電化學(xué)儲能干貨 | 基于ARM核心板實現(xiàn)的BMS方案

今年一月，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)了《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》（以下簡稱《方案》）?！斗桨浮诽岢觯?025年，新型儲能由商業(yè)化初期步入規(guī)?；l(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)市場體量將進一步擴大的積極信號。

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（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)儲能系統(tǒng)，主要由電池模組、儲能變流器（PCS）、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。

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，因此仍舊是業(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工控機或嵌入式ARM主板的形式。從經(jīng)濟性來說，嵌入式ARM主板更具優(yōu)勢；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核心板實現(xiàn)的BMS可行性方案，可供相關(guān)企業(yè)作為選型參考。

1、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。

（1）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。

（2）電池簇管理單元

負(fù)責(zé)對電池管理單元進行監(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。

（3）電池管理單元

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

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(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，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。

2、方案實現(xiàn)

（1）電池陣列管理單元

推薦板卡：FET3568-C核心板

FET3568-C核心板采用Rockchip RK3568處理器設(shè)計開發(fā)，四核64位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UART（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等多種顯示接口（實現(xiàn)優(yōu)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

推薦板卡：FETMX6ULL-C核心板

FETMX6ULL-C核心板基于NXP MCIMX6Y2處理器設(shè)計開發(fā)，Cortex-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，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

推薦板卡：FET1061-S核心板

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GPIO，可輕松采集多路電池數(shù)據(jù)。

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(yè)深耕多年，積累了豐富且成熟的產(chǎn)品實施經(jīng)驗，可為儲能行業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的技術(shù)服務(wù)。