随着低碳可持续发展的@@逐步推进@@，对于智能储能@@系统@@的@@@@需求量水涨船高@@。储能@@系统@@可以使太阳能@@、风能等@@可再生能源更好地与电网@@进行整合@@，帮助电网@@实现@@“削峰填谷@@”的@@调控效果@@。而@@要实现储能@@系统@@高效安全运作@@，提高@@可再生能源的@@利用率@@，则离不开内部电池管理系统@@（BMS）的@@参与@@。
不论是@@集中@@式储能@@系统@@还是@@家庭储能@@系统@@@@，BMS都在其中@@发挥了关键作用@@。来自@@GGII（高工产业研究院@@）的@@预测显示@@，至@@2025年@@，中@@国储能@@@@BMS市值将达到@@@@178亿元@@（含出口海外@@），年@@复合增长率为@@@@47%。而@@在需求量激增的@@同时@@，储能@@系统@@对于@@BMS也提出了更高的@@技术@@要求@@。
图@@1：储能@@系统@@工作原理@@（图@@源@@：www.innoliaenergy.com）
BMS：储能@@系统@@的@@@@“大脑@@”
在储能@@@@系统@@中@@@@@@，BMS的@@地位堪称@@“大脑@@”。相比常见的@@@@BMS概念@@，储能@@系统@@中@@@@BMS的@@系统架构@@更为@@复杂@@，承载的@@功能也更多@@。要实现储能@@系统@@中@@@@高达上百万颗电芯的@@实时监测和均衡管理@@，绝非易事@@。
储能@@系统@@的@@@@电池系统的@@组成@@，自下而@@上可以分为@@电芯@@、电池包@@、电池簇和电池系统四个层次@@。而@@储能@@系统@@的@@@@@@BMS，通常也根据储能@@系统@@的@@@@电池系统架构@@设计成了从控@@、主控和总控三级架构@@@@。
图@@2：储能@@BMS的@@拓扑图@@@@（图@@源@@：huasu-tech）
从控是@@非常基础的@@电池管理单元@@，通常被称为@@@@BMU（Battery Management Unit）。BMU负责电池包@@的@@管理@@，一方面要实时监测和采集电池包@@内部的@@运行信息@@，包括温度@@、电压@@、电流@@、SoC、SoH等@@；另一方面@@要实现电池均衡策略的@@执行@@。此外@@，采集的@@电池包@@信息还会通过通信链路与第二级进行通讯@@。
主控则是@@在从控的@@上一层@@，负责电池簇的@@管理工作@@，通常被称为@@@@BCU（Battery Cluster management Unit）。BCU一方面实现对于电池簇的@@电压@@@@、电流@@等@@信息的@@采集@@；另一方面@@负责电池簇之间的@@均衡策略@@，同时还要控制下一级的@@@@BMU完成对电池包@@的@@信息采集和汇总@@@@。一旦检测到@@异常信息@@，BCU可以向出问题的@@电池包@@所在的@@@@BMU下达指令@@，通过电池包@@优化器来将问题电池包@@切出@@，从而@@确保电池簇的@@安全运行@@。
总控通常被称为@@@@@@BSU（Battery Stack managemnet Unit），也可称为@@集中@@管理单元@@（CMU）。作为@@@@更高层级的@@管理单元@@，该部分需要综合来自@@储能@@系统@@的@@@@环境检测信息@@，制定合理的@@温控策略@@，提升电池整体的@@一致性@@。同时还要与外部的@@温控系统和消防安全系统实现互动@@，做到@@安全问题的@@及时发现@@、有效隔离和合理处理@@。
总结来说@@，储能@@系统@@中@@@@的@@@@BMS通过多级架构@@@@，实现了对于储能@@系统@@中@@@@从电芯到@@电池包@@@@、电池簇的@@多级状态监测与预估@@、充放电控制@@、温度管理@@、故障检测@@、安全保护@@、数据通信和存储等@@一系列的@@功能@@。它确保了储能@@系统@@能够安全高效地储存从可再生能源转换而@@来的@@电能@@，优化了内部电池的@@整体寿命@@，并且帮助实现与电网@@的@@并网@@离网@@高效切换@@。
储能@@系统@@的@@@@BMS，要求更为@@严苛@@@@
储能@@系统@@中@@@@电池数量众多@@，排列较为@@密集@@。大规模储能@@系统@@中@@@@单个储能@@舱的@@容量为@@@@0.5-2MWh，内部单体电池数量可达数万个@@；GWh级别的@@储能@@电站@@，内部电芯数量则达到@@了上百万个@@。这意味着一旦其中@@一个电池单体发生故障产生热失控@@，就极易影响周围的@@电池一起发生大规模的@@连锁反应@@，造成极大的@@损失@@。因此@@对于储能@@系统@@的@@@@@@BMS，要求比电动汽车中@@的@@@@BMS更为@@严苛@@。
图@@3：BMS的@@主要功能@@（图@@源@@：www.integrasources.com）
首先@@，储能@@系统@@具有深放电@@、长循环的@@特点@@，尤其到@@电池系统后期@@，对电池的@@一致性要求更为@@敏感@@。电池的@@一致性决定了储能@@系统@@循环寿命的@@长短@@，也决定了储能@@系统@@每一次充放电深度以及容量@@。因此@@，储能@@系统@@对于@@BMS电池均衡能力要求更高@@。
另一方面@@，BMS负责储能@@系统@@全生命周期的@@管理@@，保障全生命周期内储能@@系统@@的@@@@高效运行@@，在一定程度上也决定了系统的@@收益和维护成本@@。因此@@也就要求储能@@系统@@的@@@@@@BMS具有自动维护的@@功能@@。
从安全角度考虑@@，储能@@系统@@中@@@@BMS要具有防环流的@@设计@@，具备@@极强的@@抗干扰能力@@，并且具备@@更快的@@数据处理能力@@、响应速度和通讯能力@@。只有具备@@更快的@@数据采集能力和通讯能力@@，才能确保在某一电芯出现问题的@@第一时间就可以实现快速响应@@，将问题电池组分离@@。
从多起储能@@项目爆炸案例分析来看@@，主要来自@@几个原因@@，包括电池本体缺陷@@、过电压@@电流@@等@@保护装置不足@@、主动热管理不够以及@@PCS、BMS、EMS之间协调做的@@不够好等@@@@。而@@如果有足够可靠智能的@@@@BMS，那么这些问题都可以提前获得预警@@，并通过一定的@@技术@@手段提前化解@@。
为@@了确保储能@@系统@@能够高效安全地运行@@，储能@@BMS需要进行哪些技术@@革新@@？在电芯的@@监测方面@@，要做到@@更多关键参数的@@更精准分析@@。除了常见的@@电压@@@@、温度和内阻等@@参数外@@，还应从多个维度@@、采用多种手段研究电池安全性机理@@，基于精准测量和数值化模型准确预测锂电池安全性表现@@，搭建起上万颗电芯的@@全生命周期管理体系@@，从而@@实现更精准的@@预测@@。
在架构@@革新方面@@，可以考虑@@“一簇一管理@@”的@@方式@@，将单个电池簇与单个模块的@@储能@@变流器连接使用@@，这样既可以简化储能@@@@BMS的@@架构@@@@，又能提高@@整体工作效率@@。例如华为@@从去年@@开始推广其@@“一簇一管理@@”、“一模组一均衡@@”的@@BMS架构@@，包括科华阳光@@、比亚迪等@@也相继推出了针对@@PACK和电池簇的@@簇均衡器技术@@@@。
储能@@BMS中@@不可忽视的@@分立器件@@
提到@@@@BMS，首先@@让人想到@@的@@是@@其中@@关键的@@电源类芯片@@，包括一系列的@@电池管理@@IC、AFE、MCU和隔离器等@@@@。而@@其实像二极管@@@@、MOSFET、电阻和阻断器等@@分立器件@@，也在储能@@@@@@BMS中@@发挥了至@@关重要的@@作用@@。
在每一个电池组@@、每一个电池簇与外部的@@连接电路中@@@@，都会有二极管@@的@@存在@@，通过其单向导通的@@能力来确保通信接口不受到@@损坏@@；同时在多种电路拓扑中@@@@，也都需要二极管@@的@@参与@@@@。在此我们为@@大家推荐一款来自@@@@Vishay的@@二极管@@器件@@，非常适用于储能@@系统@@@@BMS的@@应用@@。该器件名为@@@@XMC7K24CA XClampR™ TVS二极管@@，在贸泽电子@@@@的@@具体料号为@@@@“XMC7K24CA-M3/H”。
TVS二极管@@定义@@
所谓@@TVS二极管@@，即瞬态电压@@抑制二极管@@@@，是@@一种保护用的@@电子@@零件@@，可以保护电器设备@@不受导线引入的@@电压@@尖峰破坏@@。而@@XMC7K24CA作为@@@@TVS二极管@@，相比其他同类产品的@@优势在于其具备@@高温稳定性和高可靠性@@，并且提供了优异的@@性能表现@@。
该器件的@@工作电压@@可高达@@24V，存储温度范围为@@@@-55°C～175°C，峰值脉冲电流@@@@（IPPM）为@@180A；同时还具有超低钳位电压@@@@、低漏电流@@和@@7,000W峰值脉冲功率@@（PPPM）。该二极管@@可在储能@@@@@@BMS的@@传感器@@IC、MOSFET、信号线中@@保护敏感电子@@产品@@，使之免受由感性负载开关和照明引起的@@电压@@瞬变影响@@。
图@@4：XMC7K24CA（图@@源@@：Vishay）
在储能@@@@BMS中@@，另一个重要的@@@@、同样容易被忽视的@@分立器件是@@电阻器@@。在这里也为@@大家推荐一款来自@@@@Vishay的@@厚膜电阻器@@LTO100H，在贸泽电子@@@@的@@具体料号为@@@@“LTO100H2R200JTE3”。
LTO100H是@@Vishay新推出的@@厚膜功率电阻器产品@@，具有高达@@52J/0.1s脉冲的@@高能量能力@@。相比其前代的@@@@LTO100电阻器能量能力提高@@了@@45%。LTO100H系列是@@无感抗的@@@@，具有从@@0.8Ω到@@4KΩ的@@宽电阻范围@@，符合@@AEC-Q200标准@@，能够在@@+85°C时具有高达@@@@100W功率能力@@。该产品广泛适用于电动汽车和储能@@电池管理系统@@。
图@@5：LTO100H（图@@源@@：贸泽电子@@@@）
BMS技术@@创新和储能@@产业未来发展密切相关@@
从一定程度上来看@@，BMS技术@@创新决定了储能@@产业的@@未来发展@@。从全生命周期的@@角度来考虑@@，采用更先进的@@@@BMS在长期带来的@@收益将会远远高于在初期的@@一次性投入成本@@。主动均衡技术@@@@、电芯内电化学感知技术@@和基于单体无线通讯技术@@等@@硬件技术@@创新@@，辅以更高算力和精准的@@算法模型预测@@，将会把储能@@产业的@@发展推到@@新的@@高度@@。