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北極星儲能網(wǎng)訊:儲能系統(tǒng)當電池組用到一定深度的時候，尾部放電時候電池的離散性就會表現(xiàn)出來，所以為了保證電池組深充深放容量必須要求儲能BMS具有很強的均衡管理能力，所以結論主動均衡技術是未來儲能電池管理系統(tǒng)的趨勢。

                                                                                                                                                           ——杭州高特電子設備股份有限公司總經(jīng)理 徐劍虹 

2020年8月26-28日，由中國能源研究會、中關村管委會、中關村科學城管委會指導，中國能源研究會儲能專委會、中關村儲能產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟、中國科學院工程熱物理研究所聯(lián)合主辦的“第九屆儲能國際峰會暨展覽會”在北京召開。峰會主題聚焦“聚儲能十年之勢，創(chuàng)產(chǎn)業(yè)十四五新機”，同期舉辦儲能聯(lián)盟十年紀念論壇。北極星儲能網(wǎng)、北極星電力APP對本次峰會進行全程直播。

 在8月26日舉辦的“儲能創(chuàng)新論壇”上，杭州高特電子設備股份有限公司總經(jīng)理徐劍虹做了“主動均衡技術是未來儲能電池管理系統(tǒng)的趨勢”的報告分享。

                                                                                     杭州高特電子設備股份有限公司總經(jīng)理 徐劍虹 

徐劍虹：剛才前面的專家都講的非常宏觀，都是一些儲能項目的應用或者一些案例，我就講一些微觀的東西。

 高特是做BMS的，BMS到底是干什么的，什么是BMS，大家的說法有很多，以我的經(jīng)驗，我把它總結了一下，BMS無非就是解決三個問題，一個是感知，感知電池的狀態(tài)，這就是BMS的基本功能，不管測電壓、測電阻、測溫度，最后就是一個感知電池狀態(tài)，我們想知道電池狀態(tài)什么樣，現(xiàn)在也多少能量，多少容量，現(xiàn)在健康狀態(tài)怎么樣，現(xiàn)在有多少功率，現(xiàn)在安全狀態(tài)怎么樣，這就是感知。第二個就是管理，有人說BMS是電池的保姆，那這種保姆就要去管理，管理什么，就要把這個電池盡可能用好它，最基本就是均衡管理、熱管理。第三個是保護，保姆還要做一個工作，如果電池出了一些狀態(tài)，它要去進行保護，我想電池管理系統(tǒng)不管大家怎么解釋，無外乎就這三個功能。

 我們來看一下，有很多電池構成的電池簇，又有很多簇構成堆等等，當很多電池在一起成組的時候，就會存在著離散性，由于電池制造的材料工藝存在著離散性，使用環(huán)境的離散性導致電池組性能不一致，一些電池無法充足或者無法放出足夠的電量。第二個環(huán)境，比如做電池模組的時候，周圍一圈溫度肯定比中間要低，哪怕其他參數(shù)完全一樣，這個電池模組經(jīng)過一段時間循環(huán)使用，也會表現(xiàn)出差異性來。所以電池組非一致性或者離散性是電池運行的一種必然表現(xiàn)，這樣有可能導致整組電池容量下降，進而導致電池阻有效可用壽命下降，這是一個嚴重的問題。我們可以看到兩個結論，第一個結論電池組實際有效容量小于實際單體容量，比如拔河，如果有一人一百公斤他就可以使出100公斤的力來，如果四個人都是一百公斤，他的合力不等于四百公斤，電池也是一樣，有它的離散性，還有跑馬拉松，出發(fā)的時候大家在一條起跑線上，跑著跑著距離拉開了，電池也是如此。第二個電池組容量衰減速度遠大于電池單體容量的衰減速度，就是電池廠在出廠的時候，告訴大家一個電芯在100%DOD情況下能達到4000次循環(huán)，但當成組的時候一定達不到4000次，這個大家都理解，大家可以看到我剛買的一組電池，新的時候是紅色的，西格瑪很窄，Q值很高，就是它的容量越來越小，離散性變得越來越大，這就是電池的正態(tài)分布所表現(xiàn)出來的時間曲線。 

在儲能系統(tǒng)當中有兩個重要的要求，第一個長壽命，對電池組壽命提出了很高的要求，我剛才記得前面的專家在說的時候是10年，我們國內(nèi)大部分在提15年的壽命，15年的壽命大家算一下，如果一年算300次，15年是多少，所以這個要求還是非常高的，我們認為BMS能夠干什么？盡可能的去發(fā)揮每一個電池應有的壽命，使得整個電池總的壽命盡可能達到設計的壽命，減少電池離散對電池組壽命的影響，這是BMS應該做的一件事情，就是我剛才講的均衡管理。第二個在儲能系統(tǒng)應用當中，深循環(huán)是它的特點，尤其是在削峰填谷應用場景，多放出一度電多一分收益，也就是說我們會做80%DOD或90%DOD，儲能系統(tǒng)當中用到這個深度的時候，尾部放電時候電池的離散性就會表現(xiàn)出來，所以為了保證電池組在深充深放條件下每個單體容量的充分釋放，必須要求儲能BMS具有很強的均衡管理能力，抑制電池單體間一致性的出現(xiàn)，因此主動均衡技術必將是未來儲能電池管理系統(tǒng)的趨勢。

 高特一直在做電池管理系統(tǒng)，這個大家都知道，我們在2010年的時候就開始專注做儲能電池管理系統(tǒng)，做主動均衡技術，這個是在2013年申請的專利，這個專利最基本的原理，就是在一串電池組當中打個比方有兩百串電池成為一個電池組，剛才已經(jīng)講過這是個正態(tài)分布電池組，如果里面充放有20個，在排序下挑出最高電壓10個跟最低電壓10個，最高電壓可以放到BMS的供電電源母線，低的可以從母線充電，所以這就構成了任何一個電芯向任何一個電芯進行均衡的功能，大家看一下這是一串電池，如果有一節(jié)電池高，我可以把它放到供電母線，如果這個電池低了，可以從供電母線充電，如果把這兩個合并，大家看到任何一個電芯可向任何一個電芯轉(zhuǎn)移能量，這就是我們申請專利的拓撲原理，非常簡單方便。為了提高系統(tǒng)的可靠性、安全性，降低故障率，降低系統(tǒng)復雜度、降低系統(tǒng)成本，芯片解決方案是解決主動均衡的最佳路徑。 

主動均衡為什么很難被大家接受呢？兩個原因，一成本高，第二個系統(tǒng)太復雜了，故障率會變高，為了解決這個問題，所以我們提出了芯片的解決方案。

 我們主動均衡芯片是從2018年開始，今年3月份小批量試制完成，研發(fā)了一個芯片，這是一個芯片組，這是個原理圖，這是一個雙向的反接電路，在這邊驅(qū)動MOS管前端有一個芯片，在這個MOS管后端有一個芯片，這兩個芯片之間通過光交換信息，后端的電源由前端提供，這就是芯片的一個工作的原理，它的特點最高可以支持12串電池的能量交換，雙向同步皆是均衡，最高支持5A均衡電流，轉(zhuǎn)換效率可以達到85%，原副邊雙芯設計，原副邊都有保護，有一路獨立的DCDC電源輔助，這個是一個開關矩陣，芯片也可以驅(qū)動這個開關矩陣。這是一個原邊的芯片，大家可以看到，第一個驅(qū)動原邊的開關管，第二個驅(qū)動副邊的開關管，當然它的工作模式如果是充電模式，它是開關管，后面是同步整流，轉(zhuǎn)過來如果是放電模式，這是一個開關管，這是一個可逆雙向的開關驅(qū)動，這可以看到這是一個故障的信息，它是一個邏輯判斷，這是一個故障輸出信號，大家可以看到具有了硬件功能安全模塊，我們對所有故障用硬件方式進行判斷跟保護。這是個副邊的芯片，副邊對這里有一個電流，電流輸入之后ICD信號進行比較，調(diào)節(jié)控制，輸出的電流，我們輸出的電流對電池端，不論充電還是放電都是恒流源，恒流源有一個好處非常安全，有些哪怕短路了，恒流源也不會導致過流的發(fā)生。這個保護是從這邊信號的判斷來進行判斷，這是一個信號輸出，就是它可以通過這個告訴前端發(fā)生了什么，比如任何一個開關的損壞、過壓、過流等等，都可以進行保護。 

主動均衡主要性能指標工作電壓是10到32伏，支持電芯從1.2伏到4.8伏，涵蓋了目前三類鋰電池，工作的溫度從零下40度到正85度，這個滿足的車規(guī)級的要求。這是一個測試驗證，這是充電時候的充電曲線，這是放電的曲線，綠色的是個電流信號，這是開關頻率，開關頻率在零下40度到85度這個范圍內(nèi)它的變化是非常小的，基本可控，大約在正負2%的波動。這是高低溫的曲線，從零下40度到正85度，這個誤差非常小，大約只有2%到3左右的誤差，這個是異常保護，就是這個芯片自帶硬件級別的保護功能，如果電源欠壓或者過壓了，都可以實現(xiàn)快速的保護，這是電流輸出，如果欠流跟過流，比如設定2A，如果超出了，也會迅速的切斷，這是對電池端的欠壓跟過壓保護，大家可以看到響應速度非常快，我們基本設定時間最快在13個微秒，這個信號只要一發(fā)生就切斷保護，當時實際使用的時候不會采用這么快的速度，一般大概在一秒左右，所以響應速度保護還是非?？臁⒎浅０踩?。這是EMC，就是芯片本身要通過EMC設計，我們達到世界標準，世界標準就是電壓峰值在四千伏，在5K到100K兩個頻定做測試，電源端跟IO端都做了測試，這個要求是非常高的，是需要每個芯片都要達到，包括電路設計，所有產(chǎn)品都要達到這個要求。 

高特未來的roadmap是什么，大規(guī)模出貨，第二塊已經(jīng)把前端芯片做了，第三步已經(jīng)完成，今年下半年會大批量出貨，我們未來要做是什么？會做傳感器，真正放到電芯內(nèi)的，這就是高特的整個roadmap，高特一直在做電池管理系統(tǒng)，可以說走在了行業(yè)的前面，不但做了產(chǎn)品，而且延伸到了芯片。謝謝大家。

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