中國儲能網(wǎng)訊：2021年由湖南省工業(yè)和信息化廳、湖南省商務廳、長沙市人民政府、中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會聯(lián)合主辦，100余家機構共同支持的湖南（長沙）電池博覽會暨首屆中國國際新型儲能技術及工程應用大會在長沙圣爵菲斯大酒店召開。此次大會主題是“新儲能、新動力、新發(fā)展”。
會后，為了能讓參會代表有更深入的行業(yè)交流，小編經(jīng)過演講專家本人同意和審核，將演講專家的速記整理如下：
謝建江：尊敬的各位專家，各位領導，同行，大家下午好！就像郭所一開始講到的，堅持到第三天的下午，大家都是對儲能的真愛，希望我的一點點BMS領域的分享能讓大家有所收獲。
我是來自杭州高特電子的謝建江，分享的題目是BMS在儲能系統(tǒng)中重要性探討，也是對儲能系統(tǒng)BMS未來發(fā)展的探討。
今天的內容主要包括三個方面，一個是儲能的現(xiàn)狀，二個是BMS重要性的分析，第三個部分是我們公司簡單的介紹。
儲能已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略，而電化學儲能是實現(xiàn)國家戰(zhàn)略的重要技術支撐。
面對現(xiàn)在非?；馃岬碾娀瘜W儲能，大家可能也或多或少看到一些問題，我這里做了一個簡單總結，圍繞著四個方面。
第一，安全，現(xiàn)在大家都知道本體安全比前幾年有很大的提高和進步，但大家懸著的心始終無法放下，因為到目前為止無法避免電池本體發(fā)生熱失控和其他安全風險的問題。二個是現(xiàn)在BMS有很多的檢測，表面的溫度、電壓等，但是相對來講檢測的手段比較單一，而且是外在的檢測，無法提前預知內在的情況，無法科學的預知潛在的風險。
第二，成本，也是投資儲能和建設儲能一個非常關注的方面。大家都在關注初次投資的成本，這也好算，但無法準確計算全生命周期的度電成本、全生命周期的安全成本、全生命周期的運維成本，到現(xiàn)在為止儲能系統(tǒng)缺乏數(shù)據(jù)，所以投資儲能的時候往往由于這些因素無法得到確切的評估，在很多投資項目當中缺乏一個充分的科學依據(jù)。
第三，目前儲能系統(tǒng)大家也非常關注效率和收益，我們說由于電池本體的一致性，在實際運行中無法做到預期的轉換效率和預期的循環(huán)效應，所以無法保障我們如期的儲能系統(tǒng)收益。
第四，壽命和回收，磷酸鐵鋰電池雖然說回收利用率較高，但是目前回收收益低，整個行業(yè)也普遍的認為希望磷酸鐵鋰能夠延長它的循環(huán)壽命，從而降低回收造成其他的社會資源損失，從而體現(xiàn)更高的社會效益。
面對這四個方面的儲能發(fā)展的現(xiàn)狀，我們現(xiàn)在有什么樣的解決辦法？我相信第一個大家非常認同，為了安全，我們要增加消防的設備，甚至現(xiàn)在有90%以上的初期方案可能都會增加氣體探測、滅火劑、二次水消防，三道消防措施，所以在一定程度上讓用戶有一定的放心，但是另外一方面初始成本增加明顯，增加了明顯的初始成本；同時加了這些措施后是不是系統(tǒng)高枕無憂了呢，未來是不是在全生命周期過程中沒有其他問題了？第二個由于現(xiàn)在儲能系統(tǒng)的不確定性因素，尤其安全方面的，所以現(xiàn)在很多儲能項目投了高額的保險，也增加了大量的初始成本。第三個我們現(xiàn)在都在說儲能云平臺，基于大數(shù)據(jù)來做電池的診斷分析、安全分析，開展的情況如何？等下跟大家做分享。
有了這些措施之后，是不是整個儲能系統(tǒng)確實可靠了呢？我想不一定，這也是我想圍繞BMS的重要性做一個剖析的前提。
BMS的重要性，隨著儲能的發(fā)展大家越來越認可BMS發(fā)揮的重要性，我從三個方面來進行闡述，第一改善電池的單體的一致性，提高儲能系統(tǒng)的使用效率，延長循環(huán)壽命方面做剖析。第二BMS如何在實現(xiàn)智能安全預警及診斷方面，有哪些手段，我們做了哪些工作，可能大家也聽了很多，我們再跟大家做回顧。第三從未來的發(fā)展趨勢來分析，BMS要發(fā)揮非常重要的作用，未來的BMS或者是當下的BMS應該做哪些改良？為儲能系統(tǒng)的安全、長壽面運行提供保障。
分析一致性之前，我們先普及一下為什么一致性這么敏感，為什么一致性問題不可避免。引起一致性的原因有兩個方面，一個是受到材料、制造工藝、加工過程中的工序等不一致性；第二是由于各個單體所處的運行環(huán)境，尤其是溫度的差異，造成了老化趨勢不一致，這兩個不一致疊加在一起，尤其是電池運行的后期，離散性和可充放電容量比預期要差很多。我們做了很多的項目，已經(jīng)有一些數(shù)據(jù)，從后面反應的離散性，比預期的大得多。
這個不一致性的問題大家都知道，有一些是固有存在的，有一些與系統(tǒng)設計有關。不一致性有什么樣的危害？不一致性其實木桶短板效應，多米諾骨牌效應，一旦出現(xiàn)了單體的落后，整個儲能系統(tǒng)、儲能堆出現(xiàn)離散性的擴散，進入一個快速的衰減期。我們希望木桶短板越遲出現(xiàn)越好。
不一致性一旦發(fā)生，將導致劣化加速，進入惡性循環(huán)，帶來安全性能的下降，收益下降。不一致性，是真正意義的圍繞著儲能系統(tǒng)發(fā)展的最嚴重的問題。
面對這個不一致性，我們有什么樣的解決辦法？首先想到的是提高電池的本體一致性，毫無疑問這個辦法是最好的辦法。從材料學、工藝，從整個生產(chǎn)制造的環(huán)節(jié)一致性，無法做到電池本體一致?，F(xiàn)在大家都在談的280電芯，是從眾多280電芯，可能是正負5%、3%甚至更大范圍內的電池里挑出280容量出來的。實際上這是一個科學規(guī)律，符合正態(tài)分布，無法做到真正意義上的一致。二是早期的鉛酸電池不一致性也沒有問題，可以人工維護。但現(xiàn)在儲能系統(tǒng)的PACK工藝，包括整個系統(tǒng)工藝，自動化程度非常高，哪怕投入高昂的成本也無法取得比較好的效果和受益。所以現(xiàn)在行業(yè)比較公認的是BMS通過均衡的方法，是延緩或者是治愈電池非一致性重要的手段。
BMS均衡來維護非一致性，一個是被動均衡，一個是主動均衡，被動均衡我們叫做消耗均衡方式，電池單體的兩端小功率的電阻，通過放電發(fā)熱的方式，讓這部分的能量有一定的消耗，以至于其他的電池能夠有更多的時間進行充電，被動均衡的缺點比較明顯，就是無法對容量低的電池進行補電，大部分電池高的電池進行均衡的話，相當于要把電池簇內90%以上的高容量放下來，才能彌補10%低的電池，讓它們的趨勢保持一致，這個效率是非常低的。在這樣的情況下我們就想到了主動均衡。主動均衡大家有聽說，但是主動均衡有哪幾種？哪一種效果好？可能平時也困擾著大家在選擇BMS或者是儲能系統(tǒng)選擇BMS的困惑。借此機會跟大家稍微普及一下。我認為目前主動均衡主要有四類，第一類是模組或PACK內可實現(xiàn)單體間均衡，但模組或PACK間需二次均衡；第二類是通過在BMU模塊內內置DCDC電源，對落后的電池進行補電。第三種也是現(xiàn)在行業(yè)內比較熱的，通過模組旁路或者是簇內串入DC模塊的均衡方式；第四類是高特一直在堅持，也是在技術上有較大優(yōu)勢的cell to cell的主動均衡。
我簡單的羅列一下。這個圖組左邊就是模組內的均衡，240串的系統(tǒng)，有20個模組或PACK，每個模組累的單體通過電力電子技術段實現(xiàn)單體間電壓一致，但是模組間，模組內單體的均衡導致模組間電壓的不一致，在這樣的情況下需通過模組與模組之間二次均衡才能保證所有單體的一致性，在這樣的情況下就增加了二次均衡的成本，也增加了工藝的復雜性。
右邊的cell to cell均衡方式等下介紹。
這里不引用其他廠家的圖，我通過口述的方式給大家做描述。
如果用組串式的PCS方式，避免多簇并聯(lián)，可以有效避免簇與簇間的非一致性的出現(xiàn)，有一定的作用，但不同的簇內仍將發(fā)生單體不一致性的問題，出現(xiàn)容量不一致性的問題，比如說現(xiàn)在行業(yè)內說的一模組一均衡，一簇一管理，如果把容量低，放電末期某個模組先達到保護下限的模組，通過DC電源進行旁路，繼續(xù)讓剩下的模組進行放電。在一定程度上延長了這個簇的可用時間。但是大家也應該可以理這個模組內的這個單體并沒有因為旁路而改變這個模組內單體之間的一致性。旁路的模組啟動之后，接下來的每次充放電這個模組都會發(fā)生被旁路的機會。所以實際上雖然延長了一定的充放電的時間，但是沒有從本質來改變落后單體的現(xiàn)狀。這么說大家能不能理解？
第二也很容易理解，在不同的簇并聯(lián)模式的，一般在放電末期出現(xiàn)一個出到達保護下限，整個堆就要進入結束狀態(tài)，實際在那個落后簇的簇端串入一個DC電源，簇端電壓疊加個3伏、5伏，幾個簇電壓保持一致，整個堆繼續(xù)進行充放電，同樣的道理，可能這個充放電的時間是得到了一定的延長，但是這個簇內的單體跟其他單之間的差異并沒有被縮小也沒有被改變。這些主動均衡可能起到了一定的延長充放電的時間，但是沒有改變離散性的趨勢。
在這樣的情況下我們高特十年前一直在倡導c2c的雙向主動均衡！我們的主動均衡在簇內任意兩個單體之間實現(xiàn)能量轉移，因為我們誰也沒法預計哪一個單體出現(xiàn)容量落后。所以我們通過C2C均衡總線，當末一個單體落后的時候可以找到簇內對應的容量比較高的或者是電壓比較高的單體，通過雙向主動均衡的技術實現(xiàn)雙向的能量轉移，把高的能量轉到低容量的單體里，可以在不同的單體之間實現(xiàn)隨意的轉移。所以這樣的話就很好的解決了簇內不同模組間或者是不同PACK內的不同單體間的雙向能量轉移。這樣的話真正意義上實現(xiàn)了單體電池的一致性的維護。通過對落后電池的均衡可以有效的縮小單體電池之間電壓和性能的差異，從而從充放電效益上真正提升充放電和循環(huán)時間。
這也是我們實際的根據(jù)項目的數(shù)據(jù)再加上后面的推演，我這里跟大家簡單的解釋一下，就這邊的一條綠色的曲線，是我們實際的項目的運行曲線，實際運行8到9年，容量達到80%左右，進入退役期，黃色的曲線是心目中理想的曲線，這個電池正常的衰減可以達到12年以上的壽命。但是綠色的跟黃色之間的距離差距非常大，這也是實際項目當中真實的問題。通過我們這條藍色的主動均衡的曲線，在第二年，比如說第一第二年由于本體的一致性和使用環(huán)境造成了一致性的還不足以反應單體之間的差異，所以這兩年左右的時間電池的不一致性表現(xiàn)的不敏感，兩年之后我們也有大量的數(shù)據(jù)證明非常明顯的出現(xiàn)電池的離散性，所以它的衰減會比較快，這個時候我們啟動主動均衡，主動均衡始終讓單體保持在一個比較理想的衰減趨勢，可以比較明顯看到主動均衡后電池衰減減緩帶來的充放電時間和循環(huán)壽命的延長，我們這個項目的數(shù)據(jù)至少可延長25%以上。
現(xiàn)在我跟大家分享一下實際項目當中用的檢測電池的早期安全隱患的方法。
第一，基于非線性SOS診斷模型，結合了電壓、單體溫度離散性，包括我們也檢測了直流阻抗，在實際運行過程當中采集了一個阻抗的變化率，溫度的變化率，包括每個單體的漏電流等參數(shù)，建立了評價模型，從而建立一個完整的從檢測到識別到預警到隔離的完整安全防護體系。目前這個體系在實際的BMS系統(tǒng)中應用，對SOS儲能系統(tǒng)的安全等級進行分級。比如說分成0到9級，0是風險最低，10是風險最高。我們會根據(jù)風險發(fā)出相應的預警，我們通過實際的項目也得到了一些驗證，在大部分的內短路也好，內部的漏電流也好，提前幾天，提前個把月的時間能夠發(fā)現(xiàn)風險。
內阻，跟電池的安全性能沒有線性關系，電池安全性能的關系，更多停留在理論的研究的層面，我們也通過實際的項目應用通過捕捉實時的電流電壓數(shù)值，通過不同的荷電狀態(tài)，衰減率、溫度場來反應阻抗變化，圖上大家看到的阻抗是實際的真實的內阻值。實際上我們看到的這幾個阻抗特別大的單體在實際的充放電過程中離散性比平均離散性大得多，可放容量低得多。所以基本上平時的溫升和一般的溫升快得多，這個是比較有效的，也得到了驗證。
大數(shù)據(jù)跟BMS怎么結合，如果BMS實施秒級的數(shù)據(jù)往云平臺送，云平臺接口的吞吐量是巨大的壓力，如果秒級上傳100MWh儲能系統(tǒng)一年就是200T，云端有沒有這么大的空間來存儲，處理之后云端有關沒有必要保存，這是很現(xiàn)實的問題。從BMS儲能系統(tǒng)的實施安全診斷的需要出發(fā)，未來的BMS肯定云邊協(xié)同的架構。
在設備端有一定的秒級數(shù)據(jù)采集分析、診斷能力，送到云端，云端更多的橫向數(shù)據(jù)進行深度的確認和加工，再下設保護邏輯和優(yōu)化算法，這樣的BMS架構是未來能夠發(fā)揮重要作用的方向。
所以我們說BMS在以下三個方面，第一通過主動均衡可以有效的解決單體的離散性，延長電池的充放電的時間，延長收益，第二通過實際有效的SOS的安全預警和診斷的方法來提前發(fā)現(xiàn)一些安全風險。第三未來通過云邊協(xié)同的架構來真正意義上建立基于大數(shù)據(jù)的邊緣計算的功能，對儲能電池系統(tǒng)的安全預警，實現(xiàn)真正的全生命周期的安全可控。
下面我簡單介紹一下我們高特電子，高特點子專注于儲能BMS，從業(yè)超過20年，我們已經(jīng)具備了從核心芯片到產(chǎn)品，到BMS的數(shù)據(jù)服務的完整產(chǎn)業(yè)鏈，也努力打造基于BMS2.0的技術生態(tài)，就是說我們要從BMS的芯片到BMS后端的算法+服務的完整技術生態(tài)，成為BMS行業(yè)的頭部企業(yè)。
截止到2021年11月，本年的業(yè)績是1.3GWH。
我們參與標準的修訂，這是我們的一些專利。
大家可能非常關心的是BMS對儲能系統(tǒng)有這么重要的，有什么樣架構的BMS才能實現(xiàn)以上三方面的功能，我跟大家分享下我們新一代BMS產(chǎn)品。
這個1500VBMS的架構，主機是雙CPU設計，因為BMS很重要，如果一個CPU掛了還有一個CPU運行，在安全方面有很大的冗余，也預留了算力，還有256G的固態(tài)硬盤，如果云端的實時數(shù)據(jù)無法存儲的情況下，BMS是云端的分布式服務器，秒級的實時數(shù)據(jù)支持云端的分析。當然這也是對云端數(shù)據(jù)的備份?，F(xiàn)在的基本架構，主控到堆控貨主機，數(shù)據(jù)上送效率低，我們結合新一代BMS需求，在主控上完成了網(wǎng)絡接口的開發(fā)，從主控到上面的主機，通過網(wǎng)絡的形式，讓數(shù)據(jù)效率更高，讓所有的報警實現(xiàn)毫秒響應，為電池防控預留了足夠的時間。我們也做到了主動均衡和被動均衡的端口全兼容，為用戶考慮了初始投資可以用被動均衡，兩年之后發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)確實可能離散性不及預期，怎么辦？只要換一個模塊，不需要更換線束，因為主動均衡和被動模塊做到了兼容，從用戶的角度來講預留了方便更換的機會。
我們希望通過技術的提升，重新定義現(xiàn)在的儲能BMS，BMS已經(jīng)從原來的基本要求實現(xiàn)電壓的檢測，實現(xiàn)基本的控制保護，發(fā)展成為未來安全診斷、為儲能系統(tǒng)的安全保駕護航的2.0的要求。
我的分享就是這些，謝謝大家！
