是谁决定了动力电池的使用寿命？
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电池管理系统（BMS）是动力电池系统中智能监控电池充放电、温度保护、电能均衡、信息传输的核心子系统，属于电池中的“智慧大脑”。
2024的两会，再次为“新型储能”行业掀起新一轮热潮，大家普遍聚焦于储能电池、储能系统集成的价格走势或技术迭代。然而，从储能刚需来讲，电池管理系统理应值得更多关注。无论是要追求更高安全或是更高效，都离不开BMS这一关键环节。
BMS有哪些用途，为什么对于储能的安全运行至关重要，2024年BMS又将面临哪些重大变革？本文将对以上问题进行解答，希望本文能帮大家深度了解该领域。
在上一篇文章中，我分享了三份BMS的干货，包括培训PPT、国家标准、深度报告等内容。
01
BMS的概念与优势
1、什么是BMS？
BMS通过实时采集电池组的电压、电流、温度等关键参数，精确判断电池的健康状态、能量状态和安全状态，从而确保储能系统的安全可靠运行。尤其是BMS所获得数据的准确性、可靠性，决定了储能系统整体运行的质量和效率。
2、BMS的优势
一个完整的电池储能系统，通常被称为BESS，可以由数十、数百甚至数千个锂离子电池战略性地组装在一起，具体取决于应用。这些系统的额定电压可能小于100V，但可能高达800V，电池组供电电流范围高达300A或更大。
高压电池组的任何管理不善都可能引发危及生命的灾难性灾难。因此，BMS对于确保安全运行至关重要。BMS的好处可以概括如下：
（1）功能安全
对于大尺寸的锂离子电池组来说，这是特别谨慎和必要的。但众所周知，即使是笔记本电脑中使用的较小格式也会起火并造成巨大破坏。包含锂离子动力系统的产品的用户的人身安全几乎没有留下电池管理错误的空间。
（2）寿命和可靠性
电池组保护管理，电气和热力，确保所有电池都在声明的SOA要求内使用。这种微妙的监督确保了电池的安全使用和快速充电和放电循环，并不可避免地产生一个稳定的系统，有可能提供多年的可靠服务。
（3）性能和范围
BMS电池组容量管理，其中采用电池间平衡来均衡电池组组件上相邻电池的SOC，允许实现最佳电池容量。如果没有这种BMS功能来考虑自放电、充电/放电循环、温度效应和一般老化的变化，电池组最终可能会变得无用。
（4）诊断、数据收集和外部通信
监督任务包括对所有电池单元的连续监测，其中数据记录本身可以用于诊断，但通常用于计算任务，以预测组件中所有电池的SOC。该信息被用于平衡算法，但可以共同转发到外部设备和显示器，以指示可用的驻留能量，基于当前使用情况估计预期范围或范围/寿命，并提供电池组的健康状态。
（5）降低成本和保修
在BESS中引入BMS增加了成本，电池组昂贵且具有潜在的危险性。系统越复杂，安全要求就越高，因此需要更多的BMS监督。但是，BMS在功能安全、寿命和可靠性、性能和范围、诊断等方面的保护和预防性维护保证了它将降低总体成本，包括与保修相关的成本。
02
BMS的主要用途？
1、电流监测与保护充电时，如果充电电流过大会导致电池内部电压迅速升高，电池电解液会溶解，释放出大量热量，又导致了温度升高，这不仅会加速电池老化，还会导致电池膨胀、漏液、短路，甚至会发生燃爆。电流监测的目的主要是防止过流，电池的最大电流限值有两个，1个是最大连续电流值，1个是瞬时电流峰值。瞬时峰值电流的产生与车辆运行状态有关，比如车辆突然加速时就会产生峰值电流，峰值电流通过传感器的实时采样获得。连续电流是长时间的累计电流，BMS可以在一段时间内，对电流进行积分计算后获得。电池的电流大小就像人体的血液流量，流量太大，心动过速，人体承受不了，会对健康造成损伤。如果BMS监测到的电流接近限值，就需要控制减少可用电流；如果超过限值，就需要关闭可用电流。2、电压监测与保护车辆充电时，BMS实时采样电池电压，当监测到的电压值接近高电压限值时，BMS会请求逐渐减小充电电流；当达到高电压限值时，BMS会请求完全终止充电电流。车辆行驶时处于放电过程，电池电压由高变低，如果电池长时间保持在低电压的状态，会导致电极表面微小分支晶体的生长，这些晶体会导致自放电速率升高，不仅影响电池的性能，还会引发安全问题。当监测到电压接近低电压限值时，BMS会请求关键的负载降低其电流需求。比如减小牵引电机可用的允许扭矩，当然，此时还必须考虑驾驶员的行驶安全，比如爬坡时不能减小。电流和电压的监测可以保证电池在电流和电压限值所构成的安全运行区域（SOA）内工作。3、温度监测与保护电池如果持续暴露在过热环境中，电池的性能和寿命会降低。比如在45℃的温度下连续充电时，性能损失可能会高达50%。温度过低时，电池的标准容量和剩余能量也会显著下降，大多数锂离子电池在低于5℃时无法快速充电，在低于0℃时根本不应充电。因为低温充电时的电镀现象会对电池造成严重损伤。所以BMS需要时刻监测电池的温度，温度过低时需要加热升温；温度过高时，需要冷却降温，加热和冷却是通过热管理控制器完成的，尽可能的使电池在最佳的温度区间工作（比如30-35℃），这样可以保护性能，延长使用寿命。温度过高容易导致热失控，温度过低又导致电化学过程不可逆；电压过高容易导致过充，而电压过低又会导致过放、电池枝晶产生短路。温度和电压间也存在着安全运行区域。4、容量监测与管理电池的剩余电量用SOC（State Of Charge）表示，也叫荷电状态。电池不能过充，过充后电压会迅速上升，额外的能量都会转化为热量，对电池造成损伤。汽车电池是由多个相同规格的电池单体串并联后堆叠而成，理论上，每个电池单体充满电后，充电电流就可以被切断。但是实际上每个电池单体的容量衰退率、自放电电阻以及外部电路并不完全相同，导致它们会具有不同的泄漏或自放电速率。在这种不平衡的情况下，顶部电池将提前达到其充电极限，也就是在其他底层电池被充电到满容量之前，就要终止充电电流。这样在放电时，电池组的运行时间就要受到容量最低的电池单体限制，电池容量不平衡会导致电池退化，工作时间缩短，还会存在对弱电池过度充电的风险。所以容量的管理首先要平衡电池组，目标是使整个电池组中各个相邻的电池单体的SOC大致相等。
03
2024年BMS将出现三大变革
1、打通BMS和EMS
随着储能系统被纳入各类电力市场交易主体，其盈利模式变得多样化，需要更高的数据处理和预测能力来优化收益。
BMS和EMS的整合将使储能系统能够更好地处理复杂的数据源和庞大的数据管理需求。这种整合不仅增强系统的数据处理能力，还能够帮助预测电价走势，优化电池充放电策略，从而提高储能的整体收益。
2、从BMS向EMS跨进
在工商业市场，储能系统需要具备更高级别的能量管理和综合控制能力，以满足复杂的能源需求和交易策略。
BMS+EMS一体化集控单元的出现，代表了储能管理系统从单纯的关注电池管理扩展到了整个能源系统的管理。这样的跨步能够实现更全面的监控和更灵活的交易策略，为工商业用户提供更高效的能源解决方案。
3、移动端小程序的推出
随着移动互联网的发展，用户对于实时数据监控和便捷管理的需求越来越强烈。通过移动端小程序，用户可以轻松实现“手持一站式”储能电运维管理。这种实时的数据访问和操作能力，极大地提升了运维效率，降低了运维成本。此外，这也体现了数字化和智能化的趋势，使得用户能够随时随地获取电站信息，从而做出及时有效的经营决策。
总体来看，这三大变革共同指向一个方向：储能BMS正在从单纯的电池管理系统向更加综合、智能的数据服务和能源管理平台转变。
这样的发展趋势不仅提高了储能系统的整体效能，也为用户带来了更加便捷的使用体验，预示着储能行业的未来将更加侧重于数据驱动和智能管理。
04
结语
不同于储能系统集成赛道的极度拥挤，BMS企业则相对比较稀缺。作为储能系统的神经末梢，BMS肩负改善储能安全性和经济性两大性能的任务。尤其是BMS所获得数据的准确性、可靠性，决定了储能系统整体运行的质量和效率。
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