高特电子徐剑虹：储能BMS的重要性及发展趋势探讨

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：

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！

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