系統(tǒng)拓?fù)浜唸D

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(jìn)行數(shù)據(jù)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，[color=inherit !important]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(jù)項目需求靈活、快速地搭建出一套穩(wěn)定的BMS。

三、電化學(xué)儲能BMS方案實現(xiàn)1、電池陣列管理單元

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FET3568-C核心板采用Rockchip RK3568處理器設(shè)計開發(fā)，四核64位[color=inherit !important]Cortex-A55架構(gòu)，主頻高達(dá)2.0GHz。核心板功能接口豐富，支持多路CAN和UA[color=inherit !important]RT（與電池簇管理單元和其他配套輔助設(shè)備通訊），2路千兆以太網(wǎng)（便于組網(wǎng)），RGB、LVDS、HDMI等多種[color=inherit !important]顯示接口（實現(xiàn)優(yōu)秀的[color=inherit !important]人機交互界面），支持PCIe3.0和STAT3.0等高速接口（連接[color=inherit !important]硬盤拓展本地存儲）。

2、電池簇管理單元

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[color=inherit !important]FETMX6ULL-S核心板基于[color=inherit !important]NXP MC[color=inherit !important]IMX6Y2處理器設(shè)計開發(fā)，Cortex-[color=inherit !important]A7架構(gòu)，主頻800MHz，性價比出眾，運行穩(wěn)定，支持3路CAN（原生2路，[color=inherit !important]SPI轉(zhuǎn)1路）、2路千兆以太網(wǎng)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(fā)，能夠快速開發(fā)出一系列同類產(chǎn)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(xiàn)，因此推薦FET1061-S核心板。FET1061-S核心板搭載ARM Cortex-M7內(nèi)核，集微控制器的低功耗、易用性與應(yīng)用處理器的高性能、高擴(kuò)展性于一體。支持多路CAN、2路百兆以太網(wǎng)，以及高達(dá)32路高速[color=inherit !important]GPIO，可輕松采集多路電池數(shù)據(jù)。

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