中國儲能網訊：11月24-26日，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)協會儲能應用分會聯合主辦，100余家機構共同支持的湖南（長沙）電池博覽會暨第二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“新能源、新機遇、新高度”。
會議期間，組委會邀請了杭州高特電子設備股份有限公司市場經理邸金生分享主題報告《儲能BMS的重要性及發(fā)展趨勢分析》。以下是發(fā)言主要內容：
邸金生：各位專家、各位同仁，大家上午好！很榮幸今天和大家相聚在湖南長沙2022電池產業(yè)博覽會，受疫情影響，可能很多演講嘉賓包括觀眾不能及時到會場，我們很幸運在這樣的時間遇到了如此情況的疫情，但又很幸運我們能把大家聚集在一起，為了儲能產業(yè)的發(fā)展集思廣益。高特是BMS行業(yè)的老兵，也是排頭兵，跟很多行業(yè)內的人都是熟悉的老朋友。隨著儲能高速發(fā)展，BMS在前沿技術的加持下也在不斷創(chuàng)新發(fā)展。我今天匯報的主題是：儲能BMS的重要性及發(fā)展趨勢的分析。
我今天的匯報分為四個部分，一是儲能現狀，二是BMS重要性，三是BMS+數據服務體系，四是高特電子介紹。
首先分析一下儲能，眾所周知儲能的終極目標是高收益、低成本、高安全、長壽命，環(huán)境友好、智慧化、智能化、數字化、免維護等等，這些都是儲能發(fā)展到今天理想的預期目標。事實能否實現？目前儲能從安全、效率、成本、收益等多方面都面臨著諸多的阻礙。從安全角度，雖然電池本體技術和系統集成方案有了大幅度提升，但是仍然無法避免電池單體潛在的熱失控安全風險。為了提高效率，系統集成商提出了組串式的PCS管理模式和高壓直掛模式。雖然在一定程度上可以避免簇與簇之間不一致導致容量下降，但是無法改變簇內單體的一致性，所以本質上還是要解決單體一致性的問題。儲能目前仍然面臨著循環(huán)壽命下的度電成本和運維成本等無法預測的收益風險，BMS的數據對投資收益、運維支撐的作用是非常巨大的，現在很多的儲能電站為建而建，并沒有從數據的重要性去深度理解。未來儲能電站運維的難度包括支撐技術都來自于BMS的數據，如何延長儲能系統或者儲能循環(huán)壽命，提高資源利用率，更好的體現社會效益，也是值得我們深思的課題。
為什么儲能BMS比較關鍵？首先，影響儲能的因素有很多，無論從電池本體，電池PACK的工藝，系統集成方案，電池運行環(huán)境到運營管理等因素都會對儲能的全生命周期產生影響，雖然電池的制造工藝和系統集成水平有所提升，系統質量和可靠性也大幅提高，但單體的離散性和熱失控風險仍是實現儲能系統長壽命和高收益的重要影響因素。另外，熱失控問題是多因素耦合的綜合性問題，單一維度的檢測和診斷不能及時預防和控制風險?；谝陨弦蛩?，如何獲得更長壽命和更高收益，BMS的管理和維護能力起到了決定性的作用。
眾所周知，3S系統是儲能系統的重要組成部分，EMS負責決策，PCS負責執(zhí)行，BMS作為極為重要的感知部件，也是儲能系統的核心和基礎，從多維度踐行數據實時同步采集、保護、可靠的動作，也是EMS決策和PCS執(zhí)行的重要依據。實時檢測、電池單體溫度、電池簇的電壓電流、狀態(tài)診斷、控制保護、數據管理等等是儲能BMS常規(guī)的功能，這些基礎功能已經不能滿足未來儲能系統高效運行的需要。現在大家最關心的是儲能安全，近幾個月國內外陸續(xù)又發(fā)生了多起由于電池熱失控引起的火災事件，足以引起大家的重視。目前通過在外圍表面檢測電池單體的溫度是嚴重滯后的，有可能電芯內部的熱失控已經非常厲害，但因為表面檢測有一定滯后性，所以無法及時的反映內部熱失控，當表面的溫度檢測出來的時候，電池已經屬于不可逆的熱失控狀態(tài)，所以在這種情況下，BMS當仁不讓的承擔起安全狀態(tài)實時評估的功能。目前高特研發(fā)的BMS已經具備了非常強的算力，軟件上采用了人工智能、邊緣計算的算法，具備實現電池安全狀態(tài)的一個本地化實時性，快速診斷的能力。隨著儲能產業(yè)的快速發(fā)展，云邊協同已經是未來的重要方案，我們?yōu)榭蛻籼峁└呒壍陌踩A警分析，性能診斷，智慧運維及運維策略的智能定制化BMS+的數據服務體系也成為儲能發(fā)展的一個重要方向和技術支撐。
什么是BMS+數據服務體系？主要分為五個部分，從BMS的數據感知、BMS本地數據挖掘和診斷，站端運維平臺的搭建，通過端邊協同，進一步提高診斷能力，以及在站端提供一些運維策略，到最后提供線下服務，構成一個全生命周期的完整數據服務體系來保證儲能系統高效運行。在整個閉環(huán)里，BMS是基礎，它是數據感知部分獲取數據，具備高速通訊跟控制響應的能力。在本地獲取數據以后，經過本地的邊緣計算和數據清洗，把清洗過的數據送到站端，站端再對邊緣降維的數據做橫向診斷分析優(yōu)化，提供數據服務和智慧運維策略，提高系統運營水平及運行效率。
基于目前儲能行業(yè)的發(fā)展，大型儲能一般為三級架構的BMS，最下面一層叫BMU，對應每一個PACK放一個BMU模塊，中間層叫電池簇管理單元，一個簇一個模塊，第三層叫電池管理主機。高特三層架構的亮點，首先最下面的BMU支持12-64串PACK全覆蓋，各種各樣的PACK都有對應的BMU適配，也可以對9000V-1500V的系統進行兼容，同時支持主動均衡和被動均衡的兼容。目前我們有很多的儲能電站在前期的初始投資成本控制得非常嚴格，所以有可能在前期選擇了被動均衡，但隨著儲能電站兩年以后運行下來，電池的一致性和衰減性出現了問題，它可以直接通過主動均衡和被動均衡模塊之間的切換來實現主動均衡，也不需要增加任何線數。
中間電池簇管理單元亮點，考慮到目前1500V系統的發(fā)展，目前單簇都超過了400個單體電芯，10個電池簇控制管理單元通過將數據上送到第三級管理主機可能需要十秒甚至更長的時間，這樣為儲能的高速通訊甚至安全預警、應用到調頻場景是無法滿足需求的，所以高特也是行業(yè)內第一家采用網口通訊，因為網口和第三級通訊不管是十個電池簇管理單元還是更多的簇都可以實現百毫秒級的數據刷新。
第三級管理主機是全新設計的硬件裝置，支持2G主屏、4G內存、4核、500G固態(tài)硬盤，可以實現全生命周期秒級的數據全保存，同時系統是采用H5的架構，支持所有三級架構一鍵遠程升級，同時這個主機也配備了豐富的接口。理論上來講，一個集裝箱控制單元里面所有的信息包括PCS的控制，一個控制管理單元都可以實現數據的接入，最重要的是實現邊緣計算的能力，具備實時的電池安全狀態(tài)和接入設備狀態(tài)的診斷，另外還有非常重要的功能，設備采用了微服務的架構，便于客戶做二次開發(fā)。
考慮到目前工商業(yè)小型儲能系統和分布式儲能系統的發(fā)展，高特在BMS管理主機的基礎上開發(fā)了一體化集控單元，設備具備和聚合接入的能力，同時集BMS、輕易EMS以及控制保護于一體，另外支持用戶側的單機以及群控PCS多個調頻場景。在集中式儲能系統、儲能柜或者是分布式儲能系統的應用場景中，一體化集控單元可以替代原來通訊管理機、能量交易、EMU、故障濾波、EMC的主機，所有集控單元可以實現all in one的功能，像用戶側的項目，集控單元還具備了物聯網和4G通訊的接口，對用戶來講，大大地降低了用戶去做系統集成開發(fā)的難度，系統完全簡化。
這是一體化集控單元的產品功能，它支持邊緣計算、云邊協同、系統性能狀態(tài)的實時診斷和評估，支持計量收益管理、經濟性分析等等。同時集控單元還具備強大的運算能力以及主動安全、集成控制、智慧運維、高兼容性等等優(yōu)勢，有效地解決了儲能系統配置繁瑣、功能復雜、維護難的問題。同時還支持削峰填谷、虛量控制、離網備電和需求響應等多種策略。這是集控單元的顯示界面，包括電池簇、電梯單體的數據顯示，接入的設備數據管理、能量管理、策略及參數的設置。第二排也是一體化集控單元最核心的優(yōu)勢，包括電池健康狀態(tài)診斷、系統安全狀態(tài)診斷、設備狀態(tài)診斷。電池健康狀態(tài)診斷通過多維實時的歷史數據分析，實現對單體和電池系統健康狀態(tài)、性能趨勢的預測分析，并推送智能優(yōu)化策略。另外，通過溫度和內阻等參數，有一些綜合的模型，對電池的安全趨勢進行實時的預測，來反映單體電池和儲能系統的安全狀態(tài)。智慧運維策略的功能基于邊緣計算的能力和電壓內阻等參數，推送必要的運維策略，最終基于實時評估，電池系統的運行效率和運行策略，實現儲能系統運行經濟性和全生命周期的收益預期分析，推送運行優(yōu)化策略，提高經濟性的收益能力。
今年，儲能產業(yè)高速發(fā)展，目前在建、投運、規(guī)劃的儲能項目已經超過了30GWH，隨著儲能電站的逐步投入使用，運維將是一項重要的工作。針對目前和未來大量的儲能電站投運以后面臨的運維效率低、成本高、風險大的問題，高特開發(fā)了基于微服務結構的全新智慧運維平臺。系統具備實時的檢測，秒級的響應，對電池數據實現秒級數據刷新和及時的監(jiān)控。這里展示的就是電池堆的充放電、待機等狀態(tài)，還有告警事件、電池單體的數據信息等等。同時，平臺具備數據聚合集中展示的功能，重要的數據集中展示在大屏上，便于操作和管理，也可以大幅地減少運維工作量。還具備一鍵巡檢的功能，智慧運維支持運行效率，電池健康安全，PCS設備通訊等一鍵巡檢，進行實時的分析和診斷。智慧推送線上的運維策略及線下的解決工單，有效地提升運維效率。系統是基于外部的集中管理模式，開放性非常強，軟件開發(fā)維護及擴展非常簡單，也支持手機端遠程的隨機查詢及操作。
從效益分析來講，智慧運維具有傳統運維無法比擬的優(yōu)勢，按照現在百兆瓦時的儲能電站人員和設備運維，通過智慧運維可以從運維成本和人員數量上均下降超過70%，有效地提升運維效率，目前已經有多個儲能示范項目配備了高特的智慧運維平臺。這是高特在行業(yè)內比較領先的單體對單體的雙向主動均衡技術，這也是二十多年來高特對電池管理的深刻理解和精髓，解決電池的一致性要從根本上解決所有單體電池之間的一次性差異。雙向主動均衡的原理是當簇內有落后的電芯，可以快速找到簇內容量比較足的電芯，通過DCDC把能量釋放到總線上，落后的電池通過總線吸收能量，補充到落后的電芯，整簇的電壓一致性得到了明顯的改善。也就相當于好的電芯抽取一部分的能量補到落后的電池中去，可以延長整簇的放電時間，尤其是儲能系統運行的早期，由于充電倍率、初始容量不一致引起的問題，通過主動均衡都可以快速有效地改善電池的一致性，從而讓電池的運行在比較好的環(huán)境中。
未來儲能的盈利模式，主動均衡技術一定是一個必選項，尤其是明年會有更大容量的電芯出現。一個電芯的落后對整個儲能系統的影響是非常敏感的，如何做好主動均衡？三個條件缺一不可，一是要有先進的拓撲，二是要有智能的策略，目前我們的策略是基于電芯的SOC、SOE，電壓等多重差異的均衡，拓撲也是行業(yè)內最先進的雙向DCDC，三是要有高效的保護邏輯。
這是我們實際項目的數據，運行超過四年，這是理論的衰減曲線，這是實際衰減曲線，根據實際的運行曲線推測，最終可能運行八九年時間，容量下降到80%，中間藍色曲線是兩年以后主動均衡開始介入，主動均衡發(fā)揮作用以后，電池的實際衰減曲線通過實際數據測算，可以提升到13年左右的壽命，有效地提升了整個儲能電站30%以上的收益，可見主動均衡的作用還是非常明顯的。另外SOC、SOE的診斷也是BMS的關鍵技術，目前網上也有很多基于安時計分法，OCV修正等算法，這些都是理論算法，缺點是不能適應電池長期運行的變化，適應能力比較差，需要定期的校準。高特的做法是開發(fā)了一套全新的算法，使用了一些神經網絡的算法，包括自學習的算法，我們人為的對電池的數據進行了篡改，這個模型能快速發(fā)現問題并梳理。目前SOC的精度在平臺區(qū)可以做到5%以內，在兩端可以做到3%以內。高特的亮點是基于基本功能的基礎上，我們開發(fā)了SOX的診斷技術，基于單體電壓，電壓的離散性、溫度的溫升等等做了每一個電芯的SOX模型，對每一個電芯做了一個安全等級的指標，安全等級越低代表著越安全。以上就是高特的一些產品技術優(yōu)勢
最后，我再想大家介紹一下高特，高特電子成立于1998年，做了24年的電池檢測工作，對電池特性和失效機理有著深刻的理解，對電池狀態(tài)的學習，診斷技術和主動均衡技術也都屬于行業(yè)的領先地位，同時我們自主研發(fā)了包括采集芯片和雙向主動均衡芯片兩款國產化芯片，同時高特正在研發(fā)植入到電芯內部的傳感機技術和產品，也在開展儲能系統的挖掘和服務體系的研究和應用。
2021年，高特在第三方BMS的出貨量是第一名，截止到今年10月底，本年度業(yè)績已經超過8.5GWH，到年底，預計會超過10GWH。高特作為儲能BMS的先行者，將繼續(xù)為儲能的高質量發(fā)展貢獻自己的力量。我們的發(fā)展策略是專注于儲能領域，從核心芯片、BMS產品到BMS+數據服務的完整產業(yè)鏈深耕，打造基于BMS+的技術生態(tài)，努力成為儲能電池安全和價值提升的數據服務供應商。
我今天的匯報到此結束，謝謝大家！
