高压储能BMS的配置与应用及市场前景

目前市场上90%的企业都在做低压BMS，而低压BMS中又有90%以上的企业在做汽车动力BMS。因此造成市场上很难找到真正从事高压高电流的BMS企业。笔者通过大量的搜索排查终于筛选出几家专注于高压高电流的BMS企业。下面就以其中一家集成能力相当好的一家BMS为例对高压BMS在市场中的应用做一番阐述。

    由于技术门槛比较高，多数的BMS企业只关注BMS的电路板的可靠性，而并没有从整个锂电池系统的高效性和可靠性上作过多考虑，这就导致很多BMS板子的质量虽然不错，但一旦装入电池系统中后没多久就出现各种各样的兼容问题，效率和可靠性上大打折扣，从而降低了用户的体验度。

    高压BMS产品介绍

  蓝锂科技为客户生产的BMS系统样板，无论从外观上，结构上看还是从整体性能上来说都堪称佳作。该储能管理系统包含3至5层架构：电池管理单元模块（BMU），柜级电池管理系统（CBMS），电池堆级管理系统GBMS，储能管理软件系统平台（BBMS）人机界面（HMI）

其中BMU分为13-16串及19-24串两种规格，板子安装在电池模块箱内负责采集电池模块中单体电芯的电压、电流、温度及电池间的压差智能均衡。

CBMS由保护器件、开关器件、电流电压检测器件等组成，对内负责与柜内多个电池模块进行通信，管理柜内充放电状 态。与用户 PCS 进行电气连接，在二级管理系统时与 PCS 交换数据与命令，在三级管理系统时与 GBMS 通信交换数 据与命令。

GBMS由工控机及相应通信系统组成，对内负责与 CBMS 通 信交换数据和命令。在 3 级管理系统时对外负责与用户 PCS 交换数据和命令，同时与用户 EMS 系统交换数据和命令。在 4 级管理系统时对外负责与用户 PCS 交换数据和命 令，同时与 BBMS 系统交换数据和命令或上级 BBMS 系统 交换数据和命令。

BBMS由双机热备份服务器及通信系统组成，对内与 GBMS 交换数据与命令，对外与用户 EMS（能量管理系统）系统 交 换 数 据 和 命 令 。

HUI系统与用户进行交互和信息交换的媒介。在 2 级管理 系统中为带触摸功能的显示屏。在 3 级管理系统中为工控 机触摸屏。在 4 级管理系统中为服务器显示器。

高压储能BMS的市场前景及应用

      储能是指在能量富余的时候，利用特殊技术与装置把能量储存起来，并在能量不足时释放出来，从而调节能量供求在时间和强度上的不匹配问题。储能技术包括物理储能、电化学储能、电池储能三大类，以及发电及辅助服务、可再生能源并网、用户侧、电力输配、电动汽车五大类应用领域。

      彭博社（BNEF）最新发布的一份报告显示，到2040年，全球储能规模预计将增长122倍，达到1095 GW／2850 GWh。

尽管锂离子电池的成本到如今已经下降了85％，未来十年还将在现有的成本上下降50％，但储能的热潮仍需要6620亿美元的投资。另外，由于价格下跌，到2040年可再生能源将占全球电力的近40％，高于目前的7％，而不少欧美国家早已提出到2050年100％可再生能源发电的愿景。

      我国居民用电及工业用电的价格在世界各国中偏低，再加上我国电网极其庞大，目前大部分光伏、风电所产生的电能都可以直接并网，当电能足够多时，将多余电能储存起来也是国家电网要考虑的事情，因此要建设大规模的储能电站也只能是由国网来建设。事实上近年来较大的储能项目都是由国网主持建设的。由于目前锂电成本比较高，大多数储能企业比较倾向于采用退役的梯级电池及库存电池来建设较大的储能电池以获取收益。另外就是孤岛、偏远地区及电价差比较大的地区都适合建设小型的储能电站。总的来说，随着电池成本的下降，我国的电池储能项目正在逐年增加，再加上国家鼓励政策的逐渐明朗，电池储能项目将会在不久的将来呈现井喷态势。国外很多国家一直以来光伏、风电占比就比较重，电价较高，不存在大的电网，因此储能市场发展势头比较好，基本上哪里有发电哪里就会有储能需求。

      BMS在整个储能系统中的价格所占比重虽然在10%左右，但其发挥的作用却是极其重要的。国内很多大型的电池厂商要么自己研发BMS，要么收购第三方BMS企业，要么与BMS企业合作互相绑定。而高压BMS这块的研发是一个相当漫长的过程，不是因为其技术有多难，而是要通过长期的技术经验积累，稳定的源材料供应，以及不同场景下应用产生问题的解决能力。上面推介的这套高压BMS主要支持磷酸铁锂电池的储能系统或锂电不间断电源系统(锂电UPS)的电池管理，单柜最高电压可达1000V,电流可达800A，而对于三元电池的支持则需要签订免责条款才能供货。这么强悍的技术支持能力，据笔者了解只有美国的Nuvation公司才能与其媲美。 对于锂电锂电UPS大机的电池管理方案，该公司也早在2017年就发布了全球首个完善的解决方案。至于储能BMS与UPS电池管理方案有何不同之处，我想应该就是其不可间断的原理吧。

高压储能BMS的配置及电池模组的成组方式

       储能就是以某个固定的电池模组（如13-16串或19-24串）串联到一定的电压，以15串48V150Ah为例，15（N）个模组串联即720V,我们称之为单柜720V系统(108kwh)，再以单柜720V进行多柜并联，最大可并32个柜。我们并10个柜可以得到1.08兆瓦时，并20个柜可以得到2.16兆瓦时，适合20尺柜和40尺柜的集装箱储能安装，同样也适合各种机架式的室内储能系统配置。按照上面的电池成组方法，1兆瓦的储能BMS配置为：BMU数量：150套，CBMS数量：10台 GBMS数量：1台。2兆瓦的储能BMS配置为：BMU数量：300套，CBMS数量：20台 GBMS数量：1台。合理的电池模组成组方式可以大大节约BMS及其周边配件成本，也可以提高整个系统的运行效率及系统的可靠性。影响电池系统配组的因素有：电芯容量，电芯放电倍率，负载，PCS等。有些电池成组方式是不可取的，如4模组构成一个单柜，192V1200ah这样就会造成单模组非常大，影响整体布局及售后维护，单柜电流太高的电池配组也会造成部分BMS的成本急剧上升。因此在电池成组过程中应该考虑到电压和电流不走极端，不要按以前铅酸电池成组的方式去做锂电池的配组。有少量的用户的确需要低压高电流或是高压低电流的电池成组配置，那承担相应较高成本也在所难免。