电化学储能干货 | 基于ARM核心板实现的BMS方案

今年一月，国家发展改革委、国家能源局印发了《“十四五”新型储能发展实施方案》（以下简称《方案》）。《方案》提出，到2025年，新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段，具备大规模商业化应用条件。

 

其中，电化学储能技术性能进一步提升，系统成本降低30%以上。到2030年，新型储能全面市场化发展。

 

《方案》的印发无疑为新型储能行业的快速发展注入了更多动力。而特别提到的电化学储能发展目标，也释放出了电化学储能系统市场体量将进一步扩大的积极信号。

 

 

电化学储能是一种通过液流电池、锂离子电池以及钠硫电池等方式将电能储存起来的新型储能方式，主要应用于分钟至小时级的作业场景。

 

近年来，我国电化学储能系统一直保持着较为迅速的发展趋势，据中关村储能产业技术联盟（CNESA）统计，2021年国内电化学储能新增装机高达1.9GW，同比增长58.3%。而电化学储能在全部储能市场的占比也在不断提高，且在发电侧、电网侧和用电侧均有应用。

 

电化学储能产业链

 

电化学储能系统，主要由电池模组、储能变流器（PCS）、电池管理系统（BMS）和能量管理系统（EMS）组成。其中，电池模组负责储电；PCS是连接于电池系统与电网（或负荷）之间的实现电能双向转换的变流器；而BMS和EMS是储能系统的管理和控制中枢。

 

BMS主要负责监测电池数据，保护电池安全；EMS主要通过数据采集、网络监控和能量调度来实现储能系统内部微电网的能量控制，保证微电网和整套系统正常运行。

 

电化学储能系统构成示意图

 

在整套系统中，电池模组和PCS成本占比较高，BMS和EMS虽然硬件成本比重不高，可作为整套系统的管理和控制中枢，其性能和功能会直接影响整套系统的运行效率和稳定性，且具有一定的开发难度，因此仍旧是业内关注的重点 。

 

随着电化学储能系统装机量的不断提升，因项目不同、电池容量不同、冷却方式不同等差异导致BMS和EMS的需求变化将会越来越多，为此降低其开发难度变得非常关键。

 

目前，市面上的EMS多采用PC机+服务器的形式，而BMS硬件多采用x86工控机或嵌入式ARM主板的形式。从经济性来说，嵌入式ARM主板更具优势；从BMS的产品开发角度来看，选用一款成熟稳定的嵌入式ARM核心板作为主控将会使整个产品开发过程变得简单高效，还能减少因项目变动带来的部分重复性硬件设计工作。

 

因此，本篇文章将介绍一种基于嵌入式ARM核心板实现的BMS可行性方案，可供相关企业作为选型参考。

 

1、电池管理系统（BMS）

BMS主要由电池阵列管理单元（BAMS）、电池蔟管理单元(BCMS)以及电池管理单元（BMU）组成。

 

（1）电池阵列管理单元

BMS中的“上位机”，负责对整个BMS系统的数据进行收集和分析判断、控制，具备完善的事件记录及历史数据存储，包括电池系统充放电、运行参数设定等。

（2）电池簇管理单元

负责对电池管理单元进行监测、控制，包括电池故障诊断，均衡控制策略、剩余电量预估等。

（3）电池管理单元

负责对电池模组的电压、温度进行采集和上传，并实现电池单体间电量双向高效主动平衡。

电化学储能系统拓扑简图

 

以一兆瓦的储能电站为例，BMS需要1个电池阵列管理单元，通过CAN挂载1~4个电池簇管理单元，而每个电池簇管理单元可通过CAN挂载1~14个电池管理单元，再由电池管理单元对电池模组进行数据采集。通常情况下，每个电池模组由4并16串电池组成。

 

对于BMS的不同单元模块，飞凌嵌入式均有适配度很高的嵌入式ARM核心板可作为选型参考，能够帮助用户根据项目需求灵活、快速地搭建出一套稳定的BMS。

 

2、方案实现

（1）电池阵列管理单元

推荐板卡：FET3568-C核心板

 

FET3568-C核心板采用Rockchip RK3568处理器设计开发，四核64位Cortex-A55架构，主频高达2.0GHz。核心板功能接口丰富，支持多路CAN和UART（与电池簇管理单元和其他配套辅助设备通讯），2路千兆以太网（便于组网），RGB、LVDS、HDMI等多种显示接口（实现优秀的人机交互界面），支持PCIe3.0和STAT3.0等高速接口（连接硬盘拓展本地存储）。

 

（2）电池簇管理单元

推荐板卡：FETMX6ULL-C核心板

 

FETMX6ULL-C核心板基于NXP MCIMX6Y2处理器设计开发，Cortex-A7架构，主频800MHz，性价比出众，运行稳定。支持3路CAN（原生2路，SPI转1路）、2路千兆以太网以及8路UART，可满足电池簇管理单元的性能和成本要求。且核心板资料丰富易开发，能够快速开发出一系列同类产品。

 

（3）电池管理单元

推荐板卡：FET1061-S核心板

 

电池管理单元与电池阵列管理单元和电池簇管理单元不同，采用MCU即可实现，因此推荐FET1061-S核心板。FET1061-S核心板搭载ARM Cortex-M7内核，集微控制器的低功耗、易用性与应用处理器的高性能、高扩展性于一体。支持多路CAN、2路百兆以太网，以及高达32路高速GPIO，可轻松采集多路电池数据。

以上就是基于嵌入式ARM核心板的BMS可行性方案推荐。飞凌嵌入式在电力行业深耕多年，积累了丰富且成熟的产品实施经验，可为储能行业提供优质的技术服务。