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閱讀：240發布時間：2024-5-27
——感謝高特邸金生&徐劍虹對“儲能BMS價值與發展趨勢 "的分享。特普生把部分適合的內容分享給大家。如涉及內容侵權，請與我們聯系。
現實下的儲能
單體本體一致性、制造和使用環境是系統可用容量的決定性因素，隨著高電壓、大容量單體電池的普及，離散性及一致性問題是影響儲能系統使用效率的重要因素。
（3）效益
磷酸鐵鋰回收利用率較高，但回收收益低；如何延長循環壽命，提高資源利用率，更好體現社會效益。
（4）成本
有初始成本、全生命周期度電成本，安全成本、消防成本，以及運維成本
BMS的關鍵作用
電池制造工藝和系統集成水平提升，系統質量、可靠性均增加。然而，單體離散性和熱失控風險仍影響系統長壽命和高收益。解決熱失控問題需要綜合考慮多種因素，單一維度的監測和診斷無法及時預防和控制風險。
以上決定了初始條件，如何獲得更長壽命更高效益，BMS管理和維護能力起到重要作用。
電池管理系統 BMS是新能源產業的核心
無論是電車，還是儲能電站，或基站電源，電池都是儲能部件。對電池的感知、決策和執行構成了整個儲能的控制系統，BMS作為極為重要的感知部件，是儲能系統的核心基礎，也是EMS決策、PCS執行的重要依據。
BMS基本功能已不能滿足儲能系統高效運行的需要，安全預警分析、性能診斷、自動運維及運維策略的智能定制構成的數據服務體系，將成為儲能發展的重要功能。
BMS+數據服務體系
BMS在儲能系統中的組成及關系
BMS運行環境
儲能BMS的技術要求
針對儲能系統的運行環境特點，對儲能BMS有其特殊要求:
1.電池組儲能容量通常為數MWh，變換功率為數百KW至數MW，需要多組電池串并聯組成儲能單元。此外，系統涉及多人控制單元協調，拓撲和布線復雜。使得儲能系統具有直流側電壓高 (高達1500V以上) 、功率大 (數百千瓦或數瓦) 、電池數量多、電磁環境惡劣、干擾嚴重、數據龐大、控制復雜的特點。
對BMS電路原理和布局布線設計，抗于擾EMC設計，數據處理能力，響應速度等等提出了的要求。
同時，也對整個儲能系統的布局布線、接地等設計也提出了很高的要求，不僅僅要考慮布線的安全性，也要考慮信號的相互耦合、屏蔽等。
2. 由于儲能系統深度充放電的特性，在充放電末期電池簇內的電芯容量一致性將對儲能系統可用容量產生影響，降低儲能系統的效率。為保證電池組內單體電池性能一致，BMS需有強電池均衡管理能力。所以，儲能系統一般要求采用主動均衡技術，均衡電流一般為0.5~5A，以達到對一次充放電循環電池組產生的差異進行快速、有效的補償，消除差異，確保電池系統可用容量。對280Ah電池而言，1%的差異就是2.8Ah，被動均衡難以起到作用。
3. 為保證電池使用壽命，溫度控制非常重要，必須細致設計系統的熱管理。尤其對于調頻調峰應用的儲能系統，由于高倍率的充放電電流將導致電池發熱嚴重，且不均衡，加快電池性能衰減，最終縮短電池使用壽命。熱管理設計包括電池模組的熱設計，系統散熱風道，BMS熱管理控制策略等等。液冷系統可以較好的實現電池熱管理。同樣，電池溫度異常可能是電池性能下降和熱失控的前兆。對電池溫度監測極為重要為避免電池異常溫度監測盲點，往往需要電池溫度監測到每一電芯的要求。
4. 當多組電池組并聯使用時 (或電池堆維護時) ，還必須考慮電池組的并聯控制策略防止電池組間由于電池組組端電壓差導致環流的發生，也要考慮不同電池簇間的均衡維護。
5.由于系統復雜，接入多種數據接口和大量數據，BMS控制單元需要處理復雜協議和快速響應能力，對處理器、軟件架構、代碼質量有高要求，如IEC61850接入協議、數據保存和故障追溯，一般需要3~5年數據保存能力，以滿足全生命周期需求則需15年以上保存能力。在調頻應用中，數據響應速度也很關鍵，目前集裝箱電池數據上傳需要10s的時間，無法滿足需求。
6.為了滿足儲能系統對安全性、可靠性的高要求，BMS需要具備高可靠性、系統容錯和功能安力。儲能BMS的設計壽命一般為15年，但相關標準并沒有給出可靠性指標描述。建議采用MTBF=10~5或年故障率蘭100~500ppm，同時要滿足ULS-61508的功能安全要求，確保在故障狀態下BMS的系統安全。
7. 儲能系統的安全問題是儲能產業發展的痛點和難點，電池安全狀態分析和預警是未來BMS的一項極為重要的要求。
綜上所述，儲能BMS與汽車BMS是有很大區別。
一般而言，車的應用場景對BMS提出寬溫度范圍、溫度瞬變、振動、防水等環境要求嚴格而規范協議、策略，安全性要求 (ISO26262) ，的可靠性要求(至100ppm)，規范性要求 (IATF16949，AUTOSAR,UDS) 等等，而能量系統相對較小,系統復雜度較低。
儲能BMS與汽車BMS的差異在于儲能系統更為復雜、龐大，需要特殊設計開發，并針對電池陣列設計三級架構予以管理。此外，儲能系統的環境要求也更為嚴格，需要具備高安全性、可靠性和規范性要求。
1、要求BMS采集電路具有良好的EMC抗干擾和電壓隔離能力。一般采用專用集成電路，包括電平切換、AD轉換、數據處理、被動均衡、掉線監測等，具備高的抗干擾性和故障診斷功能。不推薦使用光耦繼電器和外置AD，其無法實現故障診斷和被動均衡功能，精度不易保證，且抗干擾性較弱。
2、建議將溫度監測點和電壓監測點的比例設為1:1，并推薦使用+2的監測模組接插件溫度。同時，要求將溫度監測點安裝在電池極柱上，以減少監測延遲并提高準確性。對于容易發生發熱的關鍵點（如動力母線連接點、繼電器、斷路器等），建議添加溫度監測。
3、SOS將直接影響電池系統安全，BMS應該具有電池安全狀態的評估能力。由于溫度監測目前沒有監測到，或只測到匯流排的溫度，根本無法知道電池內部的真實溫度。所以，在電池內部發生熱失控時，急劇上升的溫度沒有被及時發現，而導致電池安全運行的巨大隱患。
同樣，當電池溫度過高，內部壓力過大時，也將發生安全閥開啟，但目前沒有安全閥監測也就未能及時采取保護措施，如切斷電路、停止運行、啟動局部降溫及消防等。因此，以上二點將成為未來BMS安全設計的突破點。
儲能BMS發展趨勢二——主動均衡
在儲能系統中，隨著單體電池容量越來越大，電池差異的值也將隨之變大，如280Ah的電芯，1%的差異就是2.8Ah，一般被動均衡電流小于200mA，根本已無法滿足電池系統均衡及壽命的要求，更何況被動均衡消耗了寶貴的能量。
因此，主動均衡技術已經成為必然的趨勢。
按照單體電池年平均衰減率為1.5%，離散系數為1.5,標稱容量衰減到80%電池壽命終止，測算電池簇運行壽命單體電池到15年后容量低于80%，無均衡電池簇到第9年低于80%，而加上主動均衡后電池簇大約從第2年末主動均衡開始啟動，在均衡有效區間內，電池簇容量始終可保持和單體電池容量5%的差距以內，直到第14年電池簇容量低于80%。與無均衡相比電池簇壽命延長4年 (對應圖中C區間)，提升量為30%。
在實際運行中，由于不同電池系統中使用的電池材料規格、廠家的差異、電池本身衰減特性的差異、PACK組成技術的差異、以及運行工況、控制策略的差異等，主動均衡對電池壽命的延長也會有不同的結果。即使按50%的保守折算估計。
測試數據和計算表明主動均衡可以延長電池使用壽命20%，具有很高的經濟效益。
儲能BMS發展趨勢三——芯片國產化
BMS芯片
電池管理系統的核心之一是BMS芯片，而BMS芯片卻一直高度依賴國外。國內的BMS生產廠家只能采購國外的芯片，不僅成本高，而且沒有任何核心技術，更沒有話語權，使得國內BMS廠家被迫淪為國外芯片廠家的代工廠。
高特早在2016年即開始了BMS集成電路芯片的方案設計和布局。目前已經和合作伙伴完成前端采集電路AFE，2018年下半年至今已有120萬片應用在高特BMS產品2018年始，高特基于自主知識產權的雙向主動均衡技術，和合作伙伴啟動了主動均衡芯片的研發，于2019年9月完成MPW樣品，2020年04投入小批量生產2021年起批量用于高特主動均衡的BMS產品，目前累已經使用超過20萬片。
至此，高特已經成為行業中擁有采集AFE和主動均衡二款芯片的BMS供應商，使高特擺脫了BMS關鍵器件對國外的依賴，解決了“卡脖子"的問題，同時也在同行中具有了技術和價格競爭優勢
目前，高特正在進行電池傳感器芯片的研發。
儲能BMS發展趨勢四——電池傳感技術
儲能BMS發展趨勢五
——系統集成化、高可靠性、功能安全
隨著儲能系統的成熟和成本壓力，BMS和PCS、EMS等各子系統的集成整合將成為發展趨勢，在系統架構層面將變得越來越簡單。各子系統信息整合也將是必然的趨勢，關聯判斷、故障診斷、聯動保護等成為標配;
不論是整個儲能系統還是BMS，系統可靠性要求將越來越高，將使整體壽命達到15~25年。因此，BMS的可靠性設計是未來BMS所面臨的挑戰，必須在系統設計元器件選擇、結構工藝等各個方面予以考慮。單純追求低成本的粗制濫造將難以生存;
儲能BMS功能安全設計是未來BMS的基本要求，必須確保BMS在任何故障的情況下，保證系統安全。
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