【一文读懂】储能中的电池管理系统（BMS）

储能电池管理系统（Battery Management System，简称 BMS）是一种用于管理和控制储能电池组的设备或软件系统。它在储能系统中起着至关重要的作用，占据着重要地位。

储能 BMS 主要负责监测、控制和保护储能电池组。通过实时监测电池的电压、电流、温度等参数，确保电池工作在安全范围内，避免过充、过放、过温等情况的发生。同时，它还能对电池组进行均衡管理，提高电池组的整体性能和使用寿命。

在储能系统中，储能 BMS 就像是一位 “大管家”。一方面，它能够精确地掌握每一块电池的状态，及时发现潜在的问题，并采取相应的措施进行处理。另一方面，BMS 还能优化电池组的充放电过程，提高储能系统的效率。

随着储能技术的不断发展，储能 BMS 的重要性日益凸显。它不仅能够提高储能系统的安全性和可靠性，还能降低系统的维护成本，延长电池的使用寿命，为储能行业的可持续发展提供有力保障。据相关数据显示，目前储能 BMS 成本占储能系统成本约为 9%，但它却能为储能系统带来显著的性能提升和价值增长。

电池管理系统的组成与功能

系统组成

底层从控 BMU：负责单体电池信息采集及主动均衡。

BMU（电池模块管理单元）是电池管理系统的基础组成部分。它就像是一个个敏锐的 “侦察兵”，负责采集单体电池的信息，如电压、温度等。同时，BMU 还能进行主动均衡，通过调整电池之间的电量分布，修正电压差异，防止电池性能变差。

中间层主控 BCU：收集信息、计算分析并与外部交互。

BCU（电池簇管理单元）位于系统的中间层，起着承上启下的关键作用。它收集来自 BMU 的信息，并进行计算分析。BCU 能够控制电池的充放电过程，包括充电电流和电压的调节、放电截止电压的设置等。同时，BCU 还负责电池组的均衡管理，以维持电池组内单体电池的一致性。此外，BCU 还与外部系统进行交互，如与储能变流器、上层监控通信等。

上层总控：协调内部与外部信息交互。

上层总控对整个储能电池堆的电池进行集中管理。它向下连接各个电池簇管理单元，向上与其他设备信息交互，反馈电池阵列的运行状态信息。

功能详解

单体电池电压均衡：修正电压差异，防止电池性能变差。

单体电池电压均衡是电池管理系统的重要功能之一。由于电池在生产制造过程中存在一定的差异，以及在使用过程中受到各种因素的影响，单体电池之间的电压可能会出现差异。如果不及时进行均衡处理，这种差异会逐渐扩大，导致电池性能变差，甚至影响整个电池组的使用寿命。电池管理系统通过主动均衡或被动均衡的方式，调整电池之间的电量分布，使单体电池的电压保持在相近的水平。

电池组保护：提供过压、欠压、过温等多种保护。

电池管理系统为电池组提供了全面的保护。过压保护可以防止电池在充电过程中因电压过高而损坏；欠压保护则可以避免电池在放电过程中过度放电，影响电池的使用寿命；过温保护可以在电池温度过高时及时采取措施，如降低充放电电流或启动散热系统，防止电池发生热失控等安全事故。

数据采集：采集电压、电流、温度等参数及内阻。

电池管理系统通过高精度的传感器，实时采集电池的电压、电流、温度等参数，以及电池的内阻。这些参数对于了解电池的工作状态、估算电池的剩余容量和健康状态、制定合理的充放电策略等都具有重要意义。通过分析电池的内阻变化，可以判断电池的健康状态，及时发现电池的老化和故障。

SOC/SOH 诊断：估算电池剩余容量及健康状态。

SOC（State of Charge，荷电状态）和 SOH（State of Health，健康状态）诊断是电池管理系统的核心功能之一。SOC 表示电池的剩余容量，通常用百分比表示。SOH 则反映了电池的健康状态，包括电池的容量衰减、内阻增大、自放电率增大等因素。电池管理系统通过各种算法，如电压法、电阻测量法、AH 积分法、神经网络法、卡尔曼滤波法等，估算电池的 SOC 和 SOH。

热管理：控制电池温度，提升性能和寿命。

热管理是电池管理系统的重要功能之一。电池的性能和寿命受温度的影响较大，锂离子电池的最佳工作温度为 25~40℃。温度的变化会使电池的 SOC、开路电压、内阻和可用电量发生变化，甚至会影响到电池的使用寿命。电池管理系统通过热管理控制，如散热、加热等方式，使电池工作在适宜的温度范围内。

故障诊断和容错：及时发现并处理故障。

电池管理系统具备故障诊断和容错功能，能够及时发现并处理电池组中的故障。它可以通过对采集到的数据进行分析，判断电池是否存在过压、欠压、过温、过流、短路等故障，并采取相应的措施进行处理。

工作原理与关键技术

工作原理

监测：实时监测电池状态参数

储能电池管理系统通过内置的高精度传感器，能够实时监测电池的各种状态参数。电压传感器不断采集电池的电压数据，电流传感器精确测量电池的充放电电流，温度传感器密切关注电池的工作温度。这些参数如同电池的 “生命体征”，反映了电池的当前状态。

保护：采取多种保护措施防止电池受损

为了确保电池的安全运行，储能电池管理系统采取了多种保护措施。过压保护是其中的重要一环，当电池充电至接近满电状态时，系统会密切监测电压，一旦发现电压过高，立即采取措施降低充电电流或停止充电，防止电池因过压而损坏。欠压保护则在电池放电过程中发挥作用，当电池电量过低时，系统会及时发出警告并限制继续放电，以避免电池过度放电影响其使用寿命。过温保护同样不可或缺，当电池温度过高时，系统会启动散热系统，如增加风扇转速或提高冷却液流量，降低电池温度，防止热失控等安全事故的发生。

均衡：保持电池组单体电压一致性

电池在使用过程中，由于生产制造工艺的差异以及使用环境的不同，单体电池之间的电压可能会出现不一致的情况。为了解决这一问题，储能电池管理系统采用了均衡技术。被动均衡以电阻能耗法为代表，可以实现充电均衡，通过消耗高电压电池的能量，使电池组中单体电池的电压保持在相近水平。主动均衡则以 DC/DC 变换器为代表，有多种方式可以实现充电均衡和放电均衡，如电池组向单体均衡、单体向电池组均衡、电池组与单体之间双向均衡、单体与单体之间均衡等。这些均衡方式能够有效地改善电池组的一致性，提高电池组的整体性能和使用寿命。

通信：实现远程监控和控制

储能电池管理系统具备强大的通信功能，能够实现远程监控和控制。通过与外部设备的通信，如与充电机、电机控制器、后台监控系统等进行数据交互，系统可以将电池的实时状态信息传输到远程监控中心，实现对电池的远程监控。同时，用户也可以通过远程控制指令对电池进行管理和控制，如调整充放电策略、启动均衡功能等。

关键技术

电池状态监测技术：多参数融合提高准确性

电池状态监测技术是储能电池管理系统的基础，多参数融合监测技术能够提高监测的准确性和可靠性。通过将电压监测、电流监测、温度监测和内阻监测等多种监测手段相结合，利用数据融合和算法优化，实现对电池状态的全面、准确监测。

随着物联网、大数据等技术的发展，远程监测和智能诊断技术也逐渐成为储能电池管理系统的重要发展方向。通过将电池的状态数据上传到云端，利用大数据分析和人工智能算法，可以实现对电池状态的实时监测和智能诊断，提前预测电池的故障和寿命，为维护和更换提供依据。

电池安全管理技术：先进算法与智能诊断保安全

电池安全管理技术是储能电池管理系统的核心技术之一，先进的控制算法和智能诊断技术能够确保电池的安全运行。基于模糊控制、神经网络等智能控制算法，可以实现对电池状态的精确控制和预测。

通过智能诊断技术，可以实现对电池故障的实时检测和定位，为维修和更换提供依据。

电池均衡管理技术：优化算法和电路设计提效果

电池均衡管理技术是提高电池组整体性能和寿命的重要技术，优化的均衡算法和电路设计能够提高均衡效果。基于模糊控制、遗传算法等智能均衡算法，可以实现对电池组内单体电池之间电压的精确控制和均衡。

通过优化电路设计，可以降低均衡过程中的能量损耗和热量产生，提高均衡效率和安全性。

在储能中的作用

监测和控制电池状态：确保安全稳定运行。

储能电池管理系统持续监测电池的电压、电流、温度等关键参数，就像为电池配备了一位 24 小时的 “健康卫士”。

在一个大型储能电站中，储能电池管理系统每秒钟可以采集数千个数据点，实时掌握电池的工作状态。通过对这些参数的精确监测，系统能够及时发现潜在的问题，如电压异常波动、电流过大或温度过高过低等情况。

一旦检测到异常，系统会立即采取相应的控制措施，确保电池始终在安全稳定的范围内运行。当系统监测到电池温度过高时，会自动启动散热系统，如风扇或液冷装置，降低电池温度，防止热失控风险；当发现电压过高时，会调整充电策略，降低充电电流或停止充电，保护电池免受过压损害。

SOC 均衡：解决不平衡问题，提升性能。

在储能系统中，电池组内的单体电池往往会因为生产工艺、使用环境等因素存在容量和 SOC 的差异。储能电池管理系统的 SOC 均衡功能就像是一位 “公平的裁判”，致力于解决这种不平衡问题。

在一个由数百节电池组成的储能系统中，如果没有 SOC 均衡功能，容量较小或 SOC 较低的电池可能会在充放电过程中过度充放电，而容量较大或 SOC 较高的电池则可能无法充分发挥其性能。

通过被动均衡（如电阻能耗法）或主动均衡（如以 DC/DC 变换器为代表的多种方式），系统可以调整电池之间的电量分布，使各个单体电池的 SOC 保持在相近水平。这样不仅可以提高电池组的整体性能，还能延长电池的使用寿命。据实际应用案例显示，经过有效的 SOC 均衡管理后，储能系统的充放电效率可以提高 10% 以上。

避免过度充放电：保护电池，延长寿命。

过度充放电是电池寿命的 “大敌”，储能电池管理系统通过严格的监测和控制机制，有效避免了这一问题。当电池充电接近满电状态时，系统会密切监测电压和电流等参数，一旦达到设定的充电截止条件，立即停止充电，防止过充。

在放电过程中，当电池电量下降到一定程度时，系统会发出警告并限制继续放电，避免过放对电池造成损害。根据实验数据，经过良好管理的电池，其寿命可以延长 20% 至 30%。

实现系统远程监测和报警：提供数据支持和安全保障。

储能电池管理系统的远程监测和报警功能为储能系统的安全运行提供了强大的数据支持和保障。通过与互联网、物联网等技术的结合，系统可以将电池的实时状态信息传输到远程监控中心，让用户随时随地了解电池的工作情况。

当系统检测到异常情况时，如过压、过温、短路等，会立即发出报警信号，通知用户及时采取措施。据统计，远程监测和报警功能可以将储能系统的故障响应时间缩短 80% 以上，大大提高了系统的安全性和可靠性。

提供多种保护功能：防止短路等问题。

储能电池管理系统为电池提供了全面的保护，防止短路、过流等问题的发生。系统中通常配备有保险丝、断路器等保护装置，当发生短路或过流情况时，能够迅速切断电路，保护电池和整个储能系统的安全。

系统还可以通过监测电池的内阻、绝缘电阻等参数，及时发现潜在的安全隐患，并采取相应的措施进行处理。

控制电池温度：优化性能和寿命。

电池的性能和寿命受温度的影响很大，储能电池管理系统的热管理功能可以有效地控制电池温度，优化电池的性能和寿命。系统通过温度传感器实时监测电池的温度，当温度超出设定范围时，会启动散热或加热装置，使电池工作在最佳温度范围内。