9月7—9日，由工业和信息化部节能与综合利用司、国家能源局能源节约和科技装备司、浙江省能源局联合指导，中国化学与物理电源行业协会联合232余家机构共同支持的第十二届中国国际储能大会在杭州洲际酒店召开。本次大会由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会、中国科学院电工研究所储能技术组和中国储能网联合承办。

大会以"共创储能新价值，共建市场新格局"为主题，聚焦新型储能安全持续发展，针对储能产业面临的机遇与挑战等重点、热点、难点问题展开充分探讨，分享可持续政策机制、资本市场、新型储能系统集成技术、供应链体系、商业模式、标准、示范项目应用案例、新产品以及解决方案的普及和深化应用。

来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的913家产业链企业，3317位嘉宾参加了本届大会，其中154家企业展示了储能产品，可谓盛装出席，涵盖系统集成、电芯、PCS、BMS、集装箱、消防、检测认证等新型储能全产业链。

大会组委会邀请杭州高特电子设备股份有限公司总经理徐剑虹做《储能 BMS 的重要性及发展趋势分析》主题报告。以下为发言主要内容：

徐剑虹：在座的各位都是老朋友了，又一次见面了。。

因为我是搞技术的，所以每次讲的时候，都讲了很多技术的东西，大家说可能有很多的干货，我想今天也是给大家讲一些干货的东西。

第一，这几年储能的发展，但是这部分大家讲的很多，我就翻过去了。

我们是做电池管理系统的，电池管理系统是什么呢？对于锂电池来说，不管是做车，还是做储能电站，还是做后备电源，都离不开电池管理系统。电池管理系统，简单来说就是车辆电池的电压、电流、温度、计算这个电池的状态，对这个电池进行管理和保护。

（PPT图示）这是我经常讲的一个图，看似很简单，但是很重要，为什么呢？在储能系统当中或者在车当中，或者在后备电源当中，其实电池就是一个储能元件，什么叫电池？就是装电的水池。这个电池是一个黑匣子，我们不知道里面发生了什么，我们在用它的时候，其实围绕着电池所有做的事情，不管是BMS也好，或者是EMS也好，或者说PCS也好，其实都是围绕着这个电池的使用而做的控制系统，控制系统无非是三个要素：感知、决策、执行，BMS就是一个感知的元件，这就是BMS的核心。

BMS担当的是三大功能：

一个是感知，感知这个电池的状态，这个电池到底怎么样了？我们描述这个电池状态用SOX描述，当年我们还提的很早，记得在2006年的时候我们就提出来，是否有很多维度去描述这个电池的状态？比如SOC、SOE、SOH、SOP、SOS，SOS是我们在2017年提出来的，大家可能对SOC、SOH比较熟一些，SOP在车里面用的比较多一点，但是在我们储能系统当中忽略了这个参数，但实际上在使用的时候，尤其在调频应用的时候，我要给电池充电跟放完接近20%—30%SOC的时候，我还要给它放电，其实就面临SOP的问题，但大家并没考虑太多。SOS是电池安全状态，这个参数也非常重要，但现在还没有很好地描述它。

第二个BMS的功能是管理，简单而言就是均衡管理和热管理。

第三个是保护，电池系统的异常保护。

BMS所有要做的工作，就是为了储能系统的三个需求，即安全、可靠、经济。

电池管理系统可能大家了解很多了，比如汽车大家了解的最多，通讯电源到储能，储能的电池管理系统有别于通讯电源，有别于车，基本上分了这三大块，储能的电池管理系统有它的特殊性，这个特殊性就是储能的运行环境的特殊性：第一，高电压，电池簇电压往往高达700V，目前在做的基本上是1500V，电动汽车就300多V，大巴也就700多V；第二，大电流，每个簇的电流可以高达100-300安培，对于整个系统可能高达1000多安培、2000安培；第三，深循环，我们要求储能要有收益，它必须要有更多的充放电深度，一般要求80%，甚至有些达到了95%，而车往往没有这样的要求。2019年的时候上海对所有运行的私家车做了个统计，平均充放电DOD深度不超过30%，所以这是非常低的，所以车没有DOD的问题。多电芯，我们拿280电池来说，一个2.5兆瓦时的储能系统需要有2778个电芯，我们去看，在一个集装箱系统的储能电站，一个柜机基本上3000—5000个电芯，所以里面有大量的电芯。

这样就带来几个问题，对于一般的储能系统，在有限空间内电池组储能容量往往为数兆瓦时，变换功率为数百千瓦到数兆瓦。比方说调频的，可能2C，一个3兆瓦时的集装箱柜可能瞬间需要有6个兆瓦的功率，需要大量电池串并联。在一个储能单元中，往往有多组电池簇并联成电池的阵列，涉及到了多个控制单元的协调、系统的拓扑复杂、布线复杂。使得储能系统具有直流侧电压高、功率大、电池数量多、电磁环境恶劣、干扰严重、数据庞大、控制复杂的特点，所有这些特点是车所不具备的。所以为什么我们说做车的电池管理系统跟储能电池管理系统有很大区别的原因，这样就对BMS电路的原理、和布局布线设计、抗干扰EMC设计数据处理能力、相应速度等等提出了极高的要求。同时，也对整个储能系统的布局布线、接地设计等也提出了很高的要求。我们经常发现在一个储能系统当中，会发现它的信号完整性很差，环境干扰很严重，我们发现只要把它的接地或者布线还一下就好了，但是这个往往在我们的储能集成设计厂家是被忽略掉的，所以就导致了后期运行的安全隐患。所以需要考虑它的布局布线，需要考虑信号的相互耦合、屏蔽等等。

储能系统的充放电特性，因为我们在开车的时候，不会把这个车开到电量没有，所以大家不会关心这个电池的一致性。但是当电池充放电到末端的时候，这个电池的一致性就会对充放电的能量做出了限制，所以为了保证电池簇内单体电池性能一致性，就必须要求储能电池BMS具有很强的电池均衡管理能力。对于一个280的电池而言，1%的偏差就意味着2.8Ah，大家想象一下，电池生产完要筛选成组，在这个筛选过程当中要控制到1%，其实筛选成本非常高。我记得有厂家跟我说，由于考虑到成本因素，有可能把筛选的过程进行简化，降低成本。但这就带来一个问题，后期电池的离散性怎么办？所以1%的差异2.8Ah，而被动均衡难以起到容量差异改进的效果。

为了保证电池的使用寿命，温度的控制非常重要，必须细致地设计系统的热管理。尤其对于调频调峰应用的储能系统，由于高倍率的充放电将导致电池发热严重，且不均匀，加快电池性能衰减，最终缩短电池使用寿命。热管理设计包括电池模组的热设计，系统散热风道设计，BMS热管理控制策略等等。近两年液冷系统大量应用，很好地改善了热管理。昨天我跟夏教授还谈到了电池高倍率充放电对于电池寿命的影响。

同样，电池温度异常往往是电池性能劣化和热失控的前兆，对电池温度监测极为重要，为避免电池异常温度监测盲点往往需要电池温度监测到每一个电芯的要求，这也是一个特殊的设计要求。

当多组电池并联使用的时候还会出现环流的问题，而车没有这个问题，因为普通的乘用车就只有一个电池包，不存在环流。

由于系统的复杂性，多种数据的接口和大量数据的接入，要求BMS控制单元具有复杂的协议促冷能力和响应速度，对处理器、软件架构、代码质量提出了较高的要求。如IEC61850接入协议，数据保存和故障追溯、系统冗余等等，也都是非常复杂的系统。一般要求对这个数据进行3-5年保存能力，如果满足全生命周期的保存则至少需要具有15年以上的数据的保存能力。现在储能电站也发生了一些燃烧事故，我不知道大家有没有关心过，一旦储能电站燃烧了之后，很难去分析它是怎么烧起来的，为什么会烧起来的。原因就是我们没有足够多的数据，一旦烧完了，其实现场所有的数据的保存都没有了。而传到远程EMS上数据颗粒度太大，根本起不到对这个数据分析的作用，所以这也是一个要求，如何去保存数据？包括故障数据的记录，我们在电力系统以前讲的录波仪。

在调频应用中，对数据响应速度也提出了很高的要求。目前集装箱电池数据完全上送一次大约需要10秒钟，我不知道有没有实际去看一下，现在每一簇基本上都是用碳通讯，而碳通讯一簇通讯速率基本上在1秒钟，而从主控再送到上面的急控单元，如果有10处就意味着有10秒钟，而调频的应用往往要求响应时间小于100毫秒，这就是一个安全的隐患。

由于储能系统对于安全性、可靠性要求极高，所以对BMS也有较高的可靠性系统容错和功能安全的要求。

储能设计的寿命一般15年，相应对储能BMS寿命也应该要求15年，但是目前所有的BMS相关标准都没有寿命的要求，这是一个存在的问题。所以我们说，在对BMS这个产品提出的系统要求的时候，应该有一个MTB的要求，或者定义一个年故障的要求，比如要求年故障率小于100，可能现在达不到，我们目前实际情况大概在200个ppm左右。

同样，储能BMS还应该具备达到ULS-61508功能安全的要求，就是在我的一个系统当中，如果部分电路或者器件发生故障的时候，整个系统应该保证正常的运行或者至少不能出现致命的故障，这是它的功能安全的本意。在车上有对应的标准，就是ISO26262，但是在储能系统当中目前还没有提出这样的要求。

储能系统的安全问题是储能产业发展的痛点和难点，一直没有被解决，所以电池安全状态的分析和预警是未来BMS一项极为重要的要求。

我刚才大概讲了一下，储能系统的BMS针对于储能的应用场景大概所需要满足的一些条件，我这里简单讲一下车，大家可能说车的要求是否很高？确实很高，车的要求温度范围宽，温度损变、振动、防水等等环境要求，而且有规范性要求。打个比方， 16949 ，AUTOSAR，UDS，26262等等，这是它的要求。车有车的一套规范要求，储能有储能的一套规范要求，两个要求是不一样的。从系统的复杂度来说，储能要求可能更高一些。

针对储能系统电池阵列的架构，对应的BMS，也需要针对电芯、电池簇、电池阵列设计三级架构与管理，以理清各层级的关系，确保系统运行的安全、可靠。

前面所有讲的这些，都说明电池管理系统很重要，尽管电池系统占了整个储能系统的占比极小，但是它很重要，就像人的脑袋，占的身体比重可能很轻，一个人脑大约就是2.5公斤，但是却是人最最重要的一个部件。

储能的BMS发展的趋势，第一个就是安全，我始终认为安全永远是第一位的，因为在我们储能系统当中，一旦发生电池的燃烧、爆炸，不是一个电芯的问题，而是一个储能电站的问题，所以这个很重要。

（PPT图示）到目前为止，已经发生了41起有报道的安全事故，BMS已经在监测的电池温度和电压，但是还需要解决测的准和算的准的问题。要提高BMS的抗干扰能力，确保数据采集的实时、准确，这是一个基本要求，但目前可能还是有一些问题，尤其对单体电池温度的准确监测，可以有效解决电池热失控预警问题，其实电池热失控有一个积累的时间，但我们实际情况存在测不到、测不准的问题。

（PPT图示）这是一个电池模组，这是一个24串模组，但是电芯只有4个温度监测点，假定这个电池发生温升了，这一点可以测到，但如果是这个电池呢？谁也不知道它的温度多少。所以这是一个非常严重的问题，如果中间有一个电池发生了热失控，大家可以想象，旁边的4个温度传感器谁也测不到，当它发生了燃烧爆炸的时候旁边才知道，这时候已经为时太晚了。所以剩下的没有被监测到的温度的电池如果温度过高了，发生了热失控怎么办？第二个，我们的温度检测点都放在了哪儿了？放在了848，就是汇流排上，它是铝或铜做的，是良好的散热体，也就是说导出来的热量到848上的时候，相当一部分热量耗散掉了，它的温度又测不准，两个问题叠加，导致了我们的温度测试，平时看到的都是这个电池模组的环境温度，而不是这个电池内部的真实温度，这是一个行业的通病，是一个非常危险的事情，是一个重大的安全隐患。

在2017年高特提出了电池安全状态这个词，SOS是高特全球第一个提出来的。我们认为对电池的描述是多维度的，不光要了解它的容量、健康状态，其实要了解它的安全状态。就像我们人，可能会有猝死，但猝死你事先怎么去检测？怎么去预警？让他不再发生猝死。这是一个世界性难题，我们已经做了很多工作，初步模型已经有了，但是可能离工程的应用还有距离。

所以在BMS安全设计中我们提出了建议：

第一个，还是要采用专用的芯片，提高整个电路的抗干扰设计能力，这是非常重要的一点；

第二，我们建议要求采集每一节电芯的温度，要求1：1，推荐采用N+2，就是12个电池有12个温度采集点采电芯，有两个采模组的接插件，因为这个接插件往往是温度比较高的地方，而且接插件的氧化、松动，都会导致这个接触电阻的增加而发生过温，甚至发生烧毁。这也是一个安全隐患。

第三，当然是SOS。我们认为BMS应该具有电池安全状态评估的能力跟安全预警能力。目前我们主要是测温度，我们做了大量试验。我们发现电池在热失控过程中，如果在早期有这些热失控的苗头出现的时候，如果你把它停下来，实际上这个热失控是可逆的一个过程。但是一旦到了热失控真的发生，它是一个不可逆的过程，这是两个不一样的过程。所以这是非常重要的，如果能够把这个做好，可能储能电池的安全问题会得到一个根本性的突破。

第二个趋势，主动均衡。

大家一直说均衡，均衡要解决什么问题？很多人说解决电池一致性问题，其实我们认为不是的，均衡的意义是在我使用这个电池系统，让这个电池系统可充放电容量的最大化，我们开车的希望这个车跑的远一点，我们用储能的希望这个储能系统能够给我多放一度电，我多一份收益，这才是我们真实的目的。所以均衡的目的不能在于把电池均衡成一致了，而是在于把这个电池系统充放电容量最大化，这就是我们的定义。

围绕这个我们专门提出了两个公式，我们认为以后去平衡、评价BMS均衡能力的好坏，应该从这个角度去看问题，而不是它是不是把电源拉成一致了，因为我们发现你把电源拉成一致并不一定是容量最大的。

现有的均衡技术，比如被动均衡，我们的主动均衡是把高的那个电池放掉一点能量，从这个定义本身就可以看到，跟我的均衡的意义是相违背了，我的均衡的目的是要把容量最大化，而它把高的电池放低，表面上拉成一致了。显然这是不对的。

由此就产生了很多的主动均衡的拓扑，也就是我们可以看到，有很多的均衡的拓扑，在储能系统当中随着单体的电池容量越来越大，电池差异的绝对值也将随之变大，如280的电芯，5%的误差就是2.8Ah，今年已经有厂家推出了将近400Ah的电池，原来说今年要推出400Ah的电池，现在看来可能会在400Ah以内。未来储能系统越来越大的时候，实际上整体成本是下降的，但是带来一个问题，单体容量做的越大的时候，你的一致性越难保证。这就是储能系统对均衡的要求，可以想象，如果单个电芯到500Ah的时候，1%就是5Ah，而被动均衡我不说它的能量浪费了，但均衡电流只有200毫安，微不足道，根本无法满足电池系统均衡寿命的要求，更何况被动均衡消耗了宝贵的能量。因此主动均衡技术已经成为必然的发展趋势。

（PPT图示）这是高特主动均衡的拓扑，比如这是一簇电池组1500V、410节电池，我们在每6个或者8个或者12个会有一个DCDC，我们的DCDC跟BMS供电电源交换能量，供电电源对一簇来说，所有BMS供电电源是一条母线。所以这个供电电源母线，同时担当了均衡电流的均衡母线。如果有高的能量，我们把它放到了电源母线上，如果有低的电池，我需要充电的，我就把它从电源母线上充电。如果两个图一合并，大家就会看到，如果需要均衡的时候就把高能量的拿出一部分能量来给低能量的，实现了在整个簇之中的任何一个电芯到任何一个电芯能量的转移，这个效率是非常高的，不存在模组的限制。

我们也做了大量的测算，我们测算完了之后，如果按照单体电池年衰减率为1.5%的话，离散系数也为1.5的话，标秤容量衰减到80%电池寿命终止，测算电池簇内运行寿命。单体电池到15年后容量低于80%，无均衡的时候大概9年，加上主动均衡之后，从第2年末开始主动均衡会启动，在均衡期间有效期内电池簇容量始终可以保持在单体电池容量5%的差距以内，直到第14年，这个已经接近了单体电池的使用寿命。

在实际运行当中，由于不同的电池系统可能会有些差异，我们可以保守估算，测试的数据和计算表明主动均衡可以延长电池使用寿命大约20%，具有很高的经济价值。很多系统集成商在初始投入的时候会看，可能初始投入的时候可能增加了投入，我可能不划算，但是三年以后、五年以后你所带来的损失远远会超过你当年的投入。所以主动均衡的投资回报率极高，是一个有意义的投资。

芯片的国产化。大家都知道，以前我们国内的电池产业非常发达，但是我们的芯片大部分依赖于国外，在2020年以前，我们国家每年的集成电路芯片的进口消耗了大约2000到3000亿美金，中国市场消化了全球1/3的集成电路芯片，高端的芯片基本上被国外垄断。BMS的核心是什么？它的基础是芯片，但是我们一直被别人卡脖子。高特从16年开始在布局芯片，其实我们非常运气，我们也没有想到19年会有中美贸易战，但是我们16年就布局了，这算是一个巧合。所以我们在18年就开始使用我们自己的芯片，我们，18年开始做主动均衡的芯片，到目前为止，在BMS应急电路上面除了MCU、方格等等这些通用芯片之外，专用的两款芯片高特全部是自主的。所以高特成为了行业当中唯一的一家具有AFE和主动均衡两款芯片的BMS供应商，全球唯一，使高特摆脱了BMS关键器件对海外的依赖，解决了卡脖子问题。目前高特正在进行电池传感器芯片的研发。

（PPT图示）这是前端采集芯片。这个芯片今年年底会有一个改版，改版完了之后会有一个重大的改变，可能今年年底会有一个发布，我们推出了全球第一款特别的AFE芯片。

（PPT图示）这是我们的主动均衡芯片，完全自主研发，具有完全的自主知识产权，从拓扑原理到性能指标，都是全球领先的。

电池传感器。技术的发展日新月异，无线BMS、电池传感器已经摆到了发展议程，对未来BMS的探讨和研究迫在眉睫。

2020年年初，欧盟通过了一项电池2030+的规划，这是一项长期的规划，在它的3.3里面有一个叫智能传感器。就是说欧盟在制定2030电池规划当中，明确提出了电池传感器的规划。

（PPT图示）这是可能大家有听说的，叫无线电池管理系统技术，比如这是原来电池的一个模组，这是一个现有的方案，后续会做到一个模组里面有一个芯片，这个芯片里面就通过无线发射给上面的主控。这就是现在海外推出的无线电池管理系统的技术方案，很显然，这个技术方案比原来近了一步，省去了从分控到主控之间的通讯跟电源线路，但是我们认为这还不够。

很显然，现有的电池管理系统面临着技术发展瓶颈：

1、现有的电池管理系统所采集的电压和温度都是电芯的外部参数，刚才已经说到了温度的采集。因而存在两大无法克服的问题：

1.1，无法采集电池内部温度，因而无法真正知道电池内部的温度变化，以至于电芯发生内部热失控，短路情况无法及时给予安全预警，这是非常严重的问题，这个关乎电池的系统安全。

1.2，无法真正计算里面的状态，你没有采集到真实的温度就没有办法安全运行。

2、现有的电池管理系统需要通过采集线束采电压和温度，由于大量采样点和线束，一些接插件导致安全隐患，线束老化、破损、挤压、漏电、绝缘下降、松动等等，线束的安装是人工，有安装成本。

3、电芯在没有安装运行的状态下无法进行有效检测。大家都有体会，一个电芯放那儿，如果放一年，你根本不知道这个电池的状态。这些都是安全隐患。

这是高特正在研发的电池传感技术，我们已经花了将近两年时间，我们未来推出来的芯片是跟电芯接在一起的，我们再也没有采样线束，大大提高了电池系统的安全性。目前正在进行当中，敬请等待。

发展的趋势五：系统的集成化、可靠性、功能安全。

储能系统的成熟和成本压力，使得BMS、PCS、EMS等各子系统集成整合将成为发展趋势，在系统架构层面将变得越来越简单。各子系统信息整合也将是必然趋势，关联判断、故障诊断、联动保护等是未来发展趋势。

可靠性要求我就不说了。

功能安全，我相信以后也是必须的。

大家到我们展台可能看到，我们现在BMS三级组控就地能量管理系统已经整合进去，这种整合带来了成本的下降、控制系统的简化，我们把整个系统的急控单元也集成进去了，空调、消防、动环、PCS、电池全部集成到一个单元，也就是我们的BMS具有了三大功能，而不是简单的一个功能。

这是我们对未来的能源互联网的一个畅想，也就是未来的能源互联网是基于分布式能源架构，这个架构给我们带来了一个机会，就是我如何去做系统的数据服务和能源的管理，这是未来的一个发展方向。

高特是储能行业的一个老兵，我们从2021年国内的第一个储能示范项目开始做，做到现在。我们从1998年到2022年，24年一路走来，感谢大家的相伴，谢谢大家。

原标题：直击储能大会｜高特电子徐剑虹：储能 BMS 的重要性及发展趋势分析