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中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：11月10-11日，由湖南省能源局指導(dǎo)，中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)主辦的“第三屆全國(guó)電源側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)及應(yīng)用高層研討會(huì)”在長(zhǎng)沙華天酒店召開(kāi)。來(lái)自電網(wǎng)公司、設(shè)計(jì)院、系統(tǒng)集成商等領(lǐng)域的400余人參加了本次研討會(huì)。 

會(huì)議期間，杭州高特電子設(shè)備股份有限公司總經(jīng)理徐劍虹分享了主題報(bào)告《儲(chǔ)能BMS的重要性及發(fā)展趨勢(shì)探討》。中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)對(duì)其演講內(nèi)容進(jìn)行了梳理，并在此分享給大家，供大家學(xué)習(xí)、交流。演講內(nèi)容如下：

徐劍虹：感謝大家，這么晚還堅(jiān)守在這里。我盡量壓縮我的演講時(shí)間！

這是儲(chǔ)能的系統(tǒng)框圖，在電化學(xué)儲(chǔ)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(duì)儲(chǔ)能理解中，在儲(chǔ)能控制系統(tǒng)中，儲(chǔ)能單元就是電池，決策、管理是EMS，是儲(chǔ)能能量的管理系統(tǒng)，PCS是執(zhí)行機(jī)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(cè)量電壓、電流、溫度等，并計(jì)算電池的狀態(tài)。

 總之，電池管理系統(tǒng)BMS是儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心部件，有三個(gè)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(gè)狀態(tài)包含了幾個(gè)：電壓、電流、溫度，這個(gè)不用說(shuō)，這是最基本的量。最主要是要計(jì)算電池的狀態(tài)SOX，包括SOC、SOE、SOP、SOH、SOS。前面幾個(gè)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(wú)非是兩個(gè)功能，均衡管理，有被動(dòng)均衡、主動(dòng)均衡，熱管理，更多是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)。 

第三是保護(hù)，當(dāng)電池系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況的時(shí)候采取保護(hù)，比如跳閘或者是停充、停放。 

相比于電動(dòng)車(chē)，儲(chǔ)能系統(tǒng)有很多特殊性，所以儲(chǔ)能BMS和車(chē)的BMS有很大不同。

 儲(chǔ)能系統(tǒng)電池?cái)?shù)量很大，系統(tǒng)很復(fù)雜，運(yùn)行環(huán)境非常惡劣。在如此非常復(fù)雜的系統(tǒng)中，對(duì)BMS抗干擾性能提出了非常高的要求，一旦儲(chǔ)能系統(tǒng)中的BMS被干擾了，比如數(shù)據(jù)跳變、誤動(dòng)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(fù)雜性也對(duì)BMS數(shù)據(jù)處理能力、響應(yīng)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(guò)程中會(huì)衰減，這種衰減主要取決于兩個(gè)因素：單體電芯本身的由于循環(huán)使用導(dǎo)致的衰減，另外就是儲(chǔ)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(wú)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(gè)電池簇一致性來(lái)改善。均衡就是用來(lái)改善電池簇的一致性的，現(xiàn)在很多人都在說(shuō)主動(dòng)均衡還是被動(dòng)均衡。待會(huì)再來(lái)介紹。

 BMS的熱管理，這個(gè)已經(jīng)介紹了很多了，不展開(kāi)了。

 儲(chǔ)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(chǔ)能BMS特有的。 

大量數(shù)據(jù)的接入，要求儲(chǔ)能BMS控制單元具有復(fù)雜的協(xié)議處理能力和響應(yīng)速度。如在一個(gè)集裝箱中如果有20個(gè)電池簇，可能多達(dá)2000多個(gè)電池?cái)?shù)據(jù)需要上送的時(shí)候，這時(shí)候完成整個(gè)集裝箱數(shù)據(jù)的上送一般時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)十幾秒，這在調(diào)峰調(diào)頻的應(yīng)用場(chǎng)景是不可接受的。所以我們也在做優(yōu)化改進(jìn)，我們的目標(biāo)是整個(gè)數(shù)據(jù)完成上送控制在500毫秒以?xún)?nèi)。

 儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)安全性、可靠性提出了很高的要求，對(duì)BMS也提出了很高的可靠性、系統(tǒng)容錯(cuò)和保護(hù)能力的要求，目前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中缺失可靠性的要求。所以我們對(duì)自己提出了要求，滿(mǎn)足15年運(yùn)行的要求，故障率要小于1000PPM。

 電池安全狀態(tài)分析和預(yù)警很重要。都在講電池安全，我們認(rèn)為分三層，一是電池本身的安全，即電池本身不會(huì)燃燒。二是預(yù)警保護(hù)，對(duì)可能發(fā)生的熱失控、短路等燃燒事故進(jìn)行預(yù)警，怎么去做預(yù)警？這是非常重要的。當(dāng)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(xiǎn)的情況下極早的發(fā)現(xiàn)和預(yù)警，這是BMS以后需要做的功能。

 綜上所述，儲(chǔ)能BMS和汽車(chē)BMS有很大區(qū)別，很多人是從做汽車(chē)轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的，做汽車(chē)BMS比較早，最早的時(shí)候2004年就有做，儲(chǔ)能是2008年開(kāi)始逐步有做。很多人說(shuō)BMS對(duì)儲(chǔ)能有什么區(qū)別？車(chē)的應(yīng)用場(chǎng)景和儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景是不一樣的，所以要求不一樣，比如說(shuō)IS026262，可靠性的要求，AUTOSAR，UDS等規(guī)范性要求等等。而儲(chǔ)能的系統(tǒng)更復(fù)雜、更龐大，壽命要求更高，響應(yīng)速度要求更快，所以這還是不一樣的。

 目前儲(chǔ)能BMS存在很多的問(wèn)題： 

主要體現(xiàn)在技術(shù)成熟度比較低，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)缺乏，比如PCS協(xié)議和EMS通訊協(xié)議，控制策略等沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的問(wèn)題很多，增加了大量的現(xiàn)場(chǎng)施工成本。比如電池箱尺寸，車(chē)有一個(gè)VDA標(biāo)準(zhǔn)，儲(chǔ)能到目前為止所有不同的廠(chǎng)家尺寸都是不一樣，規(guī)格都是不一樣，大大降低了儲(chǔ)能的標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)模化，對(duì)成本的下降也帶來(lái)了阻礙，所以成熟度是很大的問(wèn)題。

 成本還是很高，需要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；档统杀?。如何把BMS成本進(jìn)一步降下去，來(lái)降低整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本。盡管BMS在儲(chǔ)能系統(tǒng)中的成本占比很少，目前是6%，主動(dòng)性可能到10%左右。這個(gè)成本我們認(rèn)為還是可以進(jìn)一步下降的。

 主動(dòng)均衡的可靠性和成本需要進(jìn)一步改進(jìn)。

 安全算法尤其是預(yù)警的算法目前幾乎是空白。

 整個(gè)故障率比較高，這是目前BMS存在的問(wèn)題。 

大家看到BMS很重要，但是BMS急需改進(jìn)。

 下面介紹下高特在儲(chǔ)能BMS技術(shù)做的工作。

 1、儲(chǔ)能均衡技術(shù)，現(xiàn)在用的BMS大部分還是被動(dòng)均衡技術(shù)，充電過(guò)程中把電壓高的電池放電。但是在一簇電池中，如果某一個(gè)電池特別低的時(shí)候，被動(dòng)均衡就無(wú)能為力了。所以被動(dòng)均衡對(duì)于落后電池的處理是沒(méi)有辦法的，只有采用主動(dòng)均衡。

這是高特主動(dòng)均衡的方案，在一簇電池當(dāng)中比如說(shuō)200節(jié)電池，挑出最高10個(gè)，最低10個(gè)，最高的10個(gè)放電，最低10充電，實(shí)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(gè)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(guò)主動(dòng)均衡之后看到一致性變好了，實(shí)際放電時(shí)間大幅度延長(zhǎng)了，這是容量已經(jīng)衰減的電池簇，經(jīng)過(guò)主動(dòng)均衡充放電8次循環(huán)之后可放電時(shí)間延長(zhǎng)了25%。我們做了大量數(shù)據(jù)分析，我們認(rèn)為主動(dòng)均衡可以有效的延長(zhǎng)電池壽命，可以延長(zhǎng)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(shí)候，他們的結(jié)果和我們是一樣的，測(cè)算的數(shù)據(jù)是20%的壽命延長(zhǎng)，這是非常好的效果。

 2、高特采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和自學(xué)習(xí)的算法，在運(yùn)行過(guò)程中算法不斷學(xué)習(xí)電池的特征曲線(xiàn)，拿學(xué)到的特征曲線(xiàn)來(lái)計(jì)算SOC。所以算法有修正的能力，這個(gè)就是算法所表達(dá)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(shí)候，算法模型可以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)了，自己修正過(guò)來(lái)，具有非常好的魯棒性。

學(xué)習(xí)的過(guò)程表現(xiàn)在經(jīng)過(guò)幾次學(xué)習(xí)之后，誤差曲線(xiàn)越來(lái)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(xiàn)拉出來(lái)接到外面的BMS模塊，這就是現(xiàn)場(chǎng)照片。我們推出新的分布式架構(gòu)，這就是給美國(guó)某公司做的，把BMS模塊放到電池模組內(nèi)，這個(gè)模組非常小，只有打火機(jī)這么大小，線(xiàn)全部接到PCB板上，出來(lái)就是通訊口，這是交付的產(chǎn)品照片，這是主動(dòng)均衡的模塊，具有正負(fù)2個(gè)安培的均衡電流，做的非常小。這個(gè)模組出來(lái)就2個(gè)接口，通訊口和電源口，非常的簡(jiǎn)潔，這個(gè)電池模組出貨將近1萬(wàn)多個(gè)模塊了。這是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)照片，規(guī)模還是很大。 

4、儲(chǔ)能BMS的EMC設(shè)計(jì)，采用了汽車(chē)級(jí)的元器件，采用4層板PCB，保證了信號(hào)的完整性。進(jìn)行了完整的FMEA分析和測(cè)試，85度2000~3000小時(shí)的耐久性測(cè)試，對(duì)應(yīng)35度下16年使命壽命，故障率小于1000PPM。這是產(chǎn)品相關(guān)的認(rèn)證。

5、BMS的核心技術(shù)就是芯片和算法。我們?cè)?016年的時(shí)候就提出了BMS核心IC的方案設(shè)計(jì)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(yīng)用驗(yàn)證，2018年進(jìn)入批量應(yīng)用。

主動(dòng)均衡芯片在2019年9月完成樣機(jī)測(cè)試驗(yàn)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(dòng)均衡二款核心芯片的BMS供應(yīng)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(dòng)均衡的芯片，采集芯片在這個(gè)背面。 

這是高特的芯片之路，現(xiàn)在完成的是采集和主動(dòng)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(yīng)用方案，最后要把芯片放到電芯內(nèi)，這時(shí)候BMS將不復(fù)存在，我們都已經(jīng)內(nèi)置了，這是高特的終極目標(biāo)，目前在做的分為兩步走，到2025年達(dá)成這個(gè)目標(biāo)。

目前高特已經(jīng)有80多項(xiàng)專(zhuān)利了，9項(xiàng)海外專(zhuān)利，76項(xiàng)國(guó)內(nèi)專(zhuān)利，相當(dāng)部分是發(fā)明專(zhuān)利。目前產(chǎn)品達(dá)到的可靠性指標(biāo)1000PPM以?xún)?nèi)，力爭(zhēng)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(chǔ)能BMS從2010年開(kāi)始，是儲(chǔ)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(chǔ)能項(xiàng)目。 高瞻遠(yuǎn)矚、特立遠(yuǎn)行。高特愿和各位一起發(fā)展成長(zhǎng)！

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