中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：9月24—26日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合200余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在深圳鵬瑞萊佛士酒店召開。此次大會(huì)主題是“共建儲(chǔ)能生態(tài)鏈，開啟應(yīng)用新時(shí)代”。 來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國(guó)內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的1621人參加了本屆大會(huì)。本次大會(huì)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)、中國(guó)科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)組和中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)聯(lián)合承辦。
在25日上午的“儲(chǔ)能系統(tǒng)集成設(shè)備及梯次利用專場(chǎng)（下） ”專場(chǎng)，杭州高特電子設(shè)備股份有限公司總經(jīng)理徐劍虹分享了主題報(bào)告《主動(dòng)均衡控制與管理芯片開發(fā)及應(yīng)用 》。會(huì)務(wù)組對(duì)發(fā)言人的演講速記做了梳理，方便大家會(huì)后交流、學(xué)習(xí)，以下是速記全文：
徐劍虹：大家好，我來自高特電子。高特是做電池管理系統(tǒng)的。什么叫電池管理系統(tǒng)呢？大家會(huì)講很多測(cè)量電池電壓、溫度等，我歸納為三點(diǎn)：
第一點(diǎn)就是感知，也就是作為管理電池的管理系統(tǒng)，首先要知道電池的狀態(tài)，所以我們說感知電池的狀態(tài)。電池狀態(tài)就是SOC、SOE、SOP、SOH，還有SOS。什么是SOS，我們把它定義為電池的安全狀態(tài)state of safety?，F(xiàn)在大家都知道，儲(chǔ)能的安全是一個(gè)非常重要的問題。如何解決這個(gè)安全問題，我們拿SOS來評(píng)估、評(píng)價(jià)。所以我們提出了一個(gè)電池安全狀態(tài)的指標(biāo)。這就是BMS第一個(gè)功能，感知。
第二個(gè)功能是管理，一個(gè)是電池一致性的均衡管理，一個(gè)是熱管理。
第三個(gè)就是保護(hù)，電池異常狀態(tài)的保護(hù)，確保儲(chǔ)能系統(tǒng)正常運(yùn)行。
我們從均衡管理的角度來看，電池存在的問題，也就是電池組的離散性。在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，電池組是由很多的電池串聯(lián)起來的，比如說6~7百伏的系統(tǒng)，兩百多節(jié)電池串聯(lián)在一起，這就有電池容量的離散性問題。如某一節(jié)充電充足的時(shí)候，有一部分沒有被充足，放電有一些放完了，還有一些沒有被放完。隨著使用時(shí)間的增加，電池組離散性越來越大，電池組的容量就會(huì)越來越小，這是離散性對(duì)電池容量的影響。
我們可以得到一個(gè)結(jié)論，電池組的實(shí)際有效容量小于組內(nèi)單體電池的實(shí)際容量，由于有些電池容量的錯(cuò)位，實(shí)際容量比最小的電池容量還要小。第二個(gè)就是電池容量的衰減速度，電池組容量的衰減速度遠(yuǎn)大于單個(gè)電池的衰減速度，導(dǎo)致了電池組實(shí)際壽命遠(yuǎn)小于單體電池的壽命。
儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電池組提出了非常嚴(yán)苛的要求，我們總結(jié)一下有兩個(gè)： 第一個(gè)是長(zhǎng)壽命的要求，剛才已經(jīng)有人提到，光伏系統(tǒng)要求25年壽命，這就對(duì)電池組壽命提出了更高的要求。如何控制電池組離散性對(duì)電池壽命的影響，盡量減少電池衰老的速度。
第二個(gè)是深循環(huán)，一般儲(chǔ)能的充放電深度在80%以上，在削峰填谷的應(yīng)用場(chǎng)景，每多充放一度電，就多一分收益。
被動(dòng)均衡的問題，大家看這是一個(gè)實(shí)際的電池放電曲線，大家可以看一下，有些電池掉得特別快，特別早放完電，這時(shí)候如何做均衡呢？對(duì)被動(dòng)均衡來說，幾乎是無法實(shí)現(xiàn)的，如果要以最低電池做標(biāo)桿的話，就意味著要把所有電池都放到跟最低的電池一樣，這幾乎做不到，而且能量的損耗非常大。
我們認(rèn)為，主動(dòng)均衡技術(shù)是未來儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)的一個(gè)必然趨勢(shì)，也就是我們只能采用主動(dòng)均衡的技術(shù)來解決電池組離散性的問題。 這是主動(dòng)均衡的方法樹，國(guó)際上對(duì)主動(dòng)均衡進(jìn)行了很多研究，我就不在這展開。
高特對(duì)主動(dòng)均衡做得非常早，我們從2010年開始，就對(duì)主動(dòng)均衡的技術(shù)進(jìn)行了研究。這是我們的專利技術(shù)，這個(gè)專利技術(shù)可以這么來看，也就是在一串電池組中，我們可以選出若干個(gè)高電壓的電池，通過DC/DC通道把它的能量放到BMS的電源端。反之，可以同樣選出若干低電壓的電池，從BMS的電源端對(duì)它充電。在充放電平衡的情況下，其實(shí)這個(gè)電源是沒有貢獻(xiàn)的，也就是高的電池在向低的電池直接轉(zhuǎn)移能量，這樣的設(shè)計(jì)就實(shí)現(xiàn)了電池能量在任何電池之間的相互轉(zhuǎn)移，這個(gè)轉(zhuǎn)移效率會(huì)非常高。
這是一個(gè)原理圖，大家可以看一下，在這個(gè)圖里面如果有一個(gè)高的電池就可以放電，如果有低的電池就可以充電，把這兩個(gè)圖一合并，就實(shí)現(xiàn)了任何一個(gè)電池向任何一個(gè)電池的能量轉(zhuǎn)移，這是非常理想的均衡原理。
我們都想知道，為什么主動(dòng)均衡這么好，而用的人很少呢？有兩大難點(diǎn)：第一，這個(gè)電路很復(fù)雜，成本太高了。第二，復(fù)雜的電路導(dǎo)致了系統(tǒng)可靠性下降。
如何解決這個(gè)問題？為了提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、安全性、降低系統(tǒng)復(fù)雜度、降低成本，芯片解決方案是主動(dòng)均衡的最佳路徑。通過把非常復(fù)雜的系統(tǒng)變得非常簡(jiǎn)單，這樣成本下來了，可靠性也提高了，就解決了主動(dòng)均衡的痛點(diǎn)。
我們開發(fā)了主動(dòng)均衡芯片的原理設(shè)計(jì)，這是一個(gè)原理圖。大家可以看到，這是原邊，原邊主要是MOS驅(qū)動(dòng)，中間是光隔，主要是隔離二邊的高低壓。這是副邊，除了有MOS驅(qū)動(dòng)之外，還有開關(guān)矩陣的驅(qū)動(dòng)。大家看圖，如果這個(gè)電路是作為充電回路的時(shí)候，原邊的MOS管就是開關(guān)管，后面的MOS管就是同步整流，可提高電源效率。
這是原邊芯片，我們命名為GT3801。
這是副邊電路，我們命名為GT4801，這有電流傳感器，電流的檢測(cè)和故障的輸出，故障診斷和檢測(cè)的功能已經(jīng)做在里面了，這就是故障診斷。故障診斷保護(hù)的響應(yīng)速度非?？?，我們現(xiàn)在可以做到的保護(hù)速度在13微妙，也就是發(fā)生故障的時(shí)候，最快可以在13微秒內(nèi)把電路切斷。
芯片的工作電壓從10~32伏，這個(gè)就是非常寬，也就是可以支持12或24伏的電源系統(tǒng)，芯片支持電池電壓的范圍是1.2~4.8伏，也就是涵蓋了所有類型的電池，理論上都可以支持。
副邊帶有12路電池開關(guān)矩陣驅(qū)動(dòng)，PWM帶有1A驅(qū)動(dòng)能力，也就是可以驅(qū)動(dòng)MOS管1A的驅(qū)動(dòng)，在外擴(kuò)MOS的情況下可以實(shí)現(xiàn)5A均衡電流，最大實(shí)現(xiàn)的案例是±10A，這個(gè)電流非常大了。電池充放電衡流控制精度設(shè)計(jì)為10%，實(shí)際上達(dá)到了2%以內(nèi)。原邊芯片自帶OSC。
這是充放電波形，不展開了。
這是充放電電流，可以看到在整個(gè)溫度范圍內(nèi)都非常穩(wěn)定。
這是異常保護(hù)，有過壓、欠壓、過流、過溫等，所有的保護(hù)都做了測(cè)試，這是測(cè)試曲線。這是EMC的測(cè)試，也就是對(duì)整個(gè)芯片完成的電路完成了EMC測(cè)試，達(dá)到4級(jí)的要求。
這個(gè)就是芯片的開發(fā)板。大家可以看到，這是我們的芯片，中間是隔離，這兩個(gè)是MOS管，這個(gè)就是開關(guān)矩陣。
我們的芯片在2018年啟動(dòng)研發(fā)，去年9月份拿到了樣片，今年3月1日就出來了小批量，大批量就是下個(gè)月月初，過了節(jié)就可以拿到批量芯片，第一個(gè)批量是兩萬片，也就是可以滿足11月、12月的出貨要求。
這是最后完成的產(chǎn)品，24串的主動(dòng)均衡從控模塊。
這是高特BMS roadmap。
大家知道做BMS的廠家很多，BMS的技術(shù)入門很容易，但真正做好、做精很難。我們從現(xiàn)在的BMS主從架構(gòu)，做到分布式架構(gòu)，今天在這里不展開。然后把前端的采集芯片也做了，從2016年到2018年做了前端采集芯片，2018年到現(xiàn)在花了兩年時(shí)間，我們做了主動(dòng)均衡的芯片。下一步的目標(biāo)是在2021到2025年，我們最后要把它做成一個(gè)電池傳感器，實(shí)現(xiàn)BMS電池感知的目標(biāo)，真正把電池狀態(tài)的檢測(cè)計(jì)算等全部能夠做在一個(gè)傳感器內(nèi)，這是我們未來的發(fā)展路徑。
簡(jiǎn)單做個(gè)廣告，高特1998年成立，一直做電池檢測(cè)和電池管理系統(tǒng)產(chǎn)品。
這是我們的辦公樓，這是我們的生產(chǎn)廠房。
我們2010年開始做儲(chǔ)能項(xiàng)目，2012、2013年做了張北、南麂島、南網(wǎng)寶清等項(xiàng)目，還有東極島、西藏尼瑪?shù)取?018年我們做了很大的兩個(gè)項(xiàng)目，江蘇鎮(zhèn)江100兆瓦時(shí)和湖南長(zhǎng)沙芙蓉變52兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能項(xiàng)目。前幾年總共累加起來已經(jīng)有超過600兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能BMS。
高特有國(guó)內(nèi)專利71項(xiàng)，近30項(xiàng)是發(fā)明專利，海外專利5項(xiàng)。
我們的產(chǎn)品通過芯片集成，整個(gè)可靠性可以做得非常高，目前達(dá)到的水平是小于1000PPM，今年?duì)幦∽龅?00PPM。高特除了質(zhì)量管理系統(tǒng)認(rèn)證ISO9000、IATF16949外，也有UL 、TUV、船級(jí)認(rèn)證等。
我的介紹比較簡(jiǎn)單，也不占用大家太多時(shí)間。
