北極星儲(chǔ)能網(wǎng)訊:儲(chǔ)能系統(tǒng)當(dāng)電池組用到一定深度的時(shí)候，尾部放電時(shí)候電池的離散性就會(huì)表現(xiàn)出來(lái)，所以為了保證電池組深充深放容量必須要求儲(chǔ)能BMS具有很強(qiáng)的均衡管理能力，所以結(jié)論主動(dòng)均衡技術(shù)是未來(lái)儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)的趨勢(shì)。

——杭州高特電子設(shè)備股份有限公司總經(jīng)理 徐劍虹

2020年8月26-28日，由中國(guó)能源研究會(huì)、中關(guān)村管委會(huì)、中關(guān)村科學(xué)城管委會(huì)指導(dǎo)，中國(guó)能源研究會(huì)儲(chǔ)能專(zhuān)委會(huì)、中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟、中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所聯(lián)合主辦的“第九屆儲(chǔ)能?chē)?guó)際峰會(huì)暨展覽會(huì)”在北京召開(kāi)。峰會(huì)主題聚焦“聚儲(chǔ)能十年之勢(shì)，創(chuàng)產(chǎn)業(yè)十四五新機(jī)”，同期舉辦儲(chǔ)能聯(lián)盟十年紀(jì)念論壇。北極星儲(chǔ)能網(wǎng)、北極星電力APP對(duì)本次峰會(huì)進(jìn)行全程直播。

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

杭州高特電子設(shè)備股份有限公司總經(jīng)理 徐劍虹

徐劍虹：剛才前面的專(zhuān)家都講的非常宏觀，都是一些儲(chǔ)能項(xiàng)目的應(yīng)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(shuō)法有很多，以我的經(jīng)驗(yàn)，我把它總結(jié)了一下，BMS無(wú)非就是解決三個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是感知，感知電池的狀態(tài)，這就是BMS的基本功能，不管測(cè)電壓、測(cè)電阻、測(cè)溫度，最后就是一個(gè)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(gè)就是管理，有人說(shuō)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(gè)電池盡可能用好它，最基本就是均衡管理、熱管理。第三個(gè)是保護(hù)，保姆還要做一個(gè)工作，如果電池出了一些狀態(tài)，它要去進(jìn)行保護(hù)，我想電池管理系統(tǒng)不管大家怎么解釋?zhuān)瑹o(wú)外乎就這三個(gè)功能。

我們來(lái)看一下，有很多電池構(gòu)成的電池簇，又有很多簇構(gòu)成堆等等，當(dāng)很多電池在一起成組的時(shí)候，就會(huì)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(dǎo)致電池組性能不一致，一些電池?zé)o法充足或者無(wú)法放出足夠的電量。第二個(gè)環(huán)境，比如做電池模組的時(shí)候，周?chē)蝗囟瓤隙ū戎虚g要低，哪怕其他參數(shù)完全一樣，這個(gè)電池模組經(jīng)過(guò)一段時(shí)間循環(huán)使用，也會(huì)表現(xiàn)出差異性來(lái)。所以電池組非一致性或者離散性是電池運(yùn)行的一種必然表現(xiàn)，這樣有可能導(dǎo)致整組電池容量下降，進(jìn)而導(dǎo)致電池阻有效可用壽命下降，這是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。我們可以看到兩個(gè)結(jié)論，第一個(gè)結(jié)論電池組實(shí)際有效容量小于實(shí)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(lái)，如果四個(gè)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(shí)候大家在一條起跑線上，跑著跑著距離拉開(kāi)了，電池也是如此。第二個(gè)電池組容量衰減速度遠(yuǎn)大于電池單體容量的衰減速度，就是電池廠在出廠的時(shí)候，告訴大家一個(gè)電芯在100%DOD情況下能達(dá)到4000次循環(huán)，但當(dāng)成組的時(shí)候一定達(dá)不到4000次，這個(gè)大家都理解，大家可以看到我剛買(mǎi)的一組電池，新的時(shí)候是紅色的，西格瑪很窄，Q值很高，就是它的容量越來(lái)越小，離散性變得越來(lái)越大，這就是電池的正態(tài)分布所表現(xiàn)出來(lái)的時(shí)間曲線。

在儲(chǔ)能系統(tǒng)當(dāng)中有兩個(gè)重要的要求，第一個(gè)長(zhǎng)壽命，對(duì)電池組壽命提出了很高的要求，我剛才記得前面的專(zhuān)家在說(shuō)的時(shí)候是10年，我們國(guó)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(gè)要求還是非常高的，我們認(rèn)為BMS能夠干什么？盡可能的去發(fā)揮每一個(gè)電池應(yīng)有的壽命，使得整個(gè)電池總的壽命盡可能達(dá)到設(shè)計(jì)的壽命，減少電池離散對(duì)電池組壽命的影響，這是BMS應(yīng)該做的一件事情，就是我剛才講的均衡管理。第二個(gè)在儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用當(dāng)中，深循環(huán)是它的特點(diǎn)，尤其是在削峰填谷應(yīng)用場(chǎng)景，多放出一度電多一分收益，也就是說(shuō)我們會(huì)做80%DOD或90%DOD，儲(chǔ)能系統(tǒng)當(dāng)中用到這個(gè)深度的時(shí)候，尾部放電時(shí)候電池的離散性就會(huì)表現(xiàn)出來(lái)，所以為了保證電池組在深充深放條件下每個(gè)單體容量的充分釋放，必須要求儲(chǔ)能BMS具有很強(qiáng)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(dòng)均衡技術(shù)必將是未來(lái)儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)的趨勢(shì)。

高特一直在做電池管理系統(tǒng)，這個(gè)大家都知道，我們?cè)?010年的時(shí)候就開(kāi)始專(zhuān)注做儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)，做主動(dòng)均衡技術(shù)，這個(gè)是在2013年申請(qǐng)的專(zhuān)利，這個(gè)專(zhuān)利最基本的原理，就是在一串電池組當(dāng)中打個(gè)比方有兩百串電池成為一個(gè)電池組，剛才已經(jīng)講過(guò)這是個(gè)正態(tài)分布電池組，如果里面充放有20個(gè)，在排序下挑出最高電壓10個(gè)跟最低電壓10個(gè)，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(gòu)成了任何一個(gè)電芯向任何一個(gè)電芯進(jìn)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(gè)電池低了，可以從供電母線充電，如果把這兩個(gè)合并，大家看到任何一個(gè)電芯可向任何一個(gè)電芯轉(zhuǎn)移能量，這就是我們申請(qǐng)專(zhuān)利的拓?fù)湓?，非常?jiǎn)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(fù)雜度、降低系統(tǒng)成本，芯片解決方案是解決主動(dòng)均衡的最佳路徑。

主動(dòng)均衡為什么很難被大家接受呢？?jī)蓚€(gè)原因，一成本高，第二個(gè)系統(tǒng)太復(fù)雜了，故障率會(huì)變高，為了解決這個(gè)問(wèn)題，所以我們提出了芯片的解決方案。

我們主動(dòng)均衡芯片是從2018年開(kāi)始，今年3月份小批量試制完成，研發(fā)了一個(gè)芯片，這是一個(gè)芯片組，這是個(gè)原理圖，這是一個(gè)雙向的反接電路，在這邊驅(qū)動(dòng)MOS管前端有一個(gè)芯片，在這個(gè)MOS管后端有一個(gè)芯片，這兩個(gè)芯片之間通過(guò)光交換信息，后端的電源由前端提供，這就是芯片的一個(gè)工作的原理，它的特點(diǎn)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(dá)到85%，原副邊雙芯設(shè)計(jì)，原副邊都有保護(hù)，有一路獨(dú)立的DCDC電源輔助，這個(gè)是一個(gè)開(kāi)關(guān)矩陣，芯片也可以驅(qū)動(dòng)這個(gè)開(kāi)關(guān)矩陣。這是一個(gè)原邊的芯片，大家可以看到，第一個(gè)驅(qū)動(dòng)原邊的開(kāi)關(guān)管，第二個(gè)驅(qū)動(dòng)副邊的開(kāi)關(guān)管，當(dāng)然它的工作模式如果是充電模式，它是開(kāi)關(guān)管，后面是同步整流，轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)如果是放電模式，這是一個(gè)開(kāi)關(guān)管，這是一個(gè)可逆雙向的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)，這可以看到這是一個(gè)故障的信息，它是一個(gè)邏輯判斷，這是一個(gè)故障輸出信號(hào)，大家可以看到具有了硬件功能安全模塊，我們對(duì)所有故障用硬件方式進(jìn)行判斷跟保護(hù)。這是個(gè)副邊的芯片，副邊對(duì)這里有一個(gè)電流，電流輸入之后ICD信號(hào)進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)控制，輸出的電流，我們輸出的電流對(duì)電池端，不論充電還是放電都是恒流源，恒流源有一個(gè)好處非常安全，有些哪怕短路了，恒流源也不會(huì)導(dǎo)致過(guò)流的發(fā)生。這個(gè)保護(hù)是從這邊信號(hào)的判斷來(lái)進(jìn)行判斷，這是一個(gè)信號(hào)輸出，就是它可以通過(guò)這個(gè)告訴前端發(fā)生了什么，比如任何一個(gè)開(kāi)關(guān)的損壞、過(guò)壓、過(guò)流等等，都可以進(jìn)行保護(hù)。

主動(dòng)均衡主要性能指標(biāo)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(lèi)鋰電池，工作的溫度從零下40度到正85度，這個(gè)滿足的車(chē)規(guī)級(jí)的要求。這是一個(gè)測(cè)試驗(yàn)證，這是充電時(shí)候的充電曲線，這是放電的曲線，綠色的是個(gè)電流信號(hào)，這是開(kāi)關(guān)頻率，開(kāi)關(guān)頻率在零下40度到85度這個(gè)范圍內(nèi)它的變化是非常小的，基本可控，大約在正負(fù)2%的波動(dòng)。這是高低溫的曲線，從零下40度到正85度，這個(gè)誤差非常小，大約只有2%到3左右的誤差，這個(gè)是異常保護(hù)，就是這個(gè)芯片自帶硬件級(jí)別的保護(hù)功能，如果電源欠壓或者過(guò)壓了，都可以實(shí)現(xiàn)快速的保護(hù)，這是電流輸出，如果欠流跟過(guò)流，比如設(shè)定2A，如果超出了，也會(huì)迅速的切斷，這是對(duì)電池端的欠壓跟過(guò)壓保護(hù)，大家可以看到響應(yīng)速度非?？?，我們基本設(shè)定時(shí)間最快在13個(gè)微秒，這個(gè)信號(hào)只要一發(fā)生就切斷保護(hù)，當(dāng)時(shí)實(shí)際使用的時(shí)候不會(huì)采用這么快的速度，一般大概在一秒左右，所以響應(yīng)速度保護(hù)還是非?？?、非常安全的。這是EMC，就是芯片本身要通過(guò)EMC設(shè)計(jì)，我們達(dá)到世界標(biāo)準(zhǔn)，世界標(biāo)準(zhǔn)就是電壓峰值在四千伏，在5K到100K兩個(gè)頻定做測(cè)試，電源端跟IO端都做了測(cè)試，這個(gè)要求是非常高的，是需要每個(gè)芯片都要達(dá)到，包括電路設(shè)計(jì)，所有產(chǎn)品都要達(dá)到這個(gè)要求。

高特未來(lái)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(huì)大批量出貨，我們未來(lái)要做是什么？會(huì)做傳感器，真正放到電芯內(nèi)的，這就是高特的整個(gè)roadmap，高特一直在做電池管理系統(tǒng)，可以說(shuō)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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