La arquitectura de tres niveles del BMS de almacenamiento de energía: BAU, BCU, BMU

Control maestro (Master Control)

Unidad de Gestión del Conjunto de Baterías (BAU)

Características

• Ubicación: Situada en el nivel superior de todo el sistema de baterías, normalmente es la unidad de control central de la planta de almacenamiento de energía.
• Responsabilidades clave: Monitoreo integral, análisis de datos, toma de decisiones, gestión de fallas, coordinación de comunicaciones, registro y reporte de datos, protección de seguridad, autodiagnóstico del sistema y gestión energética.
• Propósito: Garantizar el funcionamiento seguro y eficiente de todo el sistema de baterías, optimizar el uso de la energía, prolongar la vida útil de la batería y proporcionar un suministro de energía confiable.

Principales responsabilidades

• Recibe datos de todas las Unidades de Clúster de Baterías (BCU) de nivel inferior para supervisar integralmente el estado de todo el sistema de baterías.
• Monitorea en tiempo real parámetros clave como voltaje, corriente y temperatura, evaluando el rendimiento general del sistema de baterías según estos datos.

• Analiza de manera integral los datos recopilados para identificar problemas potenciales y puntos de optimización.
• Calcula y actualiza parámetros del estado de la batería, como el estado de carga (SOC) y el estado de salud (SOH).
• Utiliza algoritmos complejos para predecir la vida útil restante de la batería y tendencias de rendimiento.

• Desarrolla estrategias globales de carga y descarga basadas en los resultados del análisis para optimizar la eficiencia energética.
• Decide cuándo realizar mantenimiento y cómo ajustar las condiciones de operación de la batería para prolongar su vida útil.

• Administra centralizadamente la información de fallas de cada BCU, clasificándolas y priorizándolas.
• Proporciona informes de diagnóstico de fallas y recomienda medidas de mantenimiento adecuadas.
• En situaciones de emergencia, activa mecanismos de protección, como desconectar el conjunto de baterías de la carga.

• Intercambia información con dispositivos externos (como el Sistema de Conversión de Energía PCS y el Sistema de Gestión Energética EMS) a través de Ethernet u otros protocolos de comunicación.
• Informa el estado operativo del conjunto de baterías a sistemas de nivel superior.
• Recibe instrucciones de los sistemas de nivel superior y las transmite a las BCU de nivel inferior para su ejecución.

• Registra los datos operativos del sistema de baterías y genera archivos de registro detallados.
• Genera informes periódicos para respaldar análisis de datos y mantenimiento posteriores.

• Implementa medidas de seguridad multicapa para prevenir condiciones anormales como sobrecarga, sobredescarga y sobrecalentamiento.
• Ante cualquier condición que pueda comprometer la seguridad de la batería, se toma acción inmediata para proteger la batería de daños.

• Realiza pruebas de autodiagnóstico regularmente para asegurar que todos los componentes funcionen correctamente.
• Diagnostica posibles problemas del sistema y proporciona soluciones.

• Integra la información de SOC/SOH de la batería para la gestión energética a nivel del sistema y la optimización de la programación.
• Colabora con el EMS para optimizar la distribución de energía y mejorar la eficiencia general del sistema.

Control Principal (Main Control)

Unidad de Clúster de Baterías (BCU)

Características

• Ubicación: Situada en el medio del sistema de baterías, entre la Unidad de Gestión de Baterías (BMU) y la Unidad de Gestión del Conjunto de Baterías (BAU).
• Responsabilidades principales: Adquisición y procesamiento de datos, control avanzado, diagnóstico de fallas, protección de seguridad, interfaces de comunicación, evaluación de condiciones, gestión térmica, gestión de energía y control de contactores.
• Propósito: Garantizar el funcionamiento seguro y eficiente del clúster de baterías, optimizar el uso de energía, prolongar la vida útil de las baterías y proporcionar un suministro de energía confiable.

Responsabilidades principales

• Recibe datos individuales de las baterías, como voltaje, corriente y temperatura, de las unidades de gestión de baterías subyacentes (BMUs).
• Realiza un procesamiento preliminar e integración de estos datos para generar información sobre el estado general del clúster de baterías.

• Ejecuta estrategias de control más complejas basadas en estos datos, como ajustar la corriente y el voltaje de carga y descarga.
• Implementa gestión de balanceo para asegurar consistencia entre los módulos de batería dentro del clúster y prevenir sobrecarga o sobredescarga de celdas individuales.

• Utiliza algoritmos más sofisticados para la detección y diagnóstico de fallas, identificando posibles problemas.
• Cuando se detecta una anomalía, se toman medidas para aislar el módulo de batería defectuoso y prevenir la propagación del problema.

• Monitorea la resistencia de aislamiento del clúster de baterías para garantizar la seguridad eléctrica.
• Ante condiciones anormales como sobrevoltaje, bajo voltaje o sobretemperatura, se desconecta el circuito inmediatamente para proteger la batería de daños.

• Se comunica con la Unidad de Gestión del Conjunto de Baterías (BAU) de nivel superior y otras BCUs mediante protocolos de comunicación estándar (como CAN bus o Ethernet).
• Sube la información del estado del clúster de baterías al BAU y recibe órdenes de control de éste.

• Calcula y actualiza parámetros de estado del clúster de baterías, como el estado de carga (SOC), y evalúa el rendimiento general del clúster, proporcionando soporte de toma de decisiones para sistemas de nivel superior.

• Monitorea la distribución de temperatura del clúster de baterías para asegurar que las baterías operen dentro del rango de temperatura adecuado.
• Controla el sistema de enfriamiento o calefacción para mantener un entorno óptimo de operación para las baterías.

• Optimiza la distribución y el uso de energía según el estado del clúster de baterías y las demandas externas.
• Trabaja junto con la Unidad de Automatización de Baterías (BAU) para desarrollar estrategias óptimas de carga y descarga.

• Gestiona los contactores dentro del clúster de baterías para asegurar la correcta conexión y desconexión del paquete de baterías.
• Cuando es necesario, puede desconectar el clúster de la carga o del equipo de carga para proteger todo el sistema.

Control Esclavo (Slave Control)

Unidad de Módulo de Batería (BMU)

Características

• Ubicación: Situada en el nivel más bajo del sistema de baterías, conectada directamente a módulos o celdas individuales.
• Responsabilidades principales: Adquisición de datos, gestión de balanceo, gestión térmica, detección de anomalías y alarmas, interfaz de comunicación, estimación de estado, diagnóstico de fallas, monitoreo de aislamiento y protección de hardware.
• Propósito: Asegura la salud de cada celda de la batería, logra el balance interno dentro del paquete de baterías, previene sobrecarga, sobredescarga, sobrecalentamiento y otros problemas, y proporciona datos precisos al BCU de nivel superior, garantizando así la seguridad y confiabilidad de todo el sistema de baterías.

Responsabilidades principales

• Recoge parámetros clave de cada celda, incluyendo voltaje, corriente y temperatura.
• Estos datos son fundamentales para evaluar el estado de la batería y constituyen la base para la toma de decisiones del BCU y BAU de nivel superior.

• El balanceo entre celdas individuales asegura la consistencia en todo el paquete de baterías.
• Utiliza técnicas de balanceo activas (como el balanceo mediante transferencia de energía) para equilibrar las diferencias de SOC entre las celdas, mejorando así el rendimiento y la vida útil del paquete completo.

• Monitorea y controla la temperatura alrededor de la batería para mantenerla dentro de un rango seguro de operación.
• Mantener la temperatura óptima de operación mediante sistemas de calefacción o enfriamiento prolonga la vida de la batería y mejora la eficiencia.

• Detecta condiciones anormales en celdas individuales, como sobrevoltaje, bajo voltaje y sobretemperatura.
• Cuando se detecta una anomalía, se envía inmediatamente una alarma al BCU para que se tomen las medidas de protección necesarias.

• Intercambia datos con el BCU de nivel superior mediante CAN bus u otros protocolos de comunicación.
• Sube los datos recopilados al BCU y recibe órdenes de control desde él.

• Calcula el estado de carga (SOC) y el estado de salud (SOH) de cada celda.
• Estos indicadores clave ayudan a evaluar la condición actual de la batería y su vida útil restante.

• Realiza un diagnóstico preliminar de fallas en baterías individuales, identificando posibles problemas.
• Proporciona información detallada de fallas para apoyar estrategias de resolución de problemas de nivel superior.

• Monitorea la resistencia de aislamiento de las baterías y sus líneas de conexión para garantizar la seguridad eléctrica.
• Reporta de manera inmediata cualquier defecto de aislamiento para evitar situaciones peligrosas como cortocircuitos.

• Controla contactores y otros componentes de hardware dentro del módulo de batería para asegurar una operación segura.
• Desconecta la batería de los circuitos externos cuando sea necesario para prevenir daños adicionales.