中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2021年由湖南省工業(yè)和信息化廳、湖南省商務(wù)廳、長(zhǎng)沙市人民政府、中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合主辦，100余家機(jī)構(gòu)共同支持的湖南（長(zhǎng)沙）電池博覽會(huì)暨首屆中國國際新型儲(chǔ)能技術(shù)及工程應(yīng)用大會(huì)在長(zhǎng)沙圣爵菲斯大酒店召開。此次大會(huì)主題是“新儲(chǔ)能、新動(dòng)力、新發(fā)展”。
會(huì)后，為了能讓參會(huì)代表有更深入的行業(yè)交流，小編經(jīng)過演講專家本人同意和審核，將演講專家的速記整理如下：
謝建江：尊敬的各位專家，各位領(lǐng)導(dǎo)，同行，大家下午好！就像郭所一開始講到的，堅(jiān)持到第三天的下午，大家都是對(duì)儲(chǔ)能的真愛，希望我的一點(diǎn)點(diǎn)BMS領(lǐng)域的分享能讓大家有所收獲。
我是來自杭州高特電子的謝建江，分享的題目是BMS在儲(chǔ)能系統(tǒng)中重要性探討，也是對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)BMS未來發(fā)展的探討。
今天的內(nèi)容主要包括三個(gè)方面，一個(gè)是儲(chǔ)能的現(xiàn)狀，二個(gè)是BMS重要性的分析，第三個(gè)部分是我們公司簡(jiǎn)單的介紹。
儲(chǔ)能已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略，而電化學(xué)儲(chǔ)能是實(shí)現(xiàn)國家戰(zhàn)略的重要技術(shù)支撐。
面對(duì)現(xiàn)在非?；馃岬碾娀瘜W(xué)儲(chǔ)能，大家可能也或多或少看到一些問題，我這里做了一個(gè)簡(jiǎn)單總結(jié)，圍繞著四個(gè)方面。
第一，安全，現(xiàn)在大家都知道本體安全比前幾年有很大的提高和進(jìn)步，但大家懸著的心始終無法放下，因?yàn)榈侥壳盀橹篃o法避免電池本體發(fā)生熱失控和其他安全風(fēng)險(xiǎn)的問題。二個(gè)是現(xiàn)在BMS有很多的檢測(cè)，表面的溫度、電壓等，但是相對(duì)來講檢測(cè)的手段比較單一，而且是外在的檢測(cè)，無法提前預(yù)知內(nèi)在的情況，無法科學(xué)的預(yù)知潛在的風(fēng)險(xiǎn)。
第二，成本，也是投資儲(chǔ)能和建設(shè)儲(chǔ)能一個(gè)非常關(guān)注的方面。大家都在關(guān)注初次投資的成本，這也好算，但無法準(zhǔn)確計(jì)算全生命周期的度電成本、全生命周期的安全成本、全生命周期的運(yùn)維成本，到現(xiàn)在為止儲(chǔ)能系統(tǒng)缺乏數(shù)據(jù)，所以投資儲(chǔ)能的時(shí)候往往由于這些因素?zé)o法得到確切的評(píng)估，在很多投資項(xiàng)目當(dāng)中缺乏一個(gè)充分的科學(xué)依據(jù)。
第三，目前儲(chǔ)能系統(tǒng)大家也非常關(guān)注效率和收益，我們說由于電池本體的一致性，在實(shí)際運(yùn)行中無法做到預(yù)期的轉(zhuǎn)換效率和預(yù)期的循環(huán)效應(yīng)，所以無法保障我們?nèi)缙诘膬?chǔ)能系統(tǒng)收益。
第四，壽命和回收，磷酸鐵鋰電池雖然說回收利用率較高，但是目前回收收益低，整個(gè)行業(yè)也普遍的認(rèn)為希望磷酸鐵鋰能夠延長(zhǎng)它的循環(huán)壽命，從而降低回收造成其他的社會(huì)資源損失，從而體現(xiàn)更高的社會(huì)效益。
面對(duì)這四個(gè)方面的儲(chǔ)能發(fā)展的現(xiàn)狀，我們現(xiàn)在有什么樣的解決辦法？我相信第一個(gè)大家非常認(rèn)同，為了安全，我們要增加消防的設(shè)備，甚至現(xiàn)在有90%以上的初期方案可能都會(huì)增加氣體探測(cè)、滅火劑、二次水消防，三道消防措施，所以在一定程度上讓用戶有一定的放心，但是另外一方面初始成本增加明顯，增加了明顯的初始成本；同時(shí)加了這些措施后是不是系統(tǒng)高枕無憂了呢，未來是不是在全生命周期過程中沒有其他問題了？第二個(gè)由于現(xiàn)在儲(chǔ)能系統(tǒng)的不確定性因素，尤其安全方面的，所以現(xiàn)在很多儲(chǔ)能項(xiàng)目投了高額的保險(xiǎn)，也增加了大量的初始成本。第三個(gè)我們現(xiàn)在都在說儲(chǔ)能云平臺(tái)，基于大數(shù)據(jù)來做電池的診斷分析、安全分析，開展的情況如何？等下跟大家做分享。
有了這些措施之后，是不是整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)確實(shí)可靠了呢？我想不一定，這也是我想圍繞BMS的重要性做一個(gè)剖析的前提。
BMS的重要性，隨著儲(chǔ)能的發(fā)展大家越來越認(rèn)可BMS發(fā)揮的重要性，我從三個(gè)方面來進(jìn)行闡述，第一改善電池的單體的一致性，提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用效率，延長(zhǎng)循環(huán)壽命方面做剖析。第二BMS如何在實(shí)現(xiàn)智能安全預(yù)警及診斷方面，有哪些手段，我們做了哪些工作，可能大家也聽了很多，我們?cè)俑蠹易龌仡?。第三從未來的發(fā)展趨勢(shì)來分析，BMS要發(fā)揮非常重要的作用，未來的BMS或者是當(dāng)下的BMS應(yīng)該做哪些改良？為儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全、長(zhǎng)壽面運(yùn)行提供保障。
分析一致性之前，我們先普及一下為什么一致性這么敏感，為什么一致性問題不可避免。引起一致性的原因有兩個(gè)方面，一個(gè)是受到材料、制造工藝、加工過程中的工序等不一致性；第二是由于各個(gè)單體所處的運(yùn)行環(huán)境，尤其是溫度的差異，造成了老化趨勢(shì)不一致，這兩個(gè)不一致疊加在一起，尤其是電池運(yùn)行的后期，離散性和可充放電容量比預(yù)期要差很多。我們做了很多的項(xiàng)目，已經(jīng)有一些數(shù)據(jù)，從后面反應(yīng)的離散性，比預(yù)期的大得多。
這個(gè)不一致性的問題大家都知道，有一些是固有存在的，有一些與系統(tǒng)設(shè)計(jì)有關(guān)。不一致性有什么樣的危害？不一致性其實(shí)木桶短板效應(yīng)，多米諾骨牌效應(yīng)，一旦出現(xiàn)了單體的落后，整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)、儲(chǔ)能堆出現(xiàn)離散性的擴(kuò)散，進(jìn)入一個(gè)快速的衰減期。我們希望木桶短板越遲出現(xiàn)越好。
不一致性一旦發(fā)生，將導(dǎo)致劣化加速，進(jìn)入惡性循環(huán)，帶來安全性能的下降，收益下降。不一致性，是真正意義的圍繞著儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)展的最嚴(yán)重的問題。
面對(duì)這個(gè)不一致性，我們有什么樣的解決辦法？首先想到的是提高電池的本體一致性，毫無疑問這個(gè)辦法是最好的辦法。從材料學(xué)、工藝，從整個(gè)生產(chǎn)制造的環(huán)節(jié)一致性，無法做到電池本體一致?，F(xiàn)在大家都在談的280電芯，是從眾多280電芯，可能是正負(fù)5%、3%甚至更大范圍內(nèi)的電池里挑出280容量出來的。實(shí)際上這是一個(gè)科學(xué)規(guī)律，符合正態(tài)分布，無法做到真正意義上的一致。二是早期的鉛酸電池不一致性也沒有問題，可以人工維護(hù)。但現(xiàn)在儲(chǔ)能系統(tǒng)的PACK工藝，包括整個(gè)系統(tǒng)工藝，自動(dòng)化程度非常高，哪怕投入高昂的成本也無法取得比較好的效果和受益。所以現(xiàn)在行業(yè)比較公認(rèn)的是BMS通過均衡的方法，是延緩或者是治愈電池非一致性重要的手段。
BMS均衡來維護(hù)非一致性，一個(gè)是被動(dòng)均衡，一個(gè)是主動(dòng)均衡，被動(dòng)均衡我們叫做消耗均衡方式，電池單體的兩端小功率的電阻，通過放電發(fā)熱的方式，讓這部分的能量有一定的消耗，以至于其他的電池能夠有更多的時(shí)間進(jìn)行充電，被動(dòng)均衡的缺點(diǎn)比較明顯，就是無法對(duì)容量低的電池進(jìn)行補(bǔ)電，大部分電池高的電池進(jìn)行均衡的話，相當(dāng)于要把電池簇內(nèi)90%以上的高容量放下來，才能彌補(bǔ)10%低的電池，讓它們的趨勢(shì)保持一致，這個(gè)效率是非常低的。在這樣的情況下我們就想到了主動(dòng)均衡。主動(dòng)均衡大家有聽說，但是主動(dòng)均衡有哪幾種？哪一種效果好？可能平時(shí)也困擾著大家在選擇BMS或者是儲(chǔ)能系統(tǒng)選擇BMS的困惑。借此機(jī)會(huì)跟大家稍微普及一下。我認(rèn)為目前主動(dòng)均衡主要有四類，第一類是模組或PACK內(nèi)可實(shí)現(xiàn)單體間均衡，但模組或PACK間需二次均衡；第二類是通過在BMU模塊內(nèi)內(nèi)置DCDC電源，對(duì)落后的電池進(jìn)行補(bǔ)電。第三種也是現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)比較熱的，通過模組旁路或者是簇內(nèi)串入DC模塊的均衡方式；第四類是高特一直在堅(jiān)持，也是在技術(shù)上有較大優(yōu)勢(shì)的cell to cell的主動(dòng)均衡。
我簡(jiǎn)單的羅列一下。這個(gè)圖組左邊就是模組內(nèi)的均衡，240串的系統(tǒng)，有20個(gè)模組或PACK，每個(gè)模組累的單體通過電力電子技術(shù)段實(shí)現(xiàn)單體間電壓一致，但是模組間，模組內(nèi)單體的均衡導(dǎo)致模組間電壓的不一致，在這樣的情況下需通過模組與模組之間二次均衡才能保證所有單體的一致性，在這樣的情況下就增加了二次均衡的成本，也增加了工藝的復(fù)雜性。
右邊的cell to cell均衡方式等下介紹。
這里不引用其他廠家的圖，我通過口述的方式給大家做描述。
如果用組串式的PCS方式，避免多簇并聯(lián)，可以有效避免簇與簇間的非一致性的出現(xiàn)，有一定的作用，但不同的簇內(nèi)仍將發(fā)生單體不一致性的問題，出現(xiàn)容量不一致性的問題，比如說現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)說的一模組一均衡，一簇一管理，如果把容量低，放電末期某個(gè)模組先達(dá)到保護(hù)下限的模組，通過DC電源進(jìn)行旁路，繼續(xù)讓剩下的模組進(jìn)行放電。在一定程度上延長(zhǎng)了這個(gè)簇的可用時(shí)間。但是大家也應(yīng)該可以理這個(gè)模組內(nèi)的這個(gè)單體并沒有因?yàn)榕月范淖冞@個(gè)模組內(nèi)單體之間的一致性。旁路的模組啟動(dòng)之后，接下來的每次充放電這個(gè)模組都會(huì)發(fā)生被旁路的機(jī)會(huì)。所以實(shí)際上雖然延長(zhǎng)了一定的充放電的時(shí)間，但是沒有從本質(zhì)來改變落后單體的現(xiàn)狀。這么說大家能不能理解？
第二也很容易理解，在不同的簇并聯(lián)模式的，一般在放電末期出現(xiàn)一個(gè)出到達(dá)保護(hù)下限，整個(gè)堆就要進(jìn)入結(jié)束狀態(tài)，實(shí)際在那個(gè)落后簇的簇端串入一個(gè)DC電源，簇端電壓疊加個(gè)3伏、5伏，幾個(gè)簇電壓保持一致，整個(gè)堆繼續(xù)進(jìn)行充放電，同樣的道理，可能這個(gè)充放電的時(shí)間是得到了一定的延長(zhǎng)，但是這個(gè)簇內(nèi)的單體跟其他單之間的差異并沒有被縮小也沒有被改變。這些主動(dòng)均衡可能起到了一定的延長(zhǎng)充放電的時(shí)間，但是沒有改變離散性的趨勢(shì)。
在這樣的情況下我們高特十年前一直在倡導(dǎo)c2c的雙向主動(dòng)均衡！我們的主動(dòng)均衡在簇內(nèi)任意兩個(gè)單體之間實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移，因?yàn)槲覀冋l也沒法預(yù)計(jì)哪一個(gè)單體出現(xiàn)容量落后。所以我們通過C2C均衡總線，當(dāng)末一個(gè)單體落后的時(shí)候可以找到簇內(nèi)對(duì)應(yīng)的容量比較高的或者是電壓比較高的單體，通過雙向主動(dòng)均衡的技術(shù)實(shí)現(xiàn)雙向的能量轉(zhuǎn)移，把高的能量轉(zhuǎn)到低容量的單體里，可以在不同的單體之間實(shí)現(xiàn)隨意的轉(zhuǎn)移。所以這樣的話就很好的解決了簇內(nèi)不同模組間或者是不同PACK內(nèi)的不同單體間的雙向能量轉(zhuǎn)移。這樣的話真正意義上實(shí)現(xiàn)了單體電池的一致性的維護(hù)。通過對(duì)落后電池的均衡可以有效的縮小單體電池之間電壓和性能的差異，從而從充放電效益上真正提升充放電和循環(huán)時(shí)間。
這也是我們實(shí)際的根據(jù)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)再加上后面的推演，我這里跟大家簡(jiǎn)單的解釋一下，就這邊的一條綠色的曲線，是我們實(shí)際的項(xiàng)目的運(yùn)行曲線，實(shí)際運(yùn)行8到9年，容量達(dá)到80%左右，進(jìn)入退役期，黃色的曲線是心目中理想的曲線，這個(gè)電池正常的衰減可以達(dá)到12年以上的壽命。但是綠色的跟黃色之間的距離差距非常大，這也是實(shí)際項(xiàng)目當(dāng)中真實(shí)的問題。通過我們這條藍(lán)色的主動(dòng)均衡的曲線，在第二年，比如說第一第二年由于本體的一致性和使用環(huán)境造成了一致性的還不足以反應(yīng)單體之間的差異，所以這兩年左右的時(shí)間電池的不一致性表現(xiàn)的不敏感，兩年之后我們也有大量的數(shù)據(jù)證明非常明顯的出現(xiàn)電池的離散性，所以它的衰減會(huì)比較快，這個(gè)時(shí)候我們啟動(dòng)主動(dòng)均衡，主動(dòng)均衡始終讓單體保持在一個(gè)比較理想的衰減趨勢(shì)，可以比較明顯看到主動(dòng)均衡后電池衰減減緩帶來的充放電時(shí)間和循環(huán)壽命的延長(zhǎng)，我們這個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)至少可延長(zhǎng)25%以上。
現(xiàn)在我跟大家分享一下實(shí)際項(xiàng)目當(dāng)中用的檢測(cè)電池的早期安全隱患的方法。
第一，基于非線性SOS診斷模型，結(jié)合了電壓、單體溫度離散性，包括我們也檢測(cè)了直流阻抗，在實(shí)際運(yùn)行過程當(dāng)中采集了一個(gè)阻抗的變化率，溫度的變化率，包括每個(gè)單體的漏電流等參數(shù)，建立了評(píng)價(jià)模型，從而建立一個(gè)完整的從檢測(cè)到識(shí)別到預(yù)警到隔離的完整安全防護(hù)體系。目前這個(gè)體系在實(shí)際的BMS系統(tǒng)中應(yīng)用，對(duì)SOS儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全等級(jí)進(jìn)行分級(jí)。比如說分成0到9級(jí)，0是風(fēng)險(xiǎn)最低，10是風(fēng)險(xiǎn)最高。我們會(huì)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警，我們通過實(shí)際的項(xiàng)目也得到了一些驗(yàn)證，在大部分的內(nèi)短路也好，內(nèi)部的漏電流也好，提前幾天，提前個(gè)把月的時(shí)間能夠發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)。
內(nèi)阻，跟電池的安全性能沒有線性關(guān)系，電池安全性能的關(guān)系，更多停留在理論的研究的層面，我們也通過實(shí)際的項(xiàng)目應(yīng)用通過捕捉實(shí)時(shí)的電流電壓數(shù)值，通過不同的荷電狀態(tài)，衰減率、溫度場(chǎng)來反應(yīng)阻抗變化，圖上大家看到的阻抗是實(shí)際的真實(shí)的內(nèi)阻值。實(shí)際上我們看到的這幾個(gè)阻抗特別大的單體在實(shí)際的充放電過程中離散性比平均離散性大得多，可放容量低得多。所以基本上平時(shí)的溫升和一般的溫升快得多，這個(gè)是比較有效的，也得到了驗(yàn)證。
大數(shù)據(jù)跟BMS怎么結(jié)合，如果BMS實(shí)施秒級(jí)的數(shù)據(jù)往云平臺(tái)送，云平臺(tái)接口的吞吐量是巨大的壓力，如果秒級(jí)上傳100MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)一年就是200T，云端有沒有這么大的空間來存儲(chǔ)，處理之后云端有關(guān)沒有必要保存，這是很現(xiàn)實(shí)的問題。從BMS儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)施安全診斷的需要出發(fā)，未來的BMS肯定云邊協(xié)同的架構(gòu)。
在設(shè)備端有一定的秒級(jí)數(shù)據(jù)采集分析、診斷能力，送到云端，云端更多的橫向數(shù)據(jù)進(jìn)行深度的確認(rèn)和加工，再下設(shè)保護(hù)邏輯和優(yōu)化算法，這樣的BMS架構(gòu)是未來能夠發(fā)揮重要作用的方向。
所以我們說BMS在以下三個(gè)方面，第一通過主動(dòng)均衡可以有效的解決單體的離散性，延長(zhǎng)電池的充放電的時(shí)間，延長(zhǎng)收益，第二通過實(shí)際有效的SOS的安全預(yù)警和診斷的方法來提前發(fā)現(xiàn)一些安全風(fēng)險(xiǎn)。第三未來通過云邊協(xié)同的架構(gòu)來真正意義上建立基于大數(shù)據(jù)的邊緣計(jì)算的功能，對(duì)儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的安全預(yù)警，實(shí)現(xiàn)真正的全生命周期的安全可控。
下面我簡(jiǎn)單介紹一下我們高特電子，高特點(diǎn)子專注于儲(chǔ)能BMS，從業(yè)超過20年，我們已經(jīng)具備了從核心芯片到產(chǎn)品，到BMS的數(shù)據(jù)服務(wù)的完整產(chǎn)業(yè)鏈，也努力打造基于BMS2.0的技術(shù)生態(tài)，就是說我們要從BMS的芯片到BMS后端的算法+服務(wù)的完整技術(shù)生態(tài)，成為BMS行業(yè)的頭部企業(yè)。
截止到2021年11月，本年的業(yè)績(jī)是1.3GWH。
我們參與標(biāo)準(zhǔn)的修訂，這是我們的一些專利。
大家可能非常關(guān)心的是BMS對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)有這么重要的，有什么樣架構(gòu)的BMS才能實(shí)現(xiàn)以上三方面的功能，我跟大家分享下我們新一代BMS產(chǎn)品。
這個(gè)1500VBMS的架構(gòu)，主機(jī)是雙CPU設(shè)計(jì)，因?yàn)锽MS很重要，如果一個(gè)CPU掛了還有一個(gè)CPU運(yùn)行，在安全方面有很大的冗余，也預(yù)留了算力，還有256G的固態(tài)硬盤，如果云端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)無法存儲(chǔ)的情況下，BMS是云端的分布式服務(wù)器，秒級(jí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持云端的分析。當(dāng)然這也是對(duì)云端數(shù)據(jù)的備份?，F(xiàn)在的基本架構(gòu)，主控到堆控貨主機(jī)，數(shù)據(jù)上送效率低，我們結(jié)合新一代BMS需求，在主控上完成了網(wǎng)絡(luò)接口的開發(fā)，從主控到上面的主機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)的形式，讓數(shù)據(jù)效率更高，讓所有的報(bào)警實(shí)現(xiàn)毫秒響應(yīng)，為電池防控預(yù)留了足夠的時(shí)間。我們也做到了主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡的端口全兼容，為用戶考慮了初始投資可以用被動(dòng)均衡，兩年之后發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)確實(shí)可能離散性不及預(yù)期，怎么辦？只要換一個(gè)模塊，不需要更換線束，因?yàn)橹鲃?dòng)均衡和被動(dòng)模塊做到了兼容，從用戶的角度來講預(yù)留了方便更換的機(jī)會(huì)。
我們希望通過技術(shù)的提升，重新定義現(xiàn)在的儲(chǔ)能BMS，BMS已經(jīng)從原來的基本要求實(shí)現(xiàn)電壓的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)基本的控制保護(hù)，發(fā)展成為未來安全診斷、為儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全保駕護(hù)航的2.0的要求。
我的分享就是這些，謝謝大家！
