可信赖的电量隔离测量方案供应商安全/隔离/更可靠的电流电压传感器
24小时定制电话:010-89494921
传感器定制

当前位置: 首页 » 柏艾斯新闻中心 » 新闻资讯 » 行业新闻 » 高特电子徐剑虹:储能BMS的重要性及发展趋势探讨

高特电子徐剑虹:储能BMS的重要性及发展趋势探讨

返回列表来源:柏艾斯 发布日期:2020-11-20 09:35:16浏览:-查看手机网址
扫一扫!高特电子徐剑虹:储能BMS的重要性及发展趋势探讨扫一扫!

中国储能网讯:11月10-11日,由湖南省能源局指导,中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的“第三届全国电源侧储能技术及应用高层研讨会”在长沙华天酒店召开。来自电网公司、设计院、系统集成商等领域的400余人参加了本次研讨会。 


会议期间,杭州高特电子设备股份有限公司总经理徐剑虹分享了主题报告《储能BMS的重要性及发展趋势探讨》。中国储能网对其演讲内容进行了梳理,并在此分享给大家,供大家学习、交流。演讲内容如下:



1



徐剑虹:感谢大家,这么晚还坚守在这里。我尽量压缩我的演讲时间!


这是储能的系统框图,在电化学储能系统中一般有若干的电池簇,有电池管理系统,有PCS,有EMS。





在我对储能理解中,在储能控制系统中,储能单元就是电池,决策、管理是EMS,是储能能量的管理系统,PCS是执行机构,执行充电或放电,充多少功率,或者是放多少功率。BMS是感知的角色,也就是感知电池的状态,管理电池。 


这是常规电池管理系统BMS的描述,采用一定的电路和程序测量电压、电流、温度等,并计算电池的状态


 总之,电池管理系统BMS是储能系统的核心部件,有三个功能: 


第一是感知,首先感知电池的状态。如果连电池的状态都不知道如何管理电池?这个状态包含了几个:电压、电流、温度,这个不用说,这是最基本的量。最主要是要计算电池的状态SOX,包括SOC、SOE、SOP、SOH、SOS。前面几个大家都清楚,那么SOS是什么?SOS就是电池的安全状态,这是我加上去的。


 第二是管理,电池怎么管理?无非是两个功能,均衡管理,有被动均衡、主动均衡,热管理,更多是在系统设计中实现。 


第三是保护,当电池系统出现异常情况的时候采取保护,比如跳闸或者是停充、停放。 


相比于电动车,储能系统有很多特殊性,所以储能BMS和车的BMS有很大不同


 储能系统电池数量很大,系统很复杂,运行环境非常恶劣。在如此非常复杂的系统中,对BMS抗干扰性能提出了非常高的要求,一旦储能系统中的BMS被干扰了,比如数据跳变、误动作等等,都是由于BMS抗干扰能力不够引起的。同样,系统的复杂性也对BMS数据处理能力、响应速度等提出了很高的要求。


 早上也有很多人讲到电池系统在使用过程中会衰减,这种衰减主要取决于两个因素单体电芯本身的由于循环使用导致的衰减,另外就是储能系统中,电池的离散性引起整簇电池的衰减。很显然单体电池容量的衰减无法控制,是电池固有的特性,但是离散性引起整簇电池的衰减可以控制这个电池簇一致性来改善。均衡就是用来改善电池簇的一致性的,现在很多人都在说主动均衡还是被动均衡。待会再来介绍。


 BMS的热管理,这个已经介绍了很多了,不展开了。


 储能系统有很多电池簇,就存在簇间的均衡管理和环流管理,这是储能BMS特有的。 


大量数据的接入,要求储能BMS控制单元具有复杂的协议处理能力和响应速度。如在一个集装箱中如果有20个电池簇,可能多达2000多个电池数据需要上送的时候,这时候完成整个集装箱数据的上送一般时间可能长达十几秒,这在调峰调频的应用场景是不可接受的。所以我们也在做优化改进,我们的目标是整个数据完成上送控制在500毫秒以内。


 储能系统对安全性、可靠性提出了很高的要求,对BMS也提出了很高的可靠性、系统容错和保护能力的要求,目前相关标准中缺失可靠性的要求。所以我们对自己提出了要求,满足15年运行的要求,故障率要小于1000PPM。


 电池安全状态分析和预警很重要。都在讲电池安全,我们认为分三层,一是电池本身的安全,即电池本身不会燃烧。二是预警保护,对可能发生的热失控、短路等燃烧事故进行预警,怎么去做预警?这是非常重要的。当然,消防是最后的手段。我们希望看到是在电池可能发生危险的情况下极早的发现和预警,这是BMS以后需要做的功能。


 综上所述,储能BMS和汽车BMS有很大区别,很多人是从做汽车转过来的,做汽车BMS比较早,最早的时候2004年就有做,储能是2008年开始逐步有做。很多人说BMS对储能有什么区别?车的应用场景和储能应用场景是不一样的,所以要求不一样,比如说IS026262,可靠性的要求,AUTOSAR,UDS等规范性要求等等。而储能的系统更复杂、更庞大,寿命要求更高,响应速度要求更快,所以这还是不一样的。


 目前储能BMS存在很多的问题: 


主要体现在技术成熟度比较低,相关的标准缺乏,比如PCS协议和EMS通讯协议,控制策略等没有统一的标准,所以现场调试的问题很多,增加了大量的现场施工成本。比如电池箱尺寸,车有一个VDA标准,储能到目前为止所有不同的厂家尺寸都是不一样,规格都是不一样,大大降低了储能的标准化,规模化,对成本的下降也带来了阻碍,所以成熟度是很大的问题。


 成本还是很高,需要通过标准化、规模化降低成本。如何把BMS成本进一步降下去,来降低整个储能系统的成本。尽管BMS在储能系统中的成本占比很少,目前是6%,主动性可能到10%左右。这个成本我们认为还是可以进一步下降的。


 主动均衡的可靠性和成本需要进一步改进。


 安全算法尤其是预警的算法目前几乎是空白。


 整个故障率比较高,这是目前BMS存在的问题。 


大家看到BMS很重要,但是BMS急需改进。


 下面介绍下高特在储能BMS技术做的工作。


 1、储能均衡技术,现在用的BMS大部分还是被动均衡技术,充电过程中把电压高的电池放电。但是在一簇电池中,如果某一个电池特别低的时候,被动均衡就无能为力了。所以被动均衡对于落后电池的处理是没有办法的,只有采用主动均衡。


这是高特主动均衡的方案,在一簇电池当中比如说200节电池,挑出最高10个,最低10个,最高的10个放电,最低10充电,实现任何电池之间的能量转移。


这是原理图,高的电池放到电源端,如果有低的电池就给低的电池充,两个电路一合并,就看到完成了从高电池到低电池的能量转移。


 这是效果,经过主动均衡之后看到一致性变好了,实际放电时间大幅度延长了,这是容量已经衰减的电池簇,经过主动均衡充放电8次循环之后可放电时间延长了25%。我们做了大量数据分析,我们认为主动均衡可以有效的延长电池寿命,可以延长20%以上。华为在这方面做了很多工作,我们8月份在深圳做交流的时候,他们的结果和我们是一样的,测算的数据是20%的寿命延长,这是非常好的效果。


 2、高特采用了神经网络和自学习的算法,在运行过程中算法不断学习电池的特征曲线,拿学到的特征曲线来计算SOC。所以算法有修正的能力,这个就是算法所表达的误差,可以看到在人为干扰的情况下,数据偏离正常值的时候,算法模型可以发现错了,自己修正过来,具有非常好的鲁棒性。


学习的过程表现在经过几次学习之后,误差曲线越来越小,这就是收敛性。 


3、分布式架构。目前的BMS是把电池采样线拉出来接到外面的BMS模块,这就是现场照片。我们推出新的分布式架构,这就是给美国某公司做的,把BMS模块放到电池模组内,这个模组非常小,只有打火机这么大小,线全部接到PCB板上,出来就是通讯口,这是交付的产品照片,这是主动均衡的模块,具有正负2个安培的均衡电流,做的非常小。这个模组出来就2个接口,通讯口和电源口,非常的简洁,这个电池模组出货将近1万多个模块了。这是生产现场照片,规模还是很大。 


4、储能BMS的EMC设计,采用了汽车级的元器件,采用4层板PCB,保证了信号的完整性。进行了完整的FMEA分析和测试,85度2000~3000小时的耐久性测试,对应35度下16年使命寿命,故障率小于1000PPM。这是产品相关的认证。


5、BMS的核心技术就是芯片和算法。我们在2016年的时候就提出了BMS核心IC的方案设计和布局,目前已经和合伙伙伴完成了前端采集电路芯片,并完成了应用验证,2018年进入批量应用。


主动均衡芯片在2019年9月完成样机测试验证,2020年下半年量产。高特已经成为行业中唯一拥有AFE和主动均衡二款核心芯片的BMS供应商,也是全球唯一的企业。这是我们的芯片照片,这是PCBA,可以看到这是我们主动均衡的芯片,采集芯片在这个背面。 


这是高特的芯片之路,现在完成的是采集和主动均衡的芯片,在2020到2025年已经规划了两代芯片,下一步是SOC的ASIC应用方案,最后要把芯片放到电芯内,这时候BMS将不复存在,我们都已经内置了,这是高特的终极目标,目前在做的分为两步走,到2025年达成这个目标。


目前高特已经有80多项专利了,9项海外专利,76项国内专利,相当部分是发明专利。目前产品达到的可靠性指标1000PPM以内,力争今年到明年可以接近500PPM,也就是把故障率降低到足够的低。 高特做储能BMS从2010年开始,是储能BMS的鼻祖。到2019年底完成了600MWH,今年年底有望突破700MWh的BMS,位居行业第一位。我们也做了100MWh的梯次利用储能项目。 高瞻远瞩、特立远行。高特愿和各位一起发展成长!



北京柏艾斯科技是专业的电流电压传感器厂家,掌握霍尔磁通门等多种技术原理,为众多国内外用户提供OEM和ODM服务,更多产品应用请登录公司网站了解更多,www.passiontek.com.cn.

上一篇:新能源车安全:消除使用焦虑事关销量 下一篇:已经是最后一篇了

24小时定制电话:010-89494921