绿色能源智能安全管控系统方案（103页 PPT）

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绿色能源智能安全管控系统介绍 01 02 技 术 术 语 说 明 引言 目录 03 04 05 06 概论 BMS 的 基 本 功 能 BMS 的 均 衡 模 式 被 动 式 均 衡 对 大 容 量 储 能 系 统 的 调 制 无 能 为 力 从 根 本 上 解 决 困 扰 GEMS 优 于 其 它 同 类 产 品 的特点 用于大规模储能 ， 物美价廉 主 动 式 均 衡 与 被 动 式 均 衡 的 比较 BMS 精 准 度 出 类 拔 萃 BMS 对 电 池 寿 命 的 优 化 07 08 09 10 11 12 目 录 13 14 BMS 系 统 能 力 ： 低 成 本 高精度估算 数 十 兆 瓦 级 储 能 系 统 的 管 控 特色 目录 15 16 17 18 XS4 - BMS 的 应 用 领 域 XS4 - BMS 重 要 性 归 纳 SOC 的 精 度 提 高 是 岁 月 的 积累 SOH 估 算 的 复 杂 19 20 温 度 对 SOH 模 拟 测 试 结 果的影响 XS4 - BMS 系 统 硬 件 与 类 似产品比较 目录 21 22 23 个 人 在 新 能 源 控 制 领 域 的 成 就 在 美 国 获 得 的 部 分 专 利 参考附件 PART 01 技术术语说明 硬件 - Hardware 软件 - Software ，例如 ，人机界面的软件 GUI 固件 - Firmware ，需要烧录入芯片 ，给予芯片灵魂的专用嵌入式系统软件 （下位 机） 软固件 - 嵌入式系统中软件和固件的统称 硬件板子 - PCB+ 微处理器 + 适配器件 BMS - Battery Management System ，电池安全管控系统 EinsteinBMS - 美国 EMC 公司在前美国 A123 公司专门订制被动式均衡电池管理系统 XS4-BMS - 学森第 4 代 BMS 系统 ，高端主动式均衡锂离子电池安全管控 BMS 系统 BMU - XS4-BMS 系统的主控板 （ Battery Management Unit ）， 负责充放电电流采集 ，电池总电压的采集及重要开关电器的控制 BPU - XS4-BMS 负责外部直流稳压供电的单元（ Battery Power Unit ） BEU - XS4-BMS 系统中的从控板 ，负责采样、分析和均衡调制（ Battery End Unit ） CAN 通信 - 系统中各控制板间的通讯联络、信息传递方式 CAN 通信协议 - CAN 通信过程中必须遵循的规范细节 SOC - State of Charge ， % 数 ，余存电量报告值 SOP - State of Power ， Wh 数 ，余存瓦时数 SOH - State of Health ， % 数 ，健康状态比值 rSOC - Real State of Charge, % 数 , rSOC = SOC * SOH, 即电池当前实际余存电量能力 LFP - 磷酸铁锂电芯 RLM - 富锂锰基电芯 NCM - 镍钴锰三元电芯 NCA - 镍钴铝三元电芯 LTO - 钛酸锂电芯 S(olid) - 固态电解质锂电芯（ eg. SLFP: 固态磷酸铁锂； SRLM ： 固态富锂锰基 ） CEMS - Central Energy Management System ， 中央能源管理系统（总控制室上位机） GEMS - Green Energy Management System ， 绿色能源安全管控系统 GUI - Graphical User Interface ， 人机界面（上位机） 硬件与软件概念 Hardware Essence Physical components that make up a computer system, like processors, memory, and input/output devices, functioning as the tangible foundation for software operations. Software Role Programs and applications that enable users to interact with hardware, including operating systems and GUI interfaces , providing t he functiona l laye r fo r use r engagement. Firmware Role Embedded code burned into chips, acting as the soul of microcontrollers by directly controlling hardware functions without user intervention, serving as the bridge between hardware and software. 硬件组件概览 硬件板子 - PCB+ 微处理器 + 适配器件 BMS 系统介绍 BMS: Battery Management System, ensures battery safety. EinsteinBMS: Custom passive balancing system by EMC for A 123. XS4-BMS: Xuesen's 4th gen active balancing lithium-ion safety system. BMS 系统组成 BMU 主控电池管理 ， BPU 供直流电 ， BEU 采样均衡。 BMS 系统与组 件 02 SOP Reporting State of Power indicates remaining energy capacity in watt-hours, crucial for managing power reserves accurately. CAN protocol facilitates robust data exchange among control boards, adhering to stringent rules for seamless system communication. 通信协议与电池状态 01 CAN Communication 01 SOH Assessment State of Health measures battery wellness percentage, essential for evaluating long-term performance and reliability. 02 rSOC Calculation Real State of Charge, a product of SOC and SOH, reveals actual residual charge capability, optimizing battery utilization. 通信协议与电池状态 能源管理系统 CEMS: Central Energy Management System, GEMS: Green Energy Management System 人机界面 GUI - Graphical User Interface ， 人机界面（上 位 机） 电池类型与管理系统 电池电芯类型 LFP, RLM, NCM, NCA, LTO, S - 主要电池电芯类型 PART 02 引言 太阳能 / 光 伏 利用太阳光直接转化为电能 ，清洁无污染， 减少温室气体排放 ，助力碳中和目标实现。 潮汐能 利用海洋潮汐变化产生的能量进行发电， 潮汐能稳定可靠 ，可预测性强 ，为沿海 地区提供绿色能源。 风能 通过风力驱动发电机产生电力 ，风能资 源 丰富 ，分布广泛 ，是实现可持续发展的 关键能源之一。 海浪能 海浪运动蕴含巨大能量 ，通过捕捉海浪 动 力转化为电能 ，为海上设施和沿海社区 提供清洁电力来源。 可持续新能源发电 02 01 04 03 解决方案概览 采用锂离子电池储能 ，配以 DC/DC 稳压， DC/AC 逆变 ，输出稳定电能， BMS 系统 保障电池安全。 能量存储技术 锂离子电池储能系统 ，高效存储间歇性能源 ，智能 BMS 监控安全。 新能源特性 优点显著 ，绿色可持续 ，然能量波动大 ，稳定性欠佳 ，连续供电难。 电力转换机制 DC/DC 转换器确保直流电稳定， DC/AC 逆变器输出标准正弦波交流电 ，提升电 网兼容性。 新能源发电的共性 01 02 03 04 PART 03 概论 安全管控 物理化学特性需严控 ， 确保锂电 安全稳定 ，释放最大效能。 04 锂电优势 高能量密度 ， 卓越充放电性能 ， 环保无毒 ，替代铅酸成储能新宠。 03 应用领域 储能市场主角 ， 锂电以轻便高效 引领能源存储革命。 循环寿命 长寿命循环 ， 减少更换频率 ， 经 济环保双丰收。 锂离子电池特性与应用 02 01 固态电池技术进展 固态电池革新 近年固态电池以固态电解质替代液态 ，经优化 ，能量密度、 充 放电效率及安全性显著提升 ，前景广阔但量产之路漫长。 技术挑战 尽管固态电池理论优势明显 ，实际应用中仍面临材料成本、 制 造工艺及稳定性等多重挑战 ，量产化需时日。 锂电安全挑战 锂离子电池在缺乏有效 BMS 管理时， 一致性衰减与过充过放风险加剧 ，威 胁其安全与耐久性能。 电化学特性 基于电化学原理 ，锂电在批量生产中 难以避免性能衰退的不均衡， 凸显 BMS 系统精准调控的必要性。 锂离子电池管理的重要性 PART 04 BMS 的基本功 能 BMS 核心功能 监测电池电压 、 电流和温度 ，确 保 电池运行在安全范围内。 BMS 安全机制 实施电池均衡， 防止过充过放， 延 长电池寿命。 BMS 通信能力 通过 CAN 总线与其他车载系统进 行数据交换 ，实现智能管理。 BMS 故障诊断 实时检测系统状态 ，及时报告异常， 提高车辆安全性。 BMS 的基本功 能 数据分析与预警 即时解析电压波动 ， 智能判断 异常状态 ，预防电芯损伤。 实时电压监控 精细过滤算法剔除噪声 ， 呈 现 纯净电压数据 ，确保监测准确 性。 电芯健康守护 全年无休监测 ， 精准调控 ， 杜 绝极端条件损害 ， 保障电池 安全运行。 实时采样检测电池包各串电芯模块的电压并上报 安全策略 建立全面温度管理方案 ，包括 预 警、冷却及加热措施 ，保障设 备稳定运行免受极端温度影响。 温度监控 实施不间断温度数据采集 ，确 保 电池模组运行在安全区间 ，防 止过热引发系统故障。 预热机制 低温环境下自动激活预热功能， 保持电池核心温度适宜 ，优化 整体性能表现。 实时采样检测电池模组的温度状况 如果发现充电电流超过 pack 生产厂家对电池的标定最高充电倍率， BMS 必须采取断然措施， 中断充电过程 ，确保电池不受损伤。 确保充电电流倍率处于电 池包标定范围之内 如果发现充电电流超过 pack 生产厂家对电池的标定最高放电倍率， BMS 必须采取断然措施， 中断放电过程 ，确保电池不受损伤。 确保放电电流倍 率处于电池包标 定范围之内 01 电芯均衡管理 通过精密算法实时监控 ，调整电芯间电压差 ，确保电池组性能 稳定 ， 延长使用寿命。 02 安全管控机制 实施严格的安全策略 ， 监测电池状态 ，预防过热、 短路等风险， 保障锂离子电池安全运行。 实时调制各串电芯模块 ，确保最高电芯电压与最低电芯电压之间 的压差得到及时削减 PART 05 BMS 的均衡模 式 电芯均衡策略 实施电芯均衡 ，确保所有模块处于最佳状态， 最大化存储电量 ，提升电池包使用效率。 电池包效能 电池包总容量受限于最弱电芯模块 ，如同木 桶原理 ， 需定期调制以优化整体性能。 BMS 的均衡模 式 被动式均衡 - 成本较低 ，适用于＜ 50A h 的电池包； 另外 ，观察到超过 25A h 的系统 ， 电芯串调制效 果并不好。 主动式均衡 - 成本较高 ， 调制效果好 ， 应 该是≥ 50A h 的电池包的首选。 均衡模式 PART 06 被动式均衡对大容 量储能系统的调制 无能为力 大规模储能系统的挑战 储能系统挑战 重型矿山车、港口机械油改电需 200KWh 以上储能， LFP 电 芯 安全但被动均衡难调模块 ，弱模块加速衰减 ，存储电能下降， 输出电能缩水 ，安全隐患。 磷酸铁锂电池 256 串 /820V/250A h/205KWh 电池组 ，每日 24 小时均衡仍 不 足 ，木桶效应致实际电能大幅减少 ，安全风险增加。 02 03 01 04 主动式均衡 运用 XS4-BMS 主动式均衡技术， 锂离子电池模块压差可精细调控 至毫伏级 ，保障系统稳定运行 超 12 年 ，无需频繁更换电池。 安全性提升 对比 A123 公司被动式均衡方案， 主动式均衡有效预防电芯模块衰 减导致的安全隐患 ，避免了因 压 差增大引发的一系列问题。 远程管理优势 结合远程管控功能 ，主动式均 衡 技术使系统能够在无人干预的情 况下 ，持续高效运行 ，大幅减 少 了电池模组的更换频率。 系统效率 主动式均衡技术显著提高系统整 体效率 ，减少能量损耗 ，延长 电 池使用寿命 ，降低维护成本。 主动式均衡的重要性 储能系统公司的困境 储能挑战 大规模储能系统如海辰每簇达 384 节电芯 ， 维修难 题浮现 ， 被动式均衡 BMS 虽控初投 ， 维保成本却 成隐患。 维修困境 时间推移 ， 储能系统维保负担直线攀升 ， A 123 曾 遇问题重现 ，尾大不掉 ，影响长期运营效益。 锂电储能风险 全球多起锂离子电池储能系统事故警 示 ，缺乏主动均衡管理致安全隐患加 剧。 储能系统安全 重视前车之鉴 ，加强实质性主动均衡 调制管控 ，避免电芯衰减不一致引发 的安全危机。 电芯模块压差 频繁使用下 ， 电池模块间压差迅速 增 大 ，根源在于 BMS 技术缺失 ， 平衡 调控失效。 锂离子电池储能系统的安全问题 01 02 03 PART 07 从根本上解决困扰 从根本上解决 困扰 整体设计的高度智能化 GEMS/XS4-BMS 的设计理念需要获得大范围应用推广。 安全管控： 解决锂离子电池储能系统（包括动力电池） 长期稳定的安全管控问 题 01 梯次利用策略 针对动力电池包衰减超 20% 后的再利用， 通过精确评估 SOH 及电芯模块状态 ，有效 降低转换为储能系统的成本。 02 电池健康评估 实施精准的电池健康状态 (SOH) 估值方法， 确保退役电池在二次利用于储能系统时 ， 性能可靠且经济高效。 梯次利用 资源优化 精巧利用嵌入式系统空间， 无需硬件升级 ，持续功能 拓 展。 储能容量 支持数千瓦时至数十兆瓦时， 展现卓越能量储备能力。 价值提升 不断进化 GEMS 系统 ，有 效 增强其实用与经济价值。 电压适应性 覆盖 24V 至 2000V ，兼容 各 类电池及储能系统需求。 高度灵活 PART 08 GEMS 优于其它 同类产品的特点 研发与设计经验 研发经验与设计能力 在多个不同领域的超一流美国高科技公司三十年嵌入式系统 软固件架构和研发一线的实践经验 ，擅长 CAN 通信协议设计， 可管理多达 2048 节电芯模块串联 ，具备快速扩展能力。 电芯模块串联方案 串联电芯构建储能系统： 256 串供 820V 级别电动大巴等， 512 串适 1640V 大规模储能 ， 1024 串满足 3300V 级别电磁 武器需求。 01 02 现代编程 遵循先进理念 ，分布式设计 ，高效并行 ，稳定灵活 ，持续扩展能力卓越。 简练源码 精炼代码实现丰富功能 ，安全控制 ，效能提升 30% ，低功耗 ，赋能低端 芯 片高性能任务。 资源优化 在受限环境下拓展功能 ，巧妙利用低端硬件 ，达成高端性能 ，节能减排， 效率与经济性兼备。 安全效能 保障系统安全 ，精准控制 ，同时降低能耗 ，实现高效能与绿色计算的完 美 结合。 开发理念与技能 特殊功能与算法 圆 校正功能卓越 高端测试仪器 ， 校正功能卓越 ，精度超越同类 ， 满足年校准需求 ， 防 电子产品采样漂移 ，独特功能领先 BMS 市场。 True RMS 计算 ，独特算法与无芯片依赖 集成 True RMS 计算能力 ， 配合特殊算法 ， 实现低成本下的精准测量， 无芯片依赖确保供应链安全。 独步业界的简化设计。 微调功能与首创 SOH 计算 世界级 SOC 精度 ， 创新 SOH 计算 ， 提升电池安全 ， XS4-BMS 集成 ， 领先 BMS 技术。 效益提升 专利均衡法延寿锂电 ， 主动式均 衡 控差≤ 8mV ，优化串间效能。 04 验证历程 SOC ， SOH ， SOE/SOP 设计经 百 万小时严测 ，源于 A123 公司实践。 03 安全稳定 锂离子电池确保安全高效 ， 十五 年前技术奠定坚实基础。 储能飞跃 电池寿命倍增 ， 总储能能力显著 提升 ，实现长期最佳状态。 验证与效益 02 01 PART 09 用于大规模储能， 物美价廉 01 GEMS_XS4_BMS Ensures large-scale energy storage systems operate safely and stably throughout their lifecycle. 02 Cost_Efficiency Initial investment is low, costing no more than 6.3% of the system's construction price. 03 Energy_Output_Boost Due to ultra-precise estimation, the safe output capacity of the energy storage system increases significantly ( > 15%), further reducing the actual cost per kW h of GEMS/XS4-BMS. GEMS/XS4-BMS 优势概览 Long_Term_Savings By significantly extend