¿Qué es BMS para baterías de almacenamiento de energía y cuáles son sus funciones?
2024-09-23
Con la popularización de las baterías de almacenamiento de energía y la construcción a gran escala de centrales eléctricas de almacenamiento de energía, cada vez más personas son conscientes de la importancia del BMS para las baterías de almacenamiento de energía y las centrales eléctricas de almacenamiento de energía. Sin embargo, no se sabe qué papel desempeña el BMS en las baterías de almacenamiento de energía.
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¿Cuáles son los usos del BMS, por qué es tan importante para el funcionamiento seguro del almacenamiento de energía y qué cambios importantes enfrentará el BMS en el futuro? Este artículo responderá las preguntas anteriores y espero que pueda ayudarlo a comprender el BMS en profundidad.
¿Cuáles son los usos del BMS, por qué es tan importante para el funcionamiento seguro del almacenamiento de energía y qué cambios importantes enfrentará el BMS en el futuro? Este artículo responderá las preguntas anteriores y espero que pueda ayudarlo a comprender el BMS en profundidad.
La gente generalmente se centra en la tendencia de precios o la iteración tecnológica de las baterías de almacenamiento de energía y la integración del sistema de almacenamiento de energía. Sin embargo, desde la perspectiva de las necesidades de almacenamiento de energía, el sistema de gestión de baterías merece más atención. Ya sea para lograr una mayor seguridad o una mayor eficiencia, el BMS es un vínculo clave.
1. Que es un BMS?
El BMS recopila parámetros clave como voltaje, corriente, temperatura, etc. del paquete de baterías en tiempo real para determinar con precisión el estado de salud, el estado energético y el estado de seguridad de la batería, garantizando así el funcionamiento seguro y confiable del sistema de almacenamiento de energía. En particular, la precisión y confiabilidad de los datos obtenidos por el BMS determinan la calidad y eficiencia del funcionamiento general del sistema de almacenamiento de energía.
2. Ventajas del BMS
Un sistema completo de almacenamiento de energía en baterías, comúnmente conocido como BESS, se puede ensamblar estratégicamente a partir de docenas, cientos o incluso miles de baterías de iones de litio, según la aplicación. El voltaje nominal de estos sistemas puede ser inferior a 20 V o de hasta 1500 V, y el rango de corriente de suministro del paquete de baterías es de hasta 300 A o más.
Cualquier mala gestión de los paquetes de baterías de alto voltaje puede provocar desastres catastróficos que pongan en peligro la vida. Por lo tanto, el BMS es esencial para garantizar un funcionamiento seguro. Los beneficios del BMS se pueden resumir de la siguiente manera:
(1) Seguridad funcional
Esto es especialmente necesario y de precaución en el caso de los paquetes de baterías de iones de litio de gran tamaño. Pero es bien sabido que incluso los formatos más pequeños que se utilizan en los ordenadores portátiles pueden incendiarse y provocar grandes daños. La seguridad personal de los usuarios de productos que contienen sistemas de alimentación de iones de litio deja poco margen para errores en la gestión de la batería.
(2) Vida y confiabilidad
La gestión de la protección de la batería, tanto eléctrica como térmica, garantiza que todas las celdas se utilicen dentro de los requisitos de SOA declarados. Esta delicada supervisión garantiza un uso seguro de la batería y ciclos rápidos de carga y descarga, y produce inevitablemente un sistema estable con el potencial de proporcionar muchos años de servicio confiable.
(3) Rendimiento y alcance
Gestión de la capacidad de la batería BMS, donde se utiliza el equilibrio entre celdas para igualar el SOC de las celdas adyacentes en el conjunto de la batería, lo que permite lograr una capacidad óptima de la batería. Sin esta función BMS para tener en cuenta los cambios en la autodescarga, los ciclos de carga/descarga, los efectos de la temperatura y el envejecimiento general, la batería puede llegar a quedar inservible. Los parámetros básicos de las baterías de litio, como SOC, SOH EOH, son oportunos, haga clic aquí para consultarlos.
(4) Diagnóstico, recopilación de datos y comunicación externa
Las tareas de supervisión incluyen el monitoreo continuo de todas las celdas de la batería, donde el registro de datos puede usarse para diagnósticos, pero a menudo se usa para tareas de cálculo para predecir el estado de carga de todas las celdas del conjunto. Esta información se usa en algoritmos de balanceo, pero se puede enviar a dispositivos externos y pantallas para indicar la energía residente disponible, estimar el alcance esperado o el alcance/vida útil en función del uso actual y proporcionar el estado de salud del paquete de baterías.
(5) Costes reducidos y garantía
La introducción de un BMS en un BESS aumenta los costes, y los paquetes de baterías son caros y potencialmente peligrosos. Cuanto más complejo sea el sistema, mayores serán los requisitos de seguridad y, por tanto, más supervisión del BMS será necesaria. Sin embargo, la protección y el mantenimiento preventivo que proporciona el BMS en términos de seguridad funcional, vida útil y fiabilidad, rendimiento y autonomía, diagnóstico, etc., garantizan que reducirá los costes generales, incluidos los relacionados con la garantía.
3. ¿Cuáles son los principales usos del BMS?
(1) Monitoreo y protección de corriente
Al cargar, si la corriente de carga es demasiado grande, el voltaje interno de la batería aumentará rápidamente, el electrolito de la batería se disolverá, liberará mucho calor y hará que la temperatura aumente. Esto no solo acelerará el envejecimiento de la batería, sino que también hará que la batería se hinche, tenga fugas, provoque cortocircuitos e incluso explote.
El objetivo principal del control de corriente es evitar la sobrecorriente. Existen dos límites máximos de corriente para la batería: uno es el valor máximo de corriente continua y el otro es el pico de corriente instantáneo. La generación de corriente pico instantánea está relacionada con el estado operativo de la batería de almacenamiento de energía. Por ejemplo, cuando se enciende un aparato eléctrico de gran potencia, se generará una corriente pico, que se obtiene mediante un muestreo en tiempo real del sensor.
La corriente continua es una corriente acumulada a largo plazo. BMS puede obtenerla integrando la corriente durante un período de tiempo.
El tamaño actual de la batería es como el flujo sanguíneo del cuerpo humano. Si el flujo es demasiado grande, la frecuencia cardíaca será demasiado rápida y el cuerpo humano no la soportará, lo que provocará daños a la salud. Si la corriente monitoreada por el BMS está cerca del límite, es necesario controlar y reducir la corriente disponible; si excede el límite, es necesario apagar la corriente disponible.
(2). Monitoreo y protección de voltaje
Cuando el vehículo se está cargando, el BMS toma muestras del voltaje de la batería en tiempo real. Cuando el valor de voltaje monitoreado está cerca del límite de alto voltaje, el BMS solicitará reducir gradualmente la corriente de carga; cuando se alcanza el límite de alto voltaje, el BMS solicitará interrumpir por completo la corriente de carga.
Durante el proceso de descarga de la batería de almacenamiento de energía, el voltaje de la batería cambia de alto a bajo. Si la batería permanece en un estado de bajo voltaje durante mucho tiempo, provocará el crecimiento de pequeños cristales ramificados en la superficie del electrodo. Estos cristales harán que la tasa de autodescarga aumente, lo que no solo afectará el rendimiento de la batería, sino que también causará problemas de seguridad.
Cuando se monitorea que el voltaje está cerca del límite de voltaje bajo, el BMS solicitará a la carga clave que reduzca su demanda de corriente. Por ejemplo, reduzca la potencia de salida, la corriente de salida, etc. El monitoreo de la corriente y el voltaje puede garantizar que la batería funcione dentro del área de operación segura (SOA) formada por los límites de corriente y voltaje.
(3). Monitoreo y protección de la temperatura
El rendimiento y la vida útil de la batería se reducirán si la batería se expone continuamente a un calor excesivo. Por ejemplo, al cargarla continuamente a una temperatura de 45 °C, la pérdida de rendimiento puede llegar al 50 %.
Cuando la temperatura es demasiado baja, la capacidad estándar y la energía restante de la batería también se reducen significativamente. La mayoría de las baterías de iones de litio no se pueden cargar rápidamente por debajo de los 5 °C y no se deben cargar en absoluto por debajo de los 0 °C, ya que el fenómeno de galvanoplastia durante la carga a baja temperatura puede causar graves daños a la batería.
Therefore, the BMS needs to monitor the temperature of the battery at all times. When the temperature is too low, it needs to be heated; when the temperature is too high, it needs to be cooled down. The heating and cooling are completed through the thermal management controller to make the battery work in the best temperature range as much as possible. (such as 30-35℃), which can protect the performance and extend the service life.
Una temperatura demasiado alta puede provocar fácilmente una fuga térmica, una temperatura demasiado baja puede provocar que el proceso electroquímico sea irreversible, un voltaje demasiado alto puede provocar fácilmente una sobrecarga y un voltaje demasiado bajo puede provocar una sobredescarga y un cortocircuito en las dendritas de la batería. También existe una zona de funcionamiento segura entre la temperatura y el voltaje.
(4). Supervisión y gestión de la capacidad
La capacidad restante de la batería se expresa mediante el SOC (estado de carga), también conocido como estado de carga. La batería no se puede sobrecargar. Después de la sobrecarga, el voltaje aumentará rápidamente y la energía adicional se convertirá en calor, lo que provocará daños en la batería.
Las baterías de almacenamiento de energía se apilan conectando varias celdas de batería de las mismas especificaciones en serie y en paralelo. En teoría, la corriente de carga se puede cortar después de que cada celda de batería esté completamente cargada. Pero, de hecho, la tasa de disminución de la capacidad, la resistencia a la autodescarga y el circuito externo de cada celda de batería no son exactamente los mismos, lo que da como resultado diferentes tasas de fuga o autodescarga.
En esta situación desequilibrada, la batería superior alcanzará su límite de carga antes de tiempo, es decir, la corriente de carga finalizará antes de que las otras baterías inferiores se carguen a su capacidad máxima.
De esta manera, al descargarse, el tiempo de funcionamiento de la batería estará limitado por la celda de batería con menor capacidad. Una capacidad de batería desequilibrada provocará la degradación de la batería, acortará el tiempo de funcionamiento y existirá el riesgo de sobrecarga de baterías débiles.
Por lo tanto, la gestión de la capacidad debe equilibrar primero el paquete de baterías, con el objetivo de que el estado de carga de cada celda adyacente en todo el paquete de baterías sea aproximadamente igual. Para obtener información sobre los peligros y las soluciones de las celdas desequilibradas en los paquetes de baterías, haga clic aquí para leer.
4. En el futuro se producirán tres cambios importantes en BMS
(1). Conectar BMS y EMS
A medida que los sistemas de almacenamiento de energía se incluyen en varias entidades comerciales del mercado eléctrico, sus modelos de ganancias se han diversificado, lo que requiere mayores capacidades de procesamiento y pronóstico de datos para optimizar los ingresos.
La integración de BMS y EMS permitirá que los sistemas de almacenamiento de energía gestionen mejor las fuentes de datos complejas y las enormes necesidades de gestión de datos. Esta integración no solo mejora las capacidades de procesamiento de datos del sistema, sino que también ayuda a predecir las tendencias de los precios de la electricidad y a optimizar las estrategias de carga y descarga de las baterías, aumentando así los beneficios generales del almacenamiento de energía. Las baterías de almacenamiento de energía producidas por Infinite Power han logrado la comunicación de datos y la integración de BMS y EMS.
(2). De BMS a EMS
En el mercado industrial y comercial, los sistemas de almacenamiento de energía necesitan tener una gestión energética de nivel superior y capacidades de control integrales para satisfacer necesidades energéticas complejas y estrategias comerciales.
La aparición de las unidades de control centralizadas integradas BMS+EMS representa la expansión de los sistemas de gestión de almacenamiento de energía, que pasan de centrarse simplemente en la gestión de baterías a la gestión de todo el sistema de energía. Este paso puede lograr un seguimiento más completo y estrategias comerciales más flexibles, proporcionando soluciones energéticas más eficientes para los usuarios industriales y comerciales. Por ejemplo, los usuarios de baterías de almacenamiento de energía comerciales HT ESS (enlace a la página de inicio de almacenamiento industrial y comercial) pueden cambiar automáticamente la estrategia de operación del sistema a través del sistema de gestión local.
(3). Lanzamiento de applets móviles
Con el desarrollo de Internet móvil, los usuarios tienen una demanda cada vez mayor de monitoreo de datos en tiempo real y una gestión conveniente. A través de applets móviles, los usuarios pueden lograr fácilmente la gestión de operación y mantenimiento de energía de almacenamiento de energía "todo en uno". Esta capacidad de acceso y operación de datos en tiempo real mejora en gran medida la eficiencia de operación y mantenimiento y reduce los costos de operación y mantenimiento. Además, esto también refleja la tendencia de digitalización e inteligencia, permitiendo a los usuarios obtener información de la central eléctrica en cualquier momento y en cualquier lugar, para así tomar decisiones comerciales oportunas y efectivas. Por ejemplo, a través de la plataforma en la nube HT, puede ver el estado de operación del sistema de almacenamiento de energía, el estado de generación de energía, el estado de consumo de energía, la corriente residual y los datos de cada paquete de baterías en tiempo real.
En general, estos tres cambios apuntan a una dirección: el BMS de almacenamiento de energía se está transformando de un simple sistema de gestión de baterías a una plataforma de gestión de energía y servicio de datos más completa e inteligente.
Esta tendencia de desarrollo no solo mejora la eficiencia general del sistema de almacenamiento de energía, sino que también brinda a los usuarios una experiencia de usuario más conveniente, lo que indica que el futuro de la industria del almacenamiento de energía se centrará más en la gestión inteligente y basada en datos.
Resumen
A diferencia de la extremadamente concurrida vía de integración de sistemas de almacenamiento de energía, las empresas de BMS son relativamente escasas. Como terminaciones nerviosas del sistema de almacenamiento de energía, BMS es responsable de mejorar los dos principales rendimientos de seguridad y economía del almacenamiento de energía. En particular, la precisión y confiabilidad de los datos obtenidos por BMS determina la calidad y eficiencia del funcionamiento general del sistema de almacenamiento de energía. INFINITEPOWER HT continúa aumentando la inversión en I+D, diseñando y desarrollando un BMS estable y de alta precisión, e interoperando con el sistema EMS, brindando grandes garantías para el funcionamiento seguro, inteligente y eficiente de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía.
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