中國儲能網(wǎng)訊：11月10-11日，由湖南省能源局指導，中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會主辦的“第三屆全國電源側(cè)儲能技術及應用高層研討會”在長沙華天酒店召開。來自電網(wǎng)公司、設計院、系統(tǒng)集成商等領域的400余人參加了本次研討會。
會議期間，杭州高特電子設備股份有限公司總經(jīng)理徐劍虹分享了主題報告《儲能BMS的重要性及發(fā)展趨勢探討》。中國儲能網(wǎng)對其演講內(nèi)容進行了梳理，并在此分享給大家，供大家學習、交流。演講內(nèi)容如下：
徐劍虹：感謝大家，這么晚還堅守在這里。我盡量壓縮我的演講時間！
這是儲能的系統(tǒng)框圖，在電化學儲能系統(tǒng)中一般有若干的電池簇，有電池管理系統(tǒng)，有PCS，有EMS。
在我對儲能理解中，在儲能控制系統(tǒng)中，儲能單元就是電池，決策、管理是EMS，是儲能能量的管理系統(tǒng)，PCS是執(zhí)行機構(gòu)，執(zhí)行充電或放電，充多少功率，或者是放多少功率。BMS是感知的角色，也就是感知電池的狀態(tài)，管理電池。
這是常規(guī)電池管理系統(tǒng)BMS的描述，采用一定的電路和程序測量電壓、電流、溫度等，并計算電池的狀態(tài)。
總之，電池管理系統(tǒng)BMS是儲能系統(tǒng)的核心部件，有三個功能：
第一是感知，首先感知電池的狀態(tài)。如果連電池的狀態(tài)都不知道如何管理電池？這個狀態(tài)包含了幾個：電壓、電流、溫度，這個不用說，這是最基本的量。最主要是要計算電池的狀態(tài)SOX，包括SOC、SOE、SOP、SOH、SOS。前面幾個大家都清楚，那么SOS是什么？SOS就是電池的安全狀態(tài)，這是我加上去的。
第二是管理，電池怎么管理？無非是兩個功能，均衡管理，有被動均衡、主動均衡，熱管理，更多是在系統(tǒng)設計中實現(xiàn)。
第三是保護，當電池系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況的時候采取保護，比如跳閘或者是停充、停放。
相比于電動車，儲能系統(tǒng)有很多特殊性，所以儲能BMS和車的BMS有很大不同。
儲能系統(tǒng)電池數(shù)量很大，系統(tǒng)很復雜，運行環(huán)境非常惡劣。在如此非常復雜的系統(tǒng)中，對BMS抗干擾性能提出了非常高的要求，一旦儲能系統(tǒng)中的BMS被干擾了，比如數(shù)據(jù)跳變、誤動作等等，都是由于BMS抗干擾能力不夠引起的。同樣，系統(tǒng)的復雜性也對BMS數(shù)據(jù)處理能力、響應速度等提出了很高的要求。
早上也有很多人講到電池系統(tǒng)在使用過程中會衰減，這種衰減主要取決于兩個因素：單體電芯本身的由于循環(huán)使用導致的衰減，另外就是儲能系統(tǒng)中，電池的離散性引起整簇電池的衰減。很顯然單體電池容量的衰減無法控制，是電池固有的特性，但是離散性引起整簇電池的衰減可以控制這個電池簇一致性來改善。均衡就是用來改善電池簇的一致性的，現(xiàn)在很多人都在說主動均衡還是被動均衡。待會再來介紹。
BMS的熱管理，這個已經(jīng)介紹了很多了，不展開了。
儲能系統(tǒng)有很多電池簇，就存在簇間的均衡管理和環(huán)流管理，這是儲能BMS特有的。
大量數(shù)據(jù)的接入，要求儲能BMS控制單元具有復雜的協(xié)議處理能力和響應速度。如在一個集裝箱中如果有20個電池簇，可能多達2000多個電池數(shù)據(jù)需要上送的時候，這時候完成整個集裝箱數(shù)據(jù)的上送一般時間可能長達十幾秒，這在調(diào)峰調(diào)頻的應用場景是不可接受的。所以我們也在做優(yōu)化改進，我們的目標是整個數(shù)據(jù)完成上送控制在500毫秒以內(nèi)。
儲能系統(tǒng)對安全性、可靠性提出了很高的要求，對BMS也提出了很高的可靠性、系統(tǒng)容錯和保護能力的要求，目前相關標準中缺失可靠性的要求。所以我們對自己提出了要求，滿足15年運行的要求，故障率要小于1000PPM。
電池安全狀態(tài)分析和預警很重要。都在講電池安全，我們認為分三層，一是電池本身的安全，即電池本身不會燃燒。二是預警保護，對可能發(fā)生的熱失控、短路等燃燒事故進行預警，怎么去做預警？這是非常重要的。當然，消防是最后的手段。我們希望看到是在電池可能發(fā)生危險的情況下極早的發(fā)現(xiàn)和預警，這是BMS以后需要做的功能。
綜上所述，儲能BMS和汽車BMS有很大區(qū)別，很多人是從做汽車轉(zhuǎn)過來的，做汽車BMS比較早，最早的時候2004年就有做，儲能是2008年開始逐步有做。很多人說BMS對儲能有什么區(qū)別？車的應用場景和儲能應用場景是不一樣的，所以要求不一樣，比如說IS026262，可靠性的要求，AUTOSAR，UDS等規(guī)范性要求等等。而儲能的系統(tǒng)更復雜、更龐大，壽命要求更高，響應速度要求更快，所以這還是不一樣的。
目前儲能BMS存在很多的問題：
主要體現(xiàn)在技術成熟度比較低，相關的標準缺乏，比如PCS協(xié)議和EMS通訊協(xié)議，控制策略等沒有統(tǒng)一的標準，所以現(xiàn)場調(diào)試的問題很多，增加了大量的現(xiàn)場施工成本。比如電池箱尺寸，車有一個VDA標準，儲能到目前為止所有不同的廠家尺寸都是不一樣，規(guī)格都是不一樣，大大降低了儲能的標準化，規(guī)?；?，對成本的下降也帶來了阻礙，所以成熟度是很大的問題。
成本還是很高，需要通過標準化、規(guī)?；档统杀尽Ｈ绾伟袯MS成本進一步降下去，來降低整個儲能系統(tǒng)的成本。盡管BMS在儲能系統(tǒng)中的成本占比很少，目前是6%，主動性可能到10%左右。這個成本我們認為還是可以進一步下降的。
主動均衡的可靠性和成本需要進一步改進。
安全算法尤其是預警的算法目前幾乎是空白。
整個故障率比較高，這是目前BMS存在的問題。
大家看到BMS很重要，但是BMS急需改進。
下面介紹下高特在儲能BMS技術做的工作。
1、儲能均衡技術，現(xiàn)在用的BMS大部分還是被動均衡技術，充電過程中把電壓高的電池放電。但是在一簇電池中，如果某一個電池特別低的時候，被動均衡就無能為力了。所以被動均衡對于落后電池的處理是沒有辦法的，只有采用主動均衡。
這是高特主動均衡的方案，在一簇電池當中比如說200節(jié)電池，挑出最高10個，最低10個，最高的10個放電，最低10充電，實現(xiàn)任何電池之間的能量轉(zhuǎn)移。這是原理圖，高的電池放到電源端，如果有低的電池就給低的電池充，兩個電路一合并，就看到完成了從高電池到低電池的能量轉(zhuǎn)移。
這是效果，經(jīng)過主動均衡之后看到一致性變好了，實際放電時間大幅度延長了，這是容量已經(jīng)衰減的電池簇，經(jīng)過主動均衡充放電8次循環(huán)之后可放電時間延長了25%。我們做了大量數(shù)據(jù)分析，我們認為主動均衡可以有效的延長電池壽命，可以延長20%以上。華為在這方面做了很多工作，我們8月份在深圳做交流的時候，他們的結(jié)果和我們是一樣的，測算的數(shù)據(jù)是20%的壽命延長，這是非常好的效果。
2、高特采用了神經(jīng)網(wǎng)絡和自學習的算法，在運行過程中算法不斷學習電池的特征曲線，拿學到的特征曲線來計算SOC。所以算法有修正的能力，這個就是算法所表達的誤差，可以看到在人為干擾的情況下，數(shù)據(jù)偏離正常值的時候，算法模型可以發(fā)現(xiàn)錯了，自己修正過來，具有非常好的魯棒性。
學習的過程表現(xiàn)在經(jīng)過幾次學習之后，誤差曲線越來越小，這就是收斂性。
3、分布式架構(gòu)。目前的BMS是把電池采樣線拉出來接到外面的BMS模塊，這就是現(xiàn)場照片。我們推出新的分布式架構(gòu)，這就是給美國某公司做的，把BMS模塊放到電池模組內(nèi)，這個模組非常小，只有打火機這么大小，線全部接到PCB板上，出來就是通訊口，這是交付的產(chǎn)品照片，這是主動均衡的模塊，具有正負2個安培的均衡電流，做的非常小。這個模組出來就2個接口，通訊口和電源口，非常的簡潔，這個電池模組出貨將近1萬多個模塊了。這是生產(chǎn)現(xiàn)場照片，規(guī)模還是很大。
4、儲能BMS的EMC設計，采用了汽車級的元器件，采用4層板PCB，保證了信號的完整性。進行了完整的FMEA分析和測試，85度2000~3000小時的耐久性測試，對應35度下16年使命壽命，故障率小于1000PPM。這是產(chǎn)品相關的認證。
5、BMS的核心技術就是芯片和算法。我們在2016年的時候就提出了BMS核心IC的方案設計和布局，目前已經(jīng)和合伙伙伴完成了前端采集電路芯片，并完成了應用驗證，2018年進入批量應用。主動均衡芯片在2019年9月完成樣機測試驗證，2020年下半年量產(chǎn)。高特已經(jīng)成為行業(yè)中唯一擁有AFE和主動均衡二款核心芯片的BMS供應商，也是全球唯一的企業(yè)。這是我們的芯片照片，這是PCBA，可以看到這是我們主動均衡的芯片，采集芯片在這個背面。
這是高特的芯片之路，現(xiàn)在完成的是采集和主動均衡的芯片，在2020到2025年已經(jīng)規(guī)劃了兩代芯片，下一步是SOC的ASIC應用方案，最后要把芯片放到電芯內(nèi)，這時候BMS將不復存在，我們都已經(jīng)內(nèi)置了，這是高特的終極目標，目前在做的分為兩步走，到2025年達成這個目標。
目前高特已經(jīng)有80多項專利了，9項海外專利，76項國內(nèi)專利，相當部分是發(fā)明專利。目前產(chǎn)品達到的可靠性指標1000PPM以內(nèi)，力爭今年到明年可以接近500PPM，也就是把故障率降低到足夠的低。
高特做儲能BMS從2010年開始，是儲能BMS的鼻祖。到2019年底完成了600MWH，今年年底有望突破700MWh的BMS，位居行業(yè)第一位。我們也做了100MWh的梯次利用儲能項目。
高瞻遠矚、特立遠行。高特愿和各位一起發(fā)展成長！
謝謝各位。
