中國儲能網(wǎng)訊：11月24-26日，由湖南省工業(yè)和信息化廳、湖南省商務(wù)廳、長沙市人民政府、中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會聯(lián)合主辦，100余家機(jī)構(gòu)共同支持的湖南（長沙）電池博覽會暨第二屆中國國際新型儲能技術(shù)及工程應(yīng)用大會在長沙圣爵菲斯大酒店召開。此次大會主題是“新能源、新機(jī)遇、新高度”。
會議期間，組委會邀請了杭州高特電子設(shè)備股份有限公司市場經(jīng)理邸金生分享主題報(bào)告《儲能BMS的重要性及發(fā)展趨勢分析》。以下是發(fā)言主要內(nèi)容：
邸金生：各位專家、各位同仁，大家上午好！很榮幸今天和大家相聚在湖南長沙2022電池產(chǎn)業(yè)博覽會，受疫情影響，可能很多演講嘉賓包括觀眾不能及時到會場，我們很幸運(yùn)在這樣的時間遇到了如此情況的疫情，但又很幸運(yùn)我們能把大家聚集在一起，為了儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展集思廣益。高特是BMS行業(yè)的老兵，也是排頭兵，跟很多行業(yè)內(nèi)的人都是熟悉的老朋友。隨著儲能高速發(fā)展，BMS在前沿技術(shù)的加持下也在不斷創(chuàng)新發(fā)展。我今天匯報(bào)的主題是：儲能BMS的重要性及發(fā)展趨勢的分析。
我今天的匯報(bào)分為四個部分，一是儲能現(xiàn)狀，二是BMS重要性，三是BMS+數(shù)據(jù)服務(wù)體系，四是高特電子介紹。
首先分析一下儲能，眾所周知儲能的終極目標(biāo)是高收益、低成本、高安全、長壽命，環(huán)境友好、智慧化、智能化、數(shù)字化、免維護(hù)等等，這些都是儲能發(fā)展到今天理想的預(yù)期目標(biāo)。事實(shí)能否實(shí)現(xiàn)？目前儲能從安全、效率、成本、收益等多方面都面臨著諸多的阻礙。從安全角度，雖然電池本體技術(shù)和系統(tǒng)集成方案有了大幅度提升，但是仍然無法避免電池單體潛在的熱失控安全風(fēng)險。為了提高效率，系統(tǒng)集成商提出了組串式的PCS管理模式和高壓直掛模式。雖然在一定程度上可以避免簇與簇之間不一致導(dǎo)致容量下降，但是無法改變簇內(nèi)單體的一致性，所以本質(zhì)上還是要解決單體一致性的問題。儲能目前仍然面臨著循環(huán)壽命下的度電成本和運(yùn)維成本等無法預(yù)測的收益風(fēng)險，BMS的數(shù)據(jù)對投資收益、運(yùn)維支撐的作用是非常巨大的，現(xiàn)在很多的儲能電站為建而建，并沒有從數(shù)據(jù)的重要性去深度理解。未來儲能電站運(yùn)維的難度包括支撐技術(shù)都來自于BMS的數(shù)據(jù)，如何延長儲能系統(tǒng)或者儲能循環(huán)壽命，提高資源利用率，更好的體現(xiàn)社會效益，也是值得我們深思的課題。
為什么儲能BMS比較關(guān)鍵？首先，影響儲能的因素有很多，無論從電池本體，電池PACK的工藝，系統(tǒng)集成方案，電池運(yùn)行環(huán)境到運(yùn)營管理等因素都會對儲能的全生命周期產(chǎn)生影響，雖然電池的制造工藝和系統(tǒng)集成水平有所提升，系統(tǒng)質(zhì)量和可靠性也大幅提高，但單體的離散性和熱失控風(fēng)險仍是實(shí)現(xiàn)儲能系統(tǒng)長壽命和高收益的重要影響因素。另外，熱失控問題是多因素耦合的綜合性問題，單一維度的檢測和診斷不能及時預(yù)防和控制風(fēng)險?；谝陨弦蛩?，如何獲得更長壽命和更高收益，BMS的管理和維護(hù)能力起到了決定性的作用。
眾所周知，3S系統(tǒng)是儲能系統(tǒng)的重要組成部分，EMS負(fù)責(zé)決策，PCS負(fù)責(zé)執(zhí)行，BMS作為極為重要的感知部件，也是儲能系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，從多維度踐行數(shù)據(jù)實(shí)時同步采集、保護(hù)、可靠的動作，也是EMS決策和PCS執(zhí)行的重要依據(jù)。實(shí)時檢測、電池單體溫度、電池簇的電壓電流、狀態(tài)診斷、控制保護(hù)、數(shù)據(jù)管理等等是儲能BMS常規(guī)的功能，這些基礎(chǔ)功能已經(jīng)不能滿足未來儲能系統(tǒng)高效運(yùn)行的需要?，F(xiàn)在大家最關(guān)心的是儲能安全，近幾個月國內(nèi)外陸續(xù)又發(fā)生了多起由于電池?zé)崾Э匾鸬幕馂?zāi)事件，足以引起大家的重視。目前通過在外圍表面檢測電池單體的溫度是嚴(yán)重滯后的，有可能電芯內(nèi)部的熱失控已經(jīng)非常厲害，但因?yàn)楸砻鏅z測有一定滯后性，所以無法及時的反映內(nèi)部熱失控，當(dāng)表面的溫度檢測出來的時候，電池已經(jīng)屬于不可逆的熱失控狀態(tài)，所以在這種情況下，BMS當(dāng)仁不讓的承擔(dān)起安全狀態(tài)實(shí)時評估的功能。目前高特研發(fā)的BMS已經(jīng)具備了非常強(qiáng)的算力，軟件上采用了人工智能、邊緣計(jì)算的算法，具備實(shí)現(xiàn)電池安全狀態(tài)的一個本地化實(shí)時性，快速診斷的能力。隨著儲能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，云邊協(xié)同已經(jīng)是未來的重要方案，我們?yōu)榭蛻籼峁└呒壍陌踩A(yù)警分析，性能診斷，智慧運(yùn)維及運(yùn)維策略的智能定制化BMS+的數(shù)據(jù)服務(wù)體系也成為儲能發(fā)展的一個重要方向和技術(shù)支撐。
什么是BMS+數(shù)據(jù)服務(wù)體系？主要分為五個部分，從BMS的數(shù)據(jù)感知、BMS本地?cái)?shù)據(jù)挖掘和診斷，站端運(yùn)維平臺的搭建，通過端邊協(xié)同，進(jìn)一步提高診斷能力，以及在站端提供一些運(yùn)維策略，到最后提供線下服務(wù)，構(gòu)成一個全生命周期的完整數(shù)據(jù)服務(wù)體系來保證儲能系統(tǒng)高效運(yùn)行。在整個閉環(huán)里，BMS是基礎(chǔ)，它是數(shù)據(jù)感知部分獲取數(shù)據(jù)，具備高速通訊跟控制響應(yīng)的能力。在本地獲取數(shù)據(jù)以后，經(jīng)過本地的邊緣計(jì)算和數(shù)據(jù)清洗，把清洗過的數(shù)據(jù)送到站端，站端再對邊緣降維的數(shù)據(jù)做橫向診斷分析優(yōu)化，提供數(shù)據(jù)服務(wù)和智慧運(yùn)維策略，提高系統(tǒng)運(yùn)營水平及運(yùn)行效率。
基于目前儲能行業(yè)的發(fā)展，大型儲能一般為三級架構(gòu)的BMS，最下面一層叫BMU，對應(yīng)每一個PACK放一個BMU模塊，中間層叫電池簇管理單元，一個簇一個模塊，第三層叫電池管理主機(jī)。高特三層架構(gòu)的亮點(diǎn)，首先最下面的BMU支持12-64串PACK全覆蓋，各種各樣的PACK都有對應(yīng)的BMU適配，也可以對9000V-1500V的系統(tǒng)進(jìn)行兼容，同時支持主動均衡和被動均衡的兼容。目前我們有很多的儲能電站在前期的初始投資成本控制得非常嚴(yán)格，所以有可能在前期選擇了被動均衡，但隨著儲能電站兩年以后運(yùn)行下來，電池的一致性和衰減性出現(xiàn)了問題，它可以直接通過主動均衡和被動均衡模塊之間的切換來實(shí)現(xiàn)主動均衡，也不需要增加任何線數(shù)。
中間電池簇管理單元亮點(diǎn)，考慮到目前1500V系統(tǒng)的發(fā)展，目前單簇都超過了400個單體電芯，10個電池簇控制管理單元通過將數(shù)據(jù)上送到第三級管理主機(jī)可能需要十秒甚至更長的時間，這樣為儲能的高速通訊甚至安全預(yù)警、應(yīng)用到調(diào)頻場景是無法滿足需求的，所以高特也是行業(yè)內(nèi)第一家采用網(wǎng)口通訊，因?yàn)榫W(wǎng)口和第三級通訊不管是十個電池簇管理單元還是更多的簇都可以實(shí)現(xiàn)百毫秒級的數(shù)據(jù)刷新。
第三級管理主機(jī)是全新設(shè)計(jì)的硬件裝置，支持2G主屏、4G內(nèi)存、4核、500G固態(tài)硬盤，可以實(shí)現(xiàn)全生命周期秒級的數(shù)據(jù)全保存，同時系統(tǒng)是采用H5的架構(gòu)，支持所有三級架構(gòu)一鍵遠(yuǎn)程升級，同時這個主機(jī)也配備了豐富的接口。理論上來講，一個集裝箱控制單元里面所有的信息包括PCS的控制，一個控制管理單元都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接入，最重要的是實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算的能力，具備實(shí)時的電池安全狀態(tài)和接入設(shè)備狀態(tài)的診斷，另外還有非常重要的功能，設(shè)備采用了微服務(wù)的架構(gòu)，便于客戶做二次開發(fā)。
考慮到目前工商業(yè)小型儲能系統(tǒng)和分布式儲能系統(tǒng)的發(fā)展，高特在BMS管理主機(jī)的基礎(chǔ)上開發(fā)了一體化集控單元，設(shè)備具備和聚合接入的能力，同時集BMS、輕易EMS以及控制保護(hù)于一體，另外支持用戶側(cè)的單機(jī)以及群控PCS多個調(diào)頻場景。在集中式儲能系統(tǒng)、儲能柜或者是分布式儲能系統(tǒng)的應(yīng)用場景中，一體化集控單元可以替代原來通訊管理機(jī)、能量交易、EMU、故障濾波、EMC的主機(jī)，所有集控單元可以實(shí)現(xiàn)all in one的功能，像用戶側(cè)的項(xiàng)目，集控單元還具備了物聯(lián)網(wǎng)和4G通訊的接口，對用戶來講，大大地降低了用戶去做系統(tǒng)集成開發(fā)的難度，系統(tǒng)完全簡化。
這是一體化集控單元的產(chǎn)品功能，它支持邊緣計(jì)算、云邊協(xié)同、系統(tǒng)性能狀態(tài)的實(shí)時診斷和評估，支持計(jì)量收益管理、經(jīng)濟(jì)性分析等等。同時集控單元還具備強(qiáng)大的運(yùn)算能力以及主動安全、集成控制、智慧運(yùn)維、高兼容性等等優(yōu)勢，有效地解決了儲能系統(tǒng)配置繁瑣、功能復(fù)雜、維護(hù)難的問題。同時還支持削峰填谷、虛量控制、離網(wǎng)備電和需求響應(yīng)等多種策略。這是集控單元的顯示界面，包括電池簇、電梯單體的數(shù)據(jù)顯示，接入的設(shè)備數(shù)據(jù)管理、能量管理、策略及參數(shù)的設(shè)置。第二排也是一體化集控單元最核心的優(yōu)勢，包括電池健康狀態(tài)診斷、系統(tǒng)安全狀態(tài)診斷、設(shè)備狀態(tài)診斷。電池健康狀態(tài)診斷通過多維實(shí)時的歷史數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)對單體和電池系統(tǒng)健康狀態(tài)、性能趨勢的預(yù)測分析，并推送智能優(yōu)化策略。另外，通過溫度和內(nèi)阻等參數(shù)，有一些綜合的模型，對電池的安全趨勢進(jìn)行實(shí)時的預(yù)測，來反映單體電池和儲能系統(tǒng)的安全狀態(tài)。智慧運(yùn)維策略的功能基于邊緣計(jì)算的能力和電壓內(nèi)阻等參數(shù)，推送必要的運(yùn)維策略，最終基于實(shí)時評估，電池系統(tǒng)的運(yùn)行效率和運(yùn)行策略，實(shí)現(xiàn)儲能系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和全生命周期的收益預(yù)期分析，推送運(yùn)行優(yōu)化策略，提高經(jīng)濟(jì)性的收益能力。
今年，儲能產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，目前在建、投運(yùn)、規(guī)劃的儲能項(xiàng)目已經(jīng)超過了30GWH，隨著儲能電站的逐步投入使用，運(yùn)維將是一項(xiàng)重要的工作。針對目前和未來大量的儲能電站投運(yùn)以后面臨的運(yùn)維效率低、成本高、風(fēng)險大的問題，高特開發(fā)了基于微服務(wù)結(jié)構(gòu)的全新智慧運(yùn)維平臺。系統(tǒng)具備實(shí)時的檢測，秒級的響應(yīng)，對電池?cái)?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)秒級數(shù)據(jù)刷新和及時的監(jiān)控。這里展示的就是電池堆的充放電、待機(jī)等狀態(tài)，還有告警事件、電池單體的數(shù)據(jù)信息等等。同時，平臺具備數(shù)據(jù)聚合集中展示的功能，重要的數(shù)據(jù)集中展示在大屏上，便于操作和管理，也可以大幅地減少運(yùn)維工作量。還具備一鍵巡檢的功能，智慧運(yùn)維支持運(yùn)行效率，電池健康安全，PCS設(shè)備通訊等一鍵巡檢，進(jìn)行實(shí)時的分析和診斷。智慧推送線上的運(yùn)維策略及線下的解決工單，有效地提升運(yùn)維效率。系統(tǒng)是基于外部的集中管理模式，開放性非常強(qiáng)，軟件開發(fā)維護(hù)及擴(kuò)展非常簡單，也支持手機(jī)端遠(yuǎn)程的隨機(jī)查詢及操作。
從效益分析來講，智慧運(yùn)維具有傳統(tǒng)運(yùn)維無法比擬的優(yōu)勢，按照現(xiàn)在百兆瓦時的儲能電站人員和設(shè)備運(yùn)維，通過智慧運(yùn)維可以從運(yùn)維成本和人員數(shù)量上均下降超過70%，有效地提升運(yùn)維效率，目前已經(jīng)有多個儲能示范項(xiàng)目配備了高特的智慧運(yùn)維平臺。這是高特在行業(yè)內(nèi)比較領(lǐng)先的單體對單體的雙向主動均衡技術(shù)，這也是二十多年來高特對電池管理的深刻理解和精髓，解決電池的一致性要從根本上解決所有單體電池之間的一次性差異。雙向主動均衡的原理是當(dāng)簇內(nèi)有落后的電芯，可以快速找到簇內(nèi)容量比較足的電芯，通過DCDC把能量釋放到總線上，落后的電池通過總線吸收能量，補(bǔ)充到落后的電芯，整簇的電壓一致性得到了明顯的改善。也就相當(dāng)于好的電芯抽取一部分的能量補(bǔ)到落后的電池中去，可以延長整簇的放電時間，尤其是儲能系統(tǒng)運(yùn)行的早期，由于充電倍率、初始容量不一致引起的問題，通過主動均衡都可以快速有效地改善電池的一致性，從而讓電池的運(yùn)行在比較好的環(huán)境中。
未來儲能的盈利模式，主動均衡技術(shù)一定是一個必選項(xiàng)，尤其是明年會有更大容量的電芯出現(xiàn)。一個電芯的落后對整個儲能系統(tǒng)的影響是非常敏感的，如何做好主動均衡？三個條件缺一不可，一是要有先進(jìn)的拓?fù)洌且兄悄艿牟呗?，目前我們的策略是基于電芯的SOC、SOE，電壓等多重差異的均衡，拓?fù)湟彩切袠I(yè)內(nèi)最先進(jìn)的雙向DCDC，三是要有高效的保護(hù)邏輯。
這是我們實(shí)際項(xiàng)目的數(shù)據(jù)，運(yùn)行超過四年，這是理論的衰減曲線，這是實(shí)際衰減曲線，根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行曲線推測，最終可能運(yùn)行八九年時間，容量下降到80%，中間藍(lán)色曲線是兩年以后主動均衡開始介入，主動均衡發(fā)揮作用以后，電池的實(shí)際衰減曲線通過實(shí)際數(shù)據(jù)測算，可以提升到13年左右的壽命，有效地提升了整個儲能電站30%以上的收益，可見主動均衡的作用還是非常明顯的。另外SOC、SOE的診斷也是BMS的關(guān)鍵技術(shù)，目前網(wǎng)上也有很多基于安時計(jì)分法，OCV修正等算法，這些都是理論算法，缺點(diǎn)是不能適應(yīng)電池長期運(yùn)行的變化，適應(yīng)能力比較差，需要定期的校準(zhǔn)。高特的做法是開發(fā)了一套全新的算法，使用了一些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法，包括自學(xué)習(xí)的算法，我們?nèi)藶榈膶﹄姵氐臄?shù)據(jù)進(jìn)行了篡改，這個模型能快速發(fā)現(xiàn)問題并梳理。目前SOC的精度在平臺區(qū)可以做到5%以內(nèi)，在兩端可以做到3%以內(nèi)。高特的亮點(diǎn)是基于基本功能的基礎(chǔ)上，我們開發(fā)了SOX的診斷技術(shù)，基于單體電壓，電壓的離散性、溫度的溫升等等做了每一個電芯的SOX模型，對每一個電芯做了一個安全等級的指標(biāo)，安全等級越低代表著越安全。以上就是高特的一些產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢
最后，我再想大家介紹一下高特，高特電子成立于1998年，做了24年的電池檢測工作，對電池特性和失效機(jī)理有著深刻的理解，對電池狀態(tài)的學(xué)習(xí)，診斷技術(shù)和主動均衡技術(shù)也都屬于行業(yè)的領(lǐng)先地位，同時我們自主研發(fā)了包括采集芯片和雙向主動均衡芯片兩款國產(chǎn)化芯片，同時高特正在研發(fā)植入到電芯內(nèi)部的傳感機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品，也在開展儲能系統(tǒng)的挖掘和服務(wù)體系的研究和應(yīng)用。
2021年，高特在第三方BMS的出貨量是第一名，截止到今年10月底，本年度業(yè)績已經(jīng)超過8.5GWH，到年底，預(yù)計(jì)會超過10GWH。高特作為儲能BMS的先行者，將繼續(xù)為儲能的高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。我們的發(fā)展策略是專注于儲能領(lǐng)域，從核心芯片、BMS產(chǎn)品到BMS+數(shù)據(jù)服務(wù)的完整產(chǎn)業(yè)鏈深耕，打造基于BMS+的技術(shù)生態(tài)，努力成為儲能電池安全和價值提升的數(shù)據(jù)服務(wù)供應(yīng)商。
我今天的匯報(bào)到此結(jié)束，謝謝大家！
