鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1346次 | 2022年11月22日
BMS助儲(chǔ)能梯次利用電池發(fā)揮性能
4月24-26日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)主辦的第九屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在浙江省杭州市洲際酒店召開(kāi)。在4月25日下午的“儲(chǔ)能電池與技術(shù)應(yīng)用（下）”專(zhuān)場(chǎng)，深圳天邦達(dá)科技有限公司首席技術(shù)官胡龍文在會(huì)上分享了主題報(bào)告《BMS助力儲(chǔ)能梯次利用電池發(fā)揮到極致性能》，以下為演講實(shí)錄：
胡龍文：各位專(zhuān)家，各位朋友，下午好！我是來(lái)自深圳天邦達(dá)的胡龍文，深圳天邦達(dá)是鋰電池管理系統(tǒng)提供商，今天我就從梯次電池的電池管理角度談?wù)勎覀兊慕?jīng)驗(yàn)。談梯次電池繞不開(kāi)中國(guó)鐵塔，中國(guó)鐵塔2015年、2016年起就開(kāi)始了大批量的梯次電池的試點(diǎn)，2018年實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的商用，我們天邦達(dá)有幸參與其中，截止目前為止，我們天邦達(dá)發(fā)了接近20萬(wàn)套的梯次電池的BMS，到中國(guó)鐵塔的通信基站正在運(yùn)行中，這個(gè)過(guò)程中我們有一些積累，所以今天做一個(gè)分享，也是希望能夠拋磚引玉。
我今天的介紹主要是三個(gè)部分：第一，對(duì)我們公司做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，希望增進(jìn)大家對(duì)我們公司的一些了解；第二，介紹一下梯次利用的背景；第三，重點(diǎn)介紹一下梯次利用的方案以及我們BMS在里面承擔(dān)的角色。
深圳天邦達(dá)是2007年成立，目前有12個(gè)年頭，我們12年只做了一件事情，就是鋰電池的管理，從前期的一些鋰電池的保護(hù)板，到目前鋰電池的一些管理系統(tǒng)，這12年我們的產(chǎn)品線一直在延伸，我們的業(yè)務(wù)也一直在拓展，包括我們的一些質(zhì)量管理體系也一直在完善。
我們的業(yè)務(wù)主要是四大方向：第一，消費(fèi)數(shù)碼類(lèi)的保護(hù)板。這里面包括手機(jī)、可穿戴設(shè)備以及筆記本這些里面的保護(hù)板。目前我們最大的終端客戶(hù)是華為，大家如果使用華為手機(jī)的話(huà)，華為里面我們?nèi)ツ暌还沧隽?千萬(wàn)部的華為手機(jī)里面的保護(hù)板。第二，工具類(lèi)，就是電動(dòng)工具和清掃工具里面的BMS。我們是向國(guó)內(nèi)、國(guó)際一線的，像TTI、必勝、萊克的供應(yīng)商。第三，通信基站備電和儲(chǔ)能相關(guān)產(chǎn)品的BMS。1，通信基站類(lèi)，因?yàn)槲覀兘o鐵塔的發(fā)貨量比較大，目前基本上是國(guó)內(nèi)發(fā)貨量最大的通信基站類(lèi)的BMS提供商。2，我們也是在包括數(shù)據(jù)中心的高壓直流、數(shù)據(jù)中心的UPS以及分布式儲(chǔ)能這塊在做相關(guān)的一些BMS的試點(diǎn)、示范以及培育工作。第四，汽車(chē)，汽車(chē)?yán)锩婧瑑蓚€(gè)，一個(gè)是48V啟停的BMS，另外一個(gè)是新能源的BMS。這是我們的四大業(yè)務(wù)。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
我們總部是在深圳，在深圳光明，深圳南山有研發(fā)中心，我們?cè)谏虾！⑻旖?、福州有三個(gè)辦事處。我們銷(xiāo)售額2018年是4個(gè)多億，近幾年都是呈現(xiàn)30%以上增長(zhǎng)率的良好的發(fā)展勢(shì)頭。我們的質(zhì)量體系，因?yàn)楹蛧?guó)內(nèi)、國(guó)際一線的企業(yè)合作比較多，所以體系也逐步得到了完善。我們有自己的工廠，我們整個(gè)公司有900多人，所以我們的產(chǎn)品都是自我研發(fā)、自我生產(chǎn)。
下面介紹一下梯次利用的背景。首先是政府政策的強(qiáng)力推動(dòng)，這后面應(yīng)該有兩個(gè)原因：第一個(gè)，是像現(xiàn)在汽車(chē)的動(dòng)力電池在2018年已經(jīng)是到了規(guī)?；耐艘燮?，所以這些電池怎么樣得到資源的最大優(yōu)化的使用，實(shí)現(xiàn)物盡其用，這個(gè)非常重要。第二個(gè)，這些電池如果不當(dāng)?shù)奶幚砜赡軙?huì)引起一些環(huán)境的問(wèn)題，這個(gè)我想也是政府政策強(qiáng)力推動(dòng)的重要原因。
我們?cè)倏匆幌聞?dòng)力電池現(xiàn)在退役以及使用的情況。2018年后，這已經(jīng)是規(guī)?；艘燮?，大家都講到2020年會(huì)有20多GWh退役的電池，那個(gè)數(shù)字可能大家不夠直觀，所以我這里列了一個(gè)比亞迪退役電池的情況。大家可以看到，比亞迪在2018年有800兆瓦時(shí)，逐年激增，應(yīng)該到后面會(huì)持續(xù)高峰期。
使用情況，重點(diǎn)是中國(guó)鐵塔，它從2015、2016年做了多種形式梯次利用的試驗(yàn)，包括在通信基站有規(guī)?；纳逃?，也是以比亞迪為例，比亞迪應(yīng)該在2018年就交了超過(guò)250兆瓦時(shí)的梯次電池，應(yīng)用于鐵塔的通信基站中。
我們?cè)倏匆幌绿荽坞姵厥褂玫囊恍┠Ｊ剑驗(yàn)橹饕€是我們結(jié)合中國(guó)鐵塔的一些使用模式來(lái)講，可能不是太全。中國(guó)鐵塔目前主要是推三種模式，也就是退役的汽車(chē)動(dòng)力的Pack包，首先做一個(gè)物理核容，如果這個(gè)物理核容直接符合Pack去使用，后續(xù)就應(yīng)用于相關(guān)的一些直接Pack使用的應(yīng)用場(chǎng)景。如果核容是不滿(mǎn)足直接使用場(chǎng)景情況下會(huì)再做一些拆解，這里面有兩種情況，一種情況是這個(gè)Pack包本身由方形的大電池組成，所以直接對(duì)方形的電池包進(jìn)行分容、配組，最后形成一個(gè)像通信基站可以直接使用的電池包直接使用，這種我們稱(chēng)之為單體使用模式。還有一些廠家，比如像比亞迪的電池，它會(huì)采用模組化的方式，可能在它當(dāng)初設(shè)計(jì)Pack的時(shí)候就考慮到將來(lái)的梯次利用方式。所以模組被拆下來(lái)的時(shí)候，經(jīng)過(guò)物理核容，如果直接能達(dá)到模組的使用要求，就進(jìn)入到模組使用的模式。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
三種使用模式各有特點(diǎn)：第一，單體使用模式，應(yīng)該是對(duì)單體進(jìn)行了分容、分選、配組，所以整個(gè)單體的一致性還是比較好的，所以現(xiàn)在應(yīng)用起來(lái)基本上和原來(lái)早期的在通信基站這里面應(yīng)用的新電池是類(lèi)似的方式。但是單體使用的方式的另外特點(diǎn)，拆解的難度、工作量是有的，成本也偏高的。第二，與之對(duì)應(yīng)的Pack方式，工藝最簡(jiǎn)單，里面還是對(duì)單體一致性放松了一些要求，應(yīng)用成本最低。第三，模組使用，是其他兩種方式的中間體，就是兼具了兩種方式的一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
下面重點(diǎn)介紹一下，包括里面各種模式的一些電池管理。我們先來(lái)單體使用這個(gè)模式的場(chǎng)景，它的場(chǎng)景是通信基站的備電使用，大家目前對(duì)梯次電池在儲(chǔ)能的應(yīng)用其實(shí)是有很多爭(zhēng)議的，不過(guò)大家對(duì)梯次電池在通信基站的備電使用場(chǎng)景應(yīng)該還是非常認(rèn)可的，并且認(rèn)為這是一個(gè)梯次電池極佳的一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。為什么這么講？因?yàn)橥ㄐ呕纠锩?，中?guó)的基礎(chǔ)設(shè)施，特別是電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施是比較好的，所以中國(guó)的通信基站里面大部分時(shí)候是不停電的，我們梯次電池在里面應(yīng)用環(huán)境是比較好的，原來(lái)是鉛酸電池，現(xiàn)在梯次電池利用之后這里面還能夠發(fā)揮我們鋰電池的一些特點(diǎn)，比方說(shuō)它的循環(huán)性能，比方說(shuō)大電流的放電性能，也比方說(shuō)它的一些高溫性能，都是好于鉛酸。中國(guó)鐵塔也是最早做試點(diǎn)現(xiàn)在大批量使用，也都是在通信基站里面。因?yàn)榻?jīng)過(guò)了分選包括配組，所以在這個(gè)里面的單體使用模式大家可以看到，我們的BMS其實(shí)和原來(lái)三大運(yùn)營(yíng)商用于分布式基站微站的那些BMS是類(lèi)似的，我們稱(chēng)為一體化的BMS，就是說(shuō)BMS以單板的形式，安裝于整個(gè)電池包中，實(shí)現(xiàn)電池管理的相關(guān)功能。簡(jiǎn)單講哪些功能？就是這些列的基本的功能要求：1，需要對(duì)16節(jié)單體進(jìn)行單體采樣。2，多路電芯溫度、環(huán)境、功率溫度采樣。3，電池充電、放電電流檢測(cè)和SOC測(cè)算。4，電壓、電流、溫度告警和保護(hù)。4，充電限流。5，休眠與喚醒。6，通訊數(shù)據(jù)上報(bào)。7，實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。8，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。9，電池組加熱，10，電池防反接。這種使用方式和原來(lái)我們?nèi)筮\(yùn)營(yíng)商標(biāo)準(zhǔn)的48V的鋰電包是類(lèi)似的。其實(shí)在中國(guó)鐵塔，中國(guó)鐵塔的方式其實(shí)比原來(lái)三大運(yùn)營(yíng)商的使用方式場(chǎng)景更復(fù)雜，為什么這么講？因?yàn)樵瓉?lái)的微站的電池電流也是比較小的，它的備電電池容量都是20安時(shí)—50安時(shí)，但是中國(guó)鐵塔管理的是中國(guó)近200萬(wàn)個(gè)室內(nèi)和室外的宏站，這些站里面負(fù)載電流是很大的，它必須要有一定的備電時(shí)間，所以它的電池容量需求很大，包括原來(lái)鉛酸一般是600安時(shí)或者1000安時(shí)一個(gè)站，鋰電池之后會(huì)更少一些，但是也達(dá)到了兩三百安時(shí)到五六百安時(shí)不等。
為了考慮鋰電池包括裝配、也包括運(yùn)輸、維護(hù)等需求，所以鋰電池目前像中國(guó)鐵塔發(fā)貨量最大的基本上都以100安時(shí)為主。100安時(shí)為主，意味著多個(gè)電池組要并聯(lián)使用。這里我畫(huà)了一個(gè)通信基站不間斷直流電源的示意圖，在這里面畫(huà)了兩組，實(shí)際上在通信基站會(huì)有2組甚至到10組不等，電池的容量現(xiàn)在以100安時(shí)為主，從50—200甚至300安時(shí)的都有。電池之間，因?yàn)槭窍嗷浞?，也是擴(kuò)容使用，所以相互之間是不通訊的，同時(shí)BMS也不和里面的整流模塊就是這里面的電源通訊，邏輯上是不連接的，物理上又是連接的，相當(dāng)于必須和電源、和負(fù)載各方面整體協(xié)同的工作。所以這里面就對(duì)BMS其實(shí)比分布式微站提出更高的要求，也就是說(shuō)BMS各自管好自己的同時(shí)，它要來(lái)適應(yīng)這種并聯(lián)的應(yīng)用場(chǎng)景，其實(shí)對(duì)里面的一些器件選型會(huì)提出更高的。比方說(shuō)像這種通信基站里面都是用充放電，就是用MOS對(duì)管來(lái)實(shí)現(xiàn)解決方案的，所以對(duì)這些器件選擇其實(shí)提出了更高的要求。像全國(guó)有200多萬(wàn)個(gè)基站，這里面電源廠家很多，這些電源廠家少說(shuō)也有十來(lái)家，這些電源廠家每家的充放電電壓，包括開(kāi)關(guān)電源的調(diào)壓限流，就是電池限流的方式不一樣，所以BMS都需要來(lái)適應(yīng)各種調(diào)壓限流的方式。
還有針對(duì)梯次電池，因?yàn)橄鄬?duì)來(lái)講它的安全性其實(shí)一直存疑，所以中國(guó)鐵塔也是要求所有的梯次電池BMS都必須具備信息上報(bào)功能，就是說(shuō)所有的梯次電池的數(shù)據(jù)都能夠在整個(gè)鐵塔的運(yùn)監(jiān)平臺(tái)上都能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控。所以BMS也需要提供與FSU即通信基站采集器里面的一些連接，而這個(gè)通信基站采集器其實(shí)在全國(guó)也有接近20個(gè)廠家，所以這就是為什么對(duì)BMS提出要求，必須和各個(gè)廠家的FSU實(shí)現(xiàn)協(xié)議對(duì)接，實(shí)現(xiàn)信號(hào)和告警的上報(bào)。
綜合來(lái)看，這種單體使用比原來(lái)在三大運(yùn)營(yíng)商里面試用的原來(lái)的通信鋰電池對(duì)BMS來(lái)講提出更高的要求，當(dāng)然現(xiàn)在因?yàn)橐彩橇亢吞荽坞姵貎r(jià)格的原因，包括整個(gè)行業(yè)、包括我們的BMS同行，以及一些電池廠在做選型上，實(shí)際上進(jìn)入了非理性的選擇，也就是說(shuō)大家不是太看中BMS本身的可靠性，而是更多追求成本，我覺(jué)得這是一個(gè)誤區(qū)，所以我此呼吁大家要理性、健康的來(lái)看待梯次電池和通信基站的BMS。
剛才講了單體使用模式，我再講一下我們的模組使用模式。模組使用模式實(shí)際上應(yīng)用場(chǎng)景是類(lèi)似的，都是通信基站，所以前面所有的功能必須具備，同時(shí)它其實(shí)又需要一些更高要求的功能。右下角是一個(gè)在實(shí)際通信基站里面比亞迪電池的實(shí)際使用圖，這里邊左右是兩個(gè)電池組，左邊那個(gè)電池組上面是8串、下面是8串，所以它的情況比前面單體模式更復(fù)雜，就是說(shuō)它必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝，所以BMS基本上都是采用分立式的結(jié)構(gòu)，比亞迪的電芯包括其他廠家的電芯有很多種組合，有8+8的，甚至還有7+9的，所以我們的BMS，如果看上面的圖，我們?cè)诓蓸舆@塊，實(shí)際上是做了4組隔離，這樣的話(huà)我們是1—5、6—10、11—15、16—20，我們是做了四組隔離，能實(shí)現(xiàn)各種組合，來(lái)適應(yīng)這種模組的使用。這是一個(gè)特點(diǎn)，就是BMS對(duì)采樣提出了一些要求。
由于這種模組里面檢測(cè)手段的局限，實(shí)際這種模組內(nèi)本身單體的一致性，也包括組與組之間的一致性，是比前面那種模式是更差的，我們也是特別的為了這種梯次電池，包括和電池廠家，包括我們自己做了很多測(cè)試，所以我們也形成了自己的一些更加專(zhuān)用化的均衡算法。因?yàn)橛幸粋€(gè)好處，通信基站基本上是長(zhǎng)期浮充模式，所以實(shí)際上可以做一些被動(dòng)均衡，并且長(zhǎng)期的被動(dòng)均衡，消除不一致性的問(wèn)題。
因?yàn)槎际莿?dòng)力電池下來(lái)的電芯，所以它的功率其實(shí)都是很大的，它是功率性的電池，同時(shí)它本身的充放電電流，它的電池容量也是很大的，所以都要求我們的BMS，像我們最大的解決方案能支持150安培持續(xù)的充放電電流，并且在它也是以MOS管的形式實(shí)現(xiàn)的，這里面對(duì)BMS也提出了要求。包括它的短路電流和反接電流的設(shè)計(jì)，也提出了更高的要求。
包括前面的單體使用模式、還有模組的使用模式，現(xiàn)在我們也是大批量的在通信基站使用，目前來(lái)講，應(yīng)該這兩種模式從技術(shù)上、從經(jīng)濟(jì)性上應(yīng)該是可行的。我們其實(shí)也參與中國(guó)鐵塔做的其他一些包括大Pack使用的模式，當(dāng)然這些模式主要是一些示范站點(diǎn)，都還沒(méi)有形成批量。
我們里面參與的主要是以下幾類(lèi)場(chǎng)景，包括削峰填谷的儲(chǔ)能場(chǎng)景，也包括基站備電的場(chǎng)景，還包括移動(dòng)補(bǔ)電車(chē)的場(chǎng)景。這里面相當(dāng)于直接把電池包在相關(guān)的儲(chǔ)能或者基站使用，所以這里面它的特點(diǎn)是，不是標(biāo)準(zhǔn)的51.2V，這種梯次電池是高壓的電池組。各家的電池電壓平臺(tái)都是不一樣的，它的應(yīng)用場(chǎng)景也比較多，我們BMS在這方面做的一些工作就是，包括我們BMS通過(guò)主從方案，來(lái)適應(yīng)各種電池電壓平臺(tái)和各類(lèi)的Pack包的接口，同時(shí)我們要靈活的去接入各種PCS，來(lái)實(shí)現(xiàn)包括控制策略、包括后面對(duì)它的分級(jí)保護(hù)策略。我們?cè)谶@里面還做了一些自學(xué)習(xí)的算法，怎么樣內(nèi)置一些像梯次電池的壽命模型和算法，因?yàn)檎鎸?shí)評(píng)估梯次電池它的壽命，包括它還能用多久，這樣的話(huà)其實(shí)涉及它的經(jīng)濟(jì)性。我們也是做了現(xiàn)在箱式控制器的方式，就是里面有一些功率器件包括顯示屏，更方便的使用。因?yàn)檫@塊也是處于試用和示范點(diǎn)，所以不具體介紹。
總結(jié)一下，我們參與中國(guó)鐵塔的幾種模式中，前兩種模式，包括單體使用的模式啊、包括模組使用的模式，剛才我講了從各方面，既有一定的可行性，包括經(jīng)濟(jì)可行性，但是在Pack使用方式，實(shí)際上我們還要做更多的探索，去探索最適合它的場(chǎng)景，在這種場(chǎng)景下又具有經(jīng)濟(jì)性，具有經(jīng)濟(jì)性的時(shí)候解決梯次電池特別是大Pack電池的安全性、以及電池不一致性這些問(wèn)題，都有待于包括我們BMS廠家、包括我們大家同行來(lái)做更多的工作。我相信道路是曲折的、前途一定是光明的。謝謝大家！
