Qu'est-ce que le BMS pour les batteries de stockage d'énergie et quelles sont ses fonctions？
2024-09-23
Avec la popularisation des batteries de stockage d'énergie et la construction à grande échelle de centrales de stockage d'énergie, de plus en plus de personnes sont conscientes de l'importance du BMS pour les batteries de stockage d'énergie et les centrales de stockage d'énergie. Cependant, on ne sait pas quel rôle joue le BMS dans les batteries de stockage d'énergie.
Qui détermine la durée de vie des batteries électriques ?
À quoi servent les BMS, pourquoi sont-ils si importants pour le fonctionnement sûr du stockage d'énergie et à quels changements majeurs les BMS seront-ils confrontés à l'avenir ? Cet article répondra aux questions ci-dessus et j'espère qu'il pourra vous aider à comprendre en profondeur les BMS.
Le système de gestion de batterie (BMS) est le sous-système central du système de stockage d'énergie qui surveille intelligemment la charge et la décharge de la batterie, la protection thermique, l'équilibre de puissance et la transmission d'informations. C'est le « cerveau intelligent » de la batterie.
Les gens se concentrent généralement sur l'évolution des prix ou sur l'itération technologique des batteries de stockage d'énergie et sur l'intégration des systèmes de stockage d'énergie. Cependant, du point de vue des besoins de stockage d'énergie, le système de gestion des batteries mérite plus d'attention. Qu'il s'agisse de rechercher une plus grande sécurité ou une plus grande efficacité, le BMS est un maillon clé.
1. Qu'est-ce qu'un BMS?
Le BMS collecte en temps réel des paramètres clés tels que la tension, le courant, la température, etc. du bloc-batterie pour déterminer avec précision l'état de santé, l'état énergétique et l'état de sécurité de la batterie, garantissant ainsi le fonctionnement sûr et fiable du système de stockage d'énergie. En particulier, la précision et la fiabilité des données obtenues par le BMS déterminent la qualité et l'efficacité du fonctionnement global du système de stockage d'énergie.
2. Avantages du BMS
Un système complet de stockage d'énergie par batterie, communément appelé BESS, peut être assemblé de manière stratégique à partir de dizaines, de centaines, voire de milliers de batteries lithium-ion, selon l'application. La tension nominale de ces systèmes peut être inférieure à 20 V ou aussi élevée que 1 500 V, et la plage de courant d'alimentation du bloc-batterie peut atteindre 300 A ou plus.
Toute mauvaise gestion des batteries haute tension peut provoquer des catastrophes mettant en danger la vie des personnes. Par conséquent, le BMS est essentiel pour garantir un fonctionnement sûr. Les avantages du BMS peuvent être résumés comme suit:
(1) Sécurité fonctionnelle
Cette précaution est particulièrement nécessaire pour les batteries lithium-ion de grande taille. Mais il est bien connu que même les plus petits formats utilisés dans les ordinateurs portables peuvent prendre feu et causer de gros dégâts. La sécurité personnelle des utilisateurs de produits contenant des systèmes d'alimentation lithium-ion laisse peu de place aux erreurs de gestion des batteries.
(2) Durée de vie et fiabilité
La gestion de la protection des batteries, à la fois électrique et thermique, garantit que toutes les cellules sont utilisées dans le respect des exigences SOA déclarées. Cette surveillance délicate garantit une utilisation sûre de la batterie et des cycles de charge et de décharge rapides, et produit inévitablement un système stable avec le potentiel de fournir de nombreuses années de service fiable.
(3) Performances et autonomie
Gestion de la capacité du pack de batteries BMS, où l'équilibrage entre les cellules est utilisé pour égaliser l'état de charge des cellules adjacentes sur l'ensemble du pack de batteries, permettant d'atteindre une capacité de batterie optimale. Sans cette fonction BMS pour tenir compte des changements d'autodécharge, des cycles de charge/décharge, des effets de température et du vieillissement général, le pack de batteries peut éventuellement devenir inutile. Les paramètres de base des batteries au lithium tels que SOC, SOH EOH sont d'actualité, veuillez cliquer ici pour référence.
(4) Diagnostic, collecte de données et communication externe
Les tâches de supervision incluent la surveillance continue de toutes les cellules de la batterie, où l'enregistrement des données lui-même peut être utilisé pour les diagnostics, mais est souvent utilisé pour les tâches de calcul afin de prédire l'état de charge de toutes les cellules de l'assemblage. Ces informations sont utilisées dans les algorithmes d'équilibrage, mais peuvent être transmises à des dispositifs et écrans externes pour indiquer l'énergie résidente disponible, estimer l'autonomie prévue ou l'autonomie/la durée de vie en fonction de l'utilisation actuelle et fournir l'état de santé du bloc-batterie.
(5) Coûts et garantie réduits
L'introduction d'un BMS dans un BESS augmente les coûts, et les packs de batteries sont chers et potentiellement dangereux. Plus le système est complexe, plus les exigences de sécurité sont élevées et donc plus la supervision du BMS est nécessaire. Cependant, la protection et la maintenance préventive assurées par le BMS en termes de sécurité fonctionnelle, de durée de vie et de fiabilité, de performances et d'autonomie, de diagnostic, etc., garantissent une réduction des coûts globaux, y compris ceux liés à la garantie.
3. Quelles sont les principales utilisations du BMS?
(1) Surveillance et protection du courant
Lors de la charge, si le courant de charge est trop important, la tension interne de la batterie augmentera rapidement, l'électrolyte de la batterie se dissoudra, dégagera beaucoup de chaleur et provoquera une augmentation de la température. Cela accélérera non seulement le vieillissement de la batterie, mais provoquera également un gonflement, une fuite, un court-circuit et même une explosion de la batterie.
Le but de la surveillance du courant est principalement d'éviter les surintensités. Il existe deux limites de courant maximales pour la batterie, l'une est la valeur maximale du courant continu et l'autre est le pic de courant instantané. La génération de courant de crête instantané est liée à l'état de fonctionnement de la batterie de stockage d'énergie. Par exemple, lorsqu'un appareil à forte charge est démarré, un courant de crête sera généré et le courant de crête est obtenu grâce à un échantillonnage en temps réel du capteur.
Le courant continu est un courant accumulé à long terme. Le BMS peut l'obtenir en intégrant le courant sur une période donnée.
La taille actuelle de la batterie est comparable au flux sanguin du corps humain. Si le flux est trop important, le rythme cardiaque sera trop rapide et le corps humain ne pourra pas le supporter, ce qui nuira à la santé. Si le courant surveillé par le BMS est proche de la limite, il est nécessaire de contrôler et de réduire le courant disponible ; s'il dépasse la limite, il est nécessaire de couper le courant disponible.
(2). Surveillance et protection de la tension
Lorsque le véhicule est en charge, le BMS échantillonne la tension de la batterie en temps réel. Lorsque la valeur de tension surveillée est proche de la limite de tension élevée, le BMS demandera de réduire progressivement le courant de charge ; lorsque la limite de tension élevée est atteinte, le BMS demandera de terminer complètement le courant de charge.
Pendant le processus de décharge de la batterie de stockage d'énergie, la tension de la batterie passe de haute à basse. Si la batterie reste dans un état de basse tension pendant une longue période, cela entraînera la croissance de minuscules cristaux ramifiés sur la surface de l'électrode. Ces cristaux entraîneront une augmentation du taux d'autodécharge, ce qui affectera non seulement les performances de la batterie, mais entraînera également des problèmes de sécurité.
Lorsque la tension est surveillée et qu'elle est proche de la limite basse de tension, le BMS demandera à la charge principale de réduire sa demande de courant. Par exemple, réduire la puissance de sortie, le courant de sortie, etc. La surveillance du courant et de la tension peut garantir que la batterie fonctionne dans la zone de fonctionnement sûre (SOA) formée par les limites de courant et de tension.
(3). Surveillance et protection de la température
Les performances et la durée de vie de la batterie seront réduites si elle est continuellement exposée à une chaleur excessive. Par exemple, lors d'une charge continue à une température de 45 °C, la perte de performances peut atteindre 50 %.
Lorsque la température est trop basse, la capacité standard et l'énergie restante de la batterie chutent également de manière significative. La plupart des batteries lithium-ion ne peuvent pas être chargées rapidement en dessous de 5 °C et ne doivent pas être chargées du tout en dessous de 0 °C. En effet, le phénomène de galvanoplastie lors de la charge à basse température peut endommager gravement la batterie.
Par conséquent, le BMS doit surveiller la température de la batterie à tout moment. Lorsque la température est trop basse, elle doit être chauffée ; lorsque la température est trop élevée, elle doit être refroidie. Le chauffage et le refroidissement sont effectués via le contrôleur de gestion thermique pour que la batterie fonctionne autant que possible dans la meilleure plage de température (par exemple 30-35 ℃), ce qui peut protéger les performances et prolonger la durée de vie.
Une température trop élevée peut facilement conduire à un emballement thermique, une température trop basse peut rendre le processus électrochimique irréversible ; une tension trop élevée peut facilement conduire à une surcharge, et une tension trop basse peut conduire à une décharge excessive et à un court-circuit dans les dendrites de la batterie. Il existe également une zone de fonctionnement sûre entre la température et la tension.
(4). Surveillance et gestion des capacités
La capacité restante de la batterie est exprimée par le SOC (State Of Charge), également appelé état de charge. La batterie ne peut pas être surchargée. Après une surcharge, la tension augmente rapidement et l'énergie supplémentaire est convertie en chaleur, ce qui endommage la batterie.
Les batteries de stockage d'énergie sont empilées en connectant plusieurs cellules de batterie de mêmes spécifications en série et en parallèle. En théorie, le courant de charge peut être coupé une fois que chaque cellule de batterie est complètement chargée. Mais en fait, le taux de décroissance de capacité, la résistance à l'autodécharge et le circuit externe de chaque cellule de batterie ne sont pas exactement les mêmes, ce qui entraîne des taux de fuite ou d'autodécharge différents.
Dans cette situation de déséquilibre, la batterie supérieure atteindra sa limite de charge à l'avance, c'est-à-dire que le courant de charge sera interrompu avant que les autres batteries inférieures ne soient chargées à pleine capacité.
De cette façon, lors de la décharge, la durée de fonctionnement de la batterie sera limitée par la cellule de batterie ayant la plus faible capacité. Une capacité de batterie déséquilibrée entraînera une dégradation de la batterie, une réduction de la durée de fonctionnement et un risque de surcharge des batteries faibles.
La gestion de la capacité doit donc d'abord équilibrer le bloc-batterie, dans le but de rendre l'état de charge de chaque cellule adjacente dans l'ensemble du bloc-batterie à peu près égal. Pour plus d'informations sur les dangers et les solutions des cellules déséquilibrées dans les blocs-batteries, veuillez cliquer ici pour lire.
4. Trois changements majeurs vont se produire dans BMS à l'avenir
(1). Connecter BMS et EMS
Les systèmes de stockage d’énergie étant inclus dans diverses entités commerciales du marché de l’électricité, leurs modèles de profit se sont diversifiés, nécessitant des capacités de traitement de données et de prévision plus élevées pour optimiser les revenus.
L'intégration de BMS et EMS permettra aux systèmes de stockage d'énergie de mieux gérer les sources de données complexes et les besoins de gestion de données considérables. Cette intégration améliore non seulement les capacités de traitement des données du système, mais permet également de prédire les tendances des prix de l'électricité et d'optimiser les stratégies de charge et de décharge des batteries, augmentant ainsi les avantages globaux du stockage d'énergie. Les batteries de stockage d'énergie produites par Infinite Power ont permis la communication de données et l'intégration de BMS et EMS.
(2). Du BMS au EMS
Sur le marché industriel et commercial, les systèmes de stockage d’énergie doivent disposer d’une gestion de l’énergie de niveau supérieur et de capacités de contrôle complètes pour répondre aux besoins énergétiques complexes et aux stratégies commerciales.
L'émergence des unités de contrôle centralisées intégrées BMS+EMS représente l'extension des systèmes de gestion du stockage d'énergie de la simple gestion des batteries à la gestion de l'ensemble du système énergétique. Une telle étape peut permettre une surveillance plus complète et des stratégies commerciales plus flexibles, offrant des solutions énergétiques plus efficaces aux utilisateurs industriels et commerciaux. Par exemple, les utilisateurs de batteries de stockage d'énergie commerciales HT ESS (lien vers la page d'accueil du stockage industriel et commercial) peuvent modifier automatiquement la stratégie de fonctionnement du système via le système de gestion local.
(3). Lancement d'applets mobiles
Avec le développement de l'Internet mobile, les utilisateurs ont de plus en plus besoin d'une surveillance des données en temps réel et d'une gestion pratique. Grâce aux applets mobiles, les utilisateurs peuvent facilement réaliser une gestion de l'exploitation et de la maintenance du stockage d'énergie « à guichet unique ». Cette capacité d'accès et d'exploitation des données en temps réel améliore considérablement l'efficacité de l'exploitation et de la maintenance et réduit les coûts d'exploitation et de maintenance. En outre, cela reflète également la tendance à la numérisation et à l'intelligence, permettant aux utilisateurs d'obtenir des informations sur les centrales électriques à tout moment et en tout lieu, afin de prendre des décisions commerciales opportunes et efficaces. Par exemple, via la plate-forme cloud HT, vous pouvez visualiser en temps réel l'état de fonctionnement du système de stockage d'énergie, l'état de production d'électricité, l'état de consommation d'électricité, le courant résiduel et les données de chaque pack de batteries.
Globalement, ces trois changements pointent vers une même direction : le BMS de stockage d’énergie passe d’un simple système de gestion de batterie à un service de données et une plate-forme de gestion de l’énergie plus complets et plus intelligents.
Cette tendance de développement améliore non seulement l'efficacité globale du système de stockage d'énergie, mais apporte également aux utilisateurs une expérience utilisateur plus pratique, indiquant que l'avenir de l'industrie du stockage d'énergie se concentrera davantage sur une gestion intelligente et axée sur les données.
Résumé
Contrairement au secteur de l'intégration des systèmes de stockage d'énergie, qui est extrêmement encombré, les entreprises de BMS sont relativement rares. En tant que terminaisons nerveuses du système de stockage d'énergie, le BMS est responsable de l'amélioration des deux performances majeures que sont la sécurité et l'économie du stockage d'énergie. En particulier, la précision et la fiabilité des données obtenues par le BMS déterminent la qualité et l'efficacité du fonctionnement global du système de stockage d'énergie. INFINITEPOWER HT continue d'accroître ses investissements en R&D, en concevant et en développant un BMS stable et de haute précision, et en interopérant avec le système EMS, offrant de grandes garanties pour le fonctionnement sûr, intelligent et efficace des centrales de stockage d'énergie.
Comment choisir les batteries de stockage d'énergie, indicateurs de performance importants des batteries de stockage d'énergie ?
Qu'est-ce qu'une machine intégrée de stockage et de charge photovoltaïque et ses avantages？
