三瑞蓄电池CL系列产品

根本功用蓄电池管理系统，作为蓄电池系统的重要组成局部，自降生开端，便改动着传统蓄电池系统的运转方式和设计理念。望文生义，蓄电池管理系统的作用就是对整个蓄电池系统停止监测和管理。由于铅酸蓄电池和锂离子电池工作原理的差别，以及对BMS依赖水平不同，铅酸蓄电池管理系统和锂离子电池管理系统差别***。普通来说，铅酸蓄电池管理系统注重信息反应和异常告警，而简直不会主动对蓄电池系统运转停止干预，所起的作用仅局限于监测预警和少量的蓄电池单体平衡；而锂离子电池由于工作原理的局限，使其简直不可能脱离管理系统独立工作，其对管理系统的依赖水平极高，一个形象的比喻就是管理系统好比人的大脑，而锂离子电池本体则是人的肌肉群，整个锂离子电池系统能否正常运转除了取决于锂离子电池自身的状态之外，各取决于管理系统的牢靠性和适配性。关于数据中心而言，不管是选择铅酸蓄电池还是锂离子电池，蓄电池管理系统都是整个不连续电源系统的规范配置，理解并可以依据数据中心的特性选择适宜的蓄电池管理系统，是数据中心从业者所必需控制的学问要点。21铅酸蓄电池管理系统如图所示，大局部铅酸蓄电池管理系统都由处置器、输入/输出控制单元、电池控制器、蓄电池、充放电电路、漏电检测单元、电机控制器和电机等硬件组成，并经过专用的管理程序停止控制，完成管理工作。蓄电池的输出端与电池控制器的的输入端相衔接，电池控制器用于采集蓄电池信息，包括承受蓄电池的温度、电压及电流信号，并经过传送给处置器；处置器采用单片机与电池控制器的通讯口衔接；电池控制器普通才有开关型的铅酸蓄电池充电控制器，内部设有电压监测模块、电流监测模块和温度监测模块，便于电池控制器实时监测蓄电池电压、电流和温度。处置器与输入/ 输出控制单元相连，输入 /输出控制单元与充放电电路相连，蓄电池与充放电电路相连；蓄电池的输出端与漏电检测单元相连，用于监测蓄电池能否漏电，漏电检测单元的输出端与处理器的输入端通讯衔接，漏电检测单元外部衔接在蓄电池外壳和大地引出的接地线上，内部和处置器相连；显现系统与处置器相连，用于显现系统信息。

铅酸蓄电池管理系统主要功用有：⒈监测蓄电池系统运转状态，包括单体蓄电池电压、温度、电流及内阻，蓄电池系统漏电状况等；⒉对采集的蓄电池数据停止处置剖析，并依据设定的运算逻辑和处置逻辑，对铅酸蓄电池系统停止判断和处置，包括预警信息发出和平衡功用开启等；⒊实时显现铅酸蓄电池系统运22数据中心蓄电池技术白皮书行状况，给于运维管理人员直观、牢靠的状态判别，包括铅酸蓄电池系统实时状态，SOC、SOH等状态参数。锂离子电池管理系统23由于锂离子电池本体的特殊性，在实践应用中，锂离子电池必需搭配管理系统才干够被运用，管理系统在整个锂离子电池系统中扮演着指挥中枢的角色，脱离了管理系统的锂离子电池是不被任何行业所认可和承受的，一个稳定、牢靠的锂离子电池管理系统，是锂离子电池能否运用在一个行业或范畴的关键。相较于铅酸蓄电池管理系统而言，锂离子电池管理系统要复杂得多，所具备的功用也更多。锂离子电池管理系统不只要对系统内锂离子电池停止监测和管控，还需求对锂离子电池运转环境停止监测和部分的管控；还需要针对锂离子电池不同的运转状态，做出针对性的处置动作，以确保锂离子电池系统运转平安和牢靠。关于数据中心用锂离子电池系统而言，管理系统功用可划分为以下三个方面：①平安性： 维护电池单体或电池组免受损坏，避免呈现平安事故；②耐久性，使锂离子电池工作在牢靠的平安区域内，延长电池的运用寿命，管理系统本身也需求具备相应的运用寿命；③牢靠性，维持数据中心正常运转时，不连续电源系统对蓄电池系统的各种工况请求。锂离子电池管理系统由各类传感器、执行器、控制器、采集安装及信号线等组成，其自身就是一个复杂的硬件和软件集成体，为确保锂离子电池系统可以安全牢靠的运转，满足数据中心对蓄电池系统的各项请求，锂离子电池管理系统应具备一下功用：①电池参数检测：包括总电压、总电量、单体电池电压（避免呈现过充、过放以至反极现象）、温度检测（每串电池、关键电缆接头号均有温度传感器）、烟雾探测（监测电解液走漏等，三元类锂离子电池倡议必配、磷酸铁锂离子电池可做选配）、绝缘检测（监测漏电，可做选配，非强迫请求）等。②电池状态估量：包括荷电状态（SOC）或放电深度（DOD）、安康状态24数据中心蓄电池技术白皮书（SOH）、功用状态（SOF）、能量状态（SOE）、毛病及平安状态（SOS）等。③在线毛病诊断：包括毛病检测、毛病类型判别、毛病、毛病信息输出等。毛病检测是指经过采集到的传感器信号，采用诊断算法诊断毛病类型，并停止早期预警。电池毛病是指电池组、高压电回路、热管理等各个子系统的传感器毛病、执行器毛病（如接触器、风扇、泵、加热器等），以及网络毛病、各种控制器软硬件毛病等。电池组自身毛病是指过压（过充）、欠压（过放）、过电流、***温、内短路毛病、接头松动、电解液走漏、

绝缘降低等。④ 电池平安控制与报警：包括热系统控制、高压电平安控制。BMS诊断到毛病后，经过信号线通知系统控制器，并请求系统控制器停止有效处置（超越一定阈值时 BMS也能够切断异常电池组或主回路断路器），以避免高温、低温、过充、过放、过流、漏电等对电池和人身的损伤。⑤ 充电控制：BMS中应具有一个充电管理功用，可以依据电池的特性、温度上下以及锂离子电池系统情况，实时向充电机发出当前所需充电功率或电流，以全部充电过程平安、。⑥电池平衡：不分歧性的存在使得电池组的容量小于组中单体的容量。电池平衡是依据单体电池信息，采用主动或被动、耗散或非耗散等平衡方式，尽可能使电池组容量接近于单体的容量。⑦热管理：依据电池组内温度散布信息及充放电需求，决议主动加热 / 散热的强度，使得电池尽可能工作在Zui合适的温度，充沛发挥电池的性能。⑧通讯：管理系统需求与不连续电源系统及动环系统等网络节点通讯，以确保电池系统状态可以快速、的被读取。⑨ 信息存储：用于存储关键数据，如SOC、SOH、SOF、SOE、累积充放电 Ah 数、毛病码和分歧性等。实践应用的 BMS可能只要上面提到的局部硬件和软件。每个电池单元至少应有一个电池电压传感器和一个温度传感器。关于具有几十个电池的电池系统，可能只要一个BMS 控制器，或者将 BMS功用集成到主控制器中。关于具有数百个电池单元的电池系统，可能有一个主控制器和多25个仅管理一个电池模块的附属控制器。关于每个具有数十个电池单元的电池模块，可能存在一些模块电路接触器战争衡模块，并且从控制器像丈量电压和电流一样管理电池模块，控制接触器，平衡电池单元并与主控制器通讯。依据所报告的数据，主控制器将执行电池状态估量，毛病诊断，热管理等。⑩电磁兼容：由于管理系统自身需求对外和对内停止信息传送，加上数据中心本身请求，管理系统需具有好的抗电磁干扰才能，对外辐射需求尽可能小。5.2性能请求管理系统关于蓄电池系统重要性随着数据中心建立的不时晋级日益突显，特别是锂离子电池开端大范围用于数据中心之后，管理系统的重要性将会越来越高，随着技术的进步和数据中心各个系统之间深化的信息交融，关于蓄电池管理系统的请求将会越来越高。

作为蓄电池系统的大脑，管理系统需求具备相匹配的性能才干满足不时进步的请求。就目前而言，高的平安性及牢靠性、高的采集精度和的数据处置才能，是管理系统所必需的性能；随着技术开展，BMS功用日渐完善，也在改动着蓄电池的传统用法，如自动平衡、并联均流、新旧蓄电池组混搭运用、集成式智能消防等等。5.2.1平安性及牢靠性管理系统由多种电器元件、采集、传输线缆、插接件组成。管理系统，特别是锂离子电池的管理系统，需求经过对采集数据的剖析，依据剖析结果，对电池系统停止相应的控制动作，管理系统能否可以***执行相关维护动作，直接决议着系统的平安性；在停止管理系统选择和设计时，要先确保所选的各类电器元件、、线缆和插接件是经过***第三方认证，且规格型号契合电池系统的工作运转请求，如运转电压、运转电流等均需满足电池系统的极限工作请求。管理系统的工作原理是基于对采集到的数据停止剖析，依据剖析结果26数据中心蓄电池技术白皮书做出相应判别指令和动作。数据剖析所采用的办法，判别条件设计需求符合蓄电池的工作特性，避免误判。如铅酸蓄电池能够经过内阻判别电池状态的好坏，而锂离子电池无法经过内阻来判别状态的好坏。

5.2.2 采集精度及数据处置

①高的丈量精度：管理系统一切的剖析、运算、判别，都是基于采集安装所提供的数据，采集精度的上下，直接决议了剖析、运算和判别的性。图 1锂离子电池 OCV 和 SOC 对应曲线

这里我们以 C / LFP 和 LTO / NCM 型电池为例。图 1 显现了电池 C / LiFePO 4 和 LTO /NCM 的开路电压（OCV）以及每 mV 电压对应的 SOC 变化。从图中我们能够看到 LTO / NCM 的 OCV曲线的斜率相对峻峭，且大多数SOC 范围内，每毫伏的电压变化对应的 SOC 率范围低于 0.4％（除了 SOC60~70％）。假如电池电压的丈量精度为 10mV，那么经过 OCV 估量办法取得的 SOC 误差低于 4％。关于 LTO/ NCM 电池，电池电压的丈量精度需求小于 10 mV。但 C / LiFePO 4OCV曲线的斜率相对平缓，并且在大多数范围27内（除了 SOC<40％和 65 ~80％），每毫伏电压的相应 SOC 变化率到达4％。电池电压的采集精度请求很高，到达 1 mV 左右。目前，电池电压的大部分采集精度仅到达 5 mV 左右。

 数据采样频率同步性

信号的采样频率与同步对数据实时剖析和处置有影响。设计管理系统时，需求对信号的采样频率和同步精度提出请求。但目前局部管理系统设计过程中，对信号采样频率和同步没有明白请求。电池系统信号有多种，电池管理系统普通为散布式，假如电流的采样与单片电压采样分别在不同的电路板上；信号采集过程中，不同控制子板信号会存在同步问题，会对内阻的实时监测算法产生影响。同一单片电压采集子板，普通采用巡检办法，单体电压之间也会存在同步问题，影响不分歧性剖析。系统对不同信号的数据采样频率和同步请求不同，对惯性大的参量请求较低，如磷酸铁锂离子电池以1C 倍率正常放电时，温升数量级为 1℃ /15 min，思索到温度的平安监控，思索管理系统温度的精度（约为1℃），温度的采样距离可定为 30 s；而当磷酸铁锂离子电池以 10C 倍率正常放电时，温升数量级为 5℃ /min，此时思索温度的平安监控和管理系统温度的精度，那么温度的采样距离就需求设定为 30 ms。

③ 荷电状态 SOC（剩余容量）估量

SOC（State ofCharge），可用电量占领电池可用容量的比例，通常以***比表示，100％表示完整充电，0％表示完整放电。这是针对单个电池的定义，关于电池模块（或电池组，由于电池组由多个模块组成，从模块SOC 计算电池组的 SOC 就像电池电池单体 SOC 估量模块 SOC 一样），状况有一点复杂。目前，对 SOC的研讨曾经根本成熟，SOC 算法主要分为两大类，一类为单一 SOC 算法，另一类为多种单一 SOC 算法的交融算法。单一 SOC算法包括安时积分法、开路电压法、基于电池模型估量的开路电压法、其他基于电池性能的SOC估量法等。交融算法包括简单的修正、加权、卡尔曼滤波（或扩展卡尔曼滤波）以及滑模变构造办法等。28数据中心蓄电池技术白皮书④蓄电池组监控情况SOH（安康状态参数）估量安康状态是指电池当前的性能与正常设计指标的偏离水平。电池老化是电池正常的性能衰减，不能完整代表其安康状态。而目前多数SOH的定义***于电池老化的范畴，没有真正触及电池的安康情况（如安康、亚安康、细微问题、严重问题等），目前的算法应该称为寿命状态。耐久性是当前***研讨热点，表征电池寿命的主要参数是容量和内阻。普通地，能量型电池的性能衰减用容量衰减表征，功率型电池性能衰减用电阻变化表征。为了估量电池的衰减性能，要理解电池的衰减机理。锂离子电池衰减机理。锂离子电池为“摇椅式”电池，正负极的活性资料可以看作包容锂离子的两个水桶，锂离子相当于桶里的水。电池的性能衰减能够理解为“水”变少（即活性锂离子损失），或“桶”变小（正极或负极活性物质变少），如图2 所示。招致活性锂离子损失的主要缘由是：电极与电解液副反响形成钝化膜（如 SEI膜）；由于充放电电池收缩收缩疲倦招致电极龟裂，招致电极与电解液副反响构成新的 SEI膜，耗费锂离子；不当充电招致的析锂与电解液反应耗费锂离子。招致活性资料损失的主要缘由包括：资料中的锰、铁或镍等离子溶解；活性资料颗粒零落；活性资料晶格塌陷。目前SOH 估量办法主要分为耐久性经历模型估量法和基于电池模型的参数辨识办法。图 2 锂离子电池双水箱模型29⑤ 毛病诊断及平安状态SOS 估量毛病诊断是***电池平安的必要技术之一。平安状态估量属于电池毛病诊断的重要项目之一，BMS能够依据电池的平安状态给出电池的毛病等级。目前导致电池严重事故的是电池的热失控，以热失控为中心的平安状态估量是Zui迫切的需求。招致热失控的主要诱因有过热、过充电、自引发内短路等。研讨过热、内短路的热失控机理能够取得电池的热失控边境。

毛病诊断技术目前已开展成为一门新型穿插学科。毛病诊断技术基于对象工作原理，综合计算机网络、数据库、控制理论、人工智能等技术，在许多范畴中的应用曾经较为成熟。锂离子电池的毛病诊断技术尚属于开展阶段，研讨主要依赖于参数估量、状态估量及基于经历等办法（与上述SOH 研讨相似）。5.2.3其他功用平衡功用在数据中心用蓄电池系统中，蓄电池组均为多只串联、多组并联应用，且电池组放电功率大、倍率大，关于电池分歧性请求极高；在这样的应用中，电池系统木桶效应十分明显。

在多串多并蓄电池系统中，蓄电池系统性能由Zui差的蓄电池决议，即单颗电池影响整个系统。

图 3 多串多并蓄电池系统的“木桶效应”30数据中心蓄电池技术白皮书图 4电芯串联—组内电压不分歧问题当多只电芯串联成电池组后，组内各电芯充放电电流 I相同，受电芯个体差异，如：容量、内阻、衔接阻抗、初始电压等，招致在相同充点电流下，每个电芯电压不同，串联数量越多，查一下离散型越大，招致电芯电压差别，BMS系统对每个电芯电压都有充放电维护，电芯电压过高或过低必然招致系统提早中止充电或放电，从而影响电池组正常工作。如图4，在放电过程中，电芯 U12 假如SOH 容量偏低，相同电放逐电状况下，其电压降到 EOD 电压，其他电芯电压高于它，为维护电芯U12 不由于过放