中國儲能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國國際儲能大會在蘇州香格里拉酒店圓滿召開，來自中、美、英、德、澳、日、韓等國家的1400余位嘉賓到場參會。大會共邀請140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國儲能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會最具價值的聲音。
大會期間，浙江高泰昊能科技有限公司總經(jīng)理張偉峰先生在“儲能電站暨微電網(wǎng)專場”，以《片技術(shù)水平和整車研發(fā)平臺下對BMS的認(rèn)知和思考》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布，以饗讀者。
張偉峰：各位嘉賓下午好。我今天的題目比較微觀一點(diǎn)，剛才各位講的都是比較宏觀的，都是儲能系統(tǒng)的應(yīng)用，電網(wǎng)的東西，我這個東西比較小，是芯片，BMS相關(guān)的東西。我們公司本身是做BMS和整車控制器的，我本人在做這個之前也有十幾年的芯片設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)，我想這個題目可能對大家有點(diǎn)幫助，可以了解一下我們底層的東西。
這是我們之前的一些小小的業(yè)績。
看一下芯片技術(shù)及其發(fā)展。芯片是我們整個電池行業(yè)的技術(shù)，從中國的芯片行業(yè)來講，這么多年來中國的芯片行業(yè)一直沒有太本質(zhì)的發(fā)展，因?yàn)槲易约鹤鲞@個行業(yè)這么多年，確實(shí)是深有感觸，尤其是在汽車級和工業(yè)級領(lǐng)域，我們的芯片一直沒有特別長足的進(jìn)展。
今天我們看一下電池管理系統(tǒng)對芯片的基本要求，簡單看可以分六個方面，第一是電壓采集，這是一個最最基本的功能，最核心的需求，所有的功能都需要借助于這個功能來實(shí)現(xiàn)。第二是溫度，可以簡單的轉(zhuǎn)化為電壓采集，因?yàn)橄鄬Ρ容^簡單一點(diǎn)，第三是均衡控制，大家都知道在我們電池管理行業(yè)來講主要分為主動均衡和被動均衡，被動均衡比較簡單，因?yàn)樗目刂聘鞣矫鎸π酒囊蠖急容^簡單一點(diǎn)，主動均衡一般是沒有辦法集成的。
第五是故障診斷，現(xiàn)在也是越來越重要，對硬件的可靠性能診斷和預(yù)警，目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)失效安全機(jī)制。還有一個是通信接口，實(shí)現(xiàn)采集芯片和主控芯片的信息互通。最底層的芯片就是一個傳感器，物聯(lián)網(wǎng)的概念，它必須要通過一個通信手段來上報。第六是可靠性要求。既然我們是用在車上，用在儲能上也好，它對可靠性的要求是非常高的。
目前電池管理芯片的主流廠家，大家可以看一下，排在最前面的是LinearTech名頭比較大一點(diǎn)，Intersil也有，但是它的系列不是很全Maxim也在推，它的系列也不是特別全，TI現(xiàn)在有兩款，PL536系列和PL455系列，還有NXP有33771系列。后面簡單講一下高泰之前也做了一款芯片，可以跟大家分享下
這是一個簡單的對比，一個是通道數(shù)，精度、診斷功能、通信接口這幾個方面來比較一下這幾家的差異和共同點(diǎn)。目前主要的通道數(shù)都是在12路左右，個別的有6路和16路，還有14路的，目前來講主要12路為主。精度上，各家都是比較精確的，我們講精度是講全溫度范圍的精度，不是說你在常溫下的精度，常溫下的精度一般在3個mv，或者5個mv。診斷功能就是剛剛講的硬件上的全面預(yù)警和判斷，這一塊也是各家各有所長。有些做的比較弱一點(diǎn)，基本上沒有，后面早期一點(diǎn)的產(chǎn)品基本都是沒有的。
還有一個就是通信接口，通信接口這里面雖然跟我主要的采集功能沒有特別的關(guān)系，但是它跟整個系統(tǒng)的成本是很有關(guān)系的，BMS的成本比較貴，這里面核心來講還都是芯片的成本，尤其像通信接口這里，現(xiàn)在一般來講會有兩種形式，一種叫SPI，SPI相對比較簡單。還有一種是菊花鏈。SPI一般是標(biāo)準(zhǔn)接口，它整個的接口定義是業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的，但是它需要一些器件來支撐，所以帶來的成本比較高。菊花鏈?zhǔn)亲远x接口，現(xiàn)在各家各有自己的通信手段，它是沒有兼容性的，它主要的目的是為了減化隔離的成本，所以想了這么的花招。但是菊花鏈要做好，要做穩(wěn)定可靠是不容易的。
芯片發(fā)展的趨勢，第一，安全性永遠(yuǎn)是第一位。安全性沒有的話，什么都談不上。所以第一個我們可以看，現(xiàn)階段大部分芯片廠家都已經(jīng)開始按照功能安全的標(biāo)準(zhǔn)，26262的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行芯片的安全功能的設(shè)計，并且進(jìn)行相關(guān)的認(rèn)證。但是功能安全要求反過來講對芯片的成本肯定是有增加的，任何事情都不可能既要馬兒跑的快，又要馬兒不吃草，這不現(xiàn)實(shí)。
功能安全的核心來講，就是要做到冗余和診斷。冗余就是我至少一個關(guān)鍵功能是有兩個備份的，自然我的成本就增加了。另外它要診斷。診斷就是要有另外的電路去判斷它是什么狀態(tài)，所以核心來講也是增加我的成本的。所以安全診斷這塊從芯片來講是增加成本的，但是對于企業(yè)的長期可靠性肯定是帶來好處的，所以我們?nèi)绻獜氖褂贸杀緛碇v，應(yīng)該是有降低的。
另外一個發(fā)展趨勢就是通道數(shù)，我總結(jié)為兩種方向的發(fā)展，并不是說通道數(shù)集成越多越好，因?yàn)檫@個是有物理?xiàng)l件限制的。它有兩種方向，第一種方向是通道數(shù)增加，現(xiàn)在主流的是12路，但是現(xiàn)在也有16路、18路，都開始有這個規(guī)劃。簡單講它的邏輯是什么呢？就是通道數(shù)增加，集成度增加，我的硬件成本肯定會下降。但是它也并不是那么簡單，通道數(shù)增加以后，單個芯片需要處理的共模電壓升高了，也就是我要耐壓提升，其實(shí)我們芯片行業(yè)最難做的一個是射頻，一個是高壓。芯片上面的那些基本的芯片，怎么做上去，它對耐壓是有要求的。所以芯片的制造成本會增加，因?yàn)樾酒某杀局饕謨蓧K，一塊是裸片的面積，還有一個就是我的制造工藝。大家都說芯片其實(shí)是沙子做出來的，沙子里面提煉出硅，硅變成硅片，在硅片上面我們印刷電路。但是印刷電路的過程就叫制程工藝，不同的制程成本是不一樣的。再繼續(xù)增加通道數(shù)成本是不會下降的，甚至是不可能實(shí)現(xiàn)的。
一般來講芯片耐壓越高，它對芯片的線寬要求就越高，因?yàn)樾酒呻娐窞槭裁纯梢越档统杀?，主要是因?yàn)槲覀冎v納米級的工藝，它是把線寬越變越小，所以我的硅片面積可以下降。但是高壓之后我的線寬就不能無限的往下降，降了以后安全就有問題，芯片就不能工作，所以并不能降低成本，甚至是不可能實(shí)現(xiàn)的。
另外一個方向是通道數(shù)減少，比如4串、6串甚至1串，這方面也是有一定的邏輯的，不管是電芯場還是PACK大家都喜歡建立一個標(biāo)準(zhǔn)化的模組設(shè)計，希望有分布式的電池管理，我們也碰到好多有這樣的需求，這樣的好處是便于標(biāo)準(zhǔn)化、組裝方便，我可以隨時組裝。同時減少串?dāng)?shù)就是降低共模電壓，所以成本也會降低，這是另外一個邏輯。我把通道數(shù)降低了，所以我的制造工藝就簡單了，我的成本也會下降。這里面有個難點(diǎn)是什么呢，因?yàn)槲野阉纸獬稍絹碓缴僦?，通信的開銷就增加了，所以通信開銷這里我們需要仔細(xì)設(shè)計一個通信的接口，否則成本會增加，可靠性也會降低，因?yàn)橥ㄐ诺倪^程就是跟噪聲在抵抗的過程，我們?nèi)绾螐脑肼曋刑崛⌒盘柕膯栴}，所以通信接口也是一個比較可觀的成本。
還有一個是均衡，被動均衡和主動均衡，被動均衡一般都可以集成到采集芯片里面去，但是集成到芯片里面的電流一般不可能太大，因?yàn)檫^電流一定會發(fā)熱，發(fā)熱的話芯片就必須要把封裝做大，把硅片面積做大，這樣就會增加成本。而且集成MOS之后可能會帶來可靠性的下降。因?yàn)樾酒锩媸怯泻芏嗉赏ǖ赖模酒瑑?nèi)部有大量的集成通道，一不小心這個芯片可能就會被搞死了。
還有一個是主動均衡，目前來看你要想完全集成在采集芯片里面幾乎是不可能的，現(xiàn)在能提供的也就是所謂的獨(dú)立功能的芯片，而且是比較受限的。它的難度在哪里呢？就是因?yàn)樯婕暗焦β孰娐芳捌洵h(huán)路控制，跟采樣電路本身關(guān)系不大，而且不同的電池，比如一個BMS或者一個芯片我可能管十幾路，我每一路的電池它是不一致的，都各自有各自的電壓，我怎么去解決它的參考地的問題呢？這是不好弄的。在電路控制上其實(shí)是非常復(fù)雜的事情，所以目前芯片廠家還不能提供有效的高性價比的可靠性的主動均衡的控制芯片，這也是為什么在市面上你們很難看到這樣一個芯片的原因。
這個是高泰做的一款芯片，我們當(dāng)時是基于國家智能電網(wǎng)的智能電芯的項(xiàng)目，當(dāng)時的出發(fā)點(diǎn)是說我單顆電芯或者單個電芯模塊，就可以做成一個智能的東西，它自己可以管自己了，實(shí)現(xiàn)電壓溫度采集，以及主動均衡的環(huán)路控制，達(dá)到智能電芯的目的。我單個電芯就是一個智能化的東西，你可以隨便給我組裝，這是我們當(dāng)時的一個出發(fā)點(diǎn)。做這個事情大概在2013年左右，當(dāng)時申請了國家的創(chuàng)新基金項(xiàng)目完成了設(shè)計和流片，這是當(dāng)時流片的芯片。
這個是單通道，我們當(dāng)時為什么選擇單通道，主要是剛才說的幾個問題，一個是我們需求上做一個單個的智能芯片，另外高壓問題很難把握，多通道之后你的均衡其實(shí)是很難實(shí)現(xiàn)的，主動均衡的控制很難實(shí)現(xiàn)，所以我們選擇了單通道的采集和控制。當(dāng)時也已經(jīng)采用了一些功能安全的概念，比方說有兩路的冗余電壓，雖然我只有一顆電芯，但是我有兩路的冗余電壓，增加冗余就增加安全性。兩路的溫度采集和集聯(lián)的通信接口，通信這里要特別講一下，通信是一個很復(fù)雜的東西，你做的不好你的可靠性會降低，同時你的成本會增加。
另外通信地址自動分配邏輯，因?yàn)槲颐恳活w電芯做完之后出場都是一樣的，配上一顆芯片以后我就隨意組裝了，我一旦排好之后我要讓他們通信的話，我必須要有地址的區(qū)分。怎么區(qū)分呢？我不可能用手工一個個去貼，或者說裝個什么東西，這樣的話你自動化就沒法做了，而且成本也非常高，所以這里面要解決一個自動地址分配的算法，還有它的算法邏輯的實(shí)現(xiàn)。
還有通信數(shù)據(jù)的糾錯，剛才說了通信一定要考慮糾錯的問題。我們之前最早跟林特的芯片，他們早先的芯片里面就有一個通信的抗干擾能力的問題，當(dāng)時也是我們跟他們的設(shè)計者溝通之后，在后續(xù)的產(chǎn)品里面把它改掉了。被動均衡控制，主動均衡的PW的環(huán)路控制，這些東西都會做在里面。
接下來我簡單對整車和儲能這兩個相關(guān)的應(yīng)用進(jìn)行一些比較，這是一個典型的三層架構(gòu)的整車拓?fù)?，最上面一層就是車上的東西，跟我們電池相關(guān)的最下面的就是電池組，從整車來看是一個三層架構(gòu)。
這是一個典型的集裝箱的系統(tǒng)拓?fù)?，是比較復(fù)雜四層架構(gòu)，所以從這個三層架構(gòu)來看，跟整車架構(gòu)是一一對應(yīng)的，從拓?fù)鋪砜礇]有本質(zhì)的區(qū)別，區(qū)別只在于要求和策略的不同。
這是我做的一個對比，整車和儲能系統(tǒng)的要求，電壓采集精度，整車要求高，儲能要求相對低，這是因?yàn)檎嚿厦鎸τ赟OC這些比較敏感，因?yàn)樗吘故歉酥苯雨P(guān)聯(lián)的。溫度采集是一樣的，肯定都要求很高的，因?yàn)闇囟戎苯哟砹税踩缘膯栴}。溫度采集的通道數(shù)，儲能會相對更多一點(diǎn)，因?yàn)閮δ芾锩娴碾姵馗?。還有安全診斷，安全診斷我認(rèn)為兩者的要求其實(shí)都是很高的，而且儲能系統(tǒng)因?yàn)槟芰考校瑢Π踩缘囊髸?。還有SOC的精度，整車要求是比較高的，因?yàn)檎嚧嬖谛旭偫锍探箲]的問題，這塊如果你做的精度不高，有個20%的誤差那完蛋了，你到20%人家還可以可以開到家里，然后停路上就麻煩了。SOH也是一樣的，因?yàn)樵谲嚿系脑?，它的循環(huán)次數(shù)非常多，登輝我們后面可以看到我舉個例子，我們在失控電動的案例里面，一塊電池一天可能要循環(huán)好幾次。SOP都是對功率的控制，整車因?yàn)樯婕暗郊铀佟p速、自動、能量回饋，它的應(yīng)用場景是比較復(fù)雜的。
抗震動或者是抗擾性，整車最大的要求就是它是一個動的東西，所以它抗震動要求比較高，儲能影響是靜態(tài)的，所以在抗振動這塊沒有特別的要求。
另外工作環(huán)境，整車是很惡劣的，冬天在外面零下40度都有可能，夏天在地面溫度可能是四五十度，電池真是飽受煎熬。
工況，整車的工況復(fù)雜多變，儲能有一定特定的規(guī)則。
串聯(lián)數(shù)目，整車上面串聯(lián)比較少，因?yàn)橄癯擞密囋?00多伏的檔次，大巴在5、6百的檔次，但是儲能的總壓很多，一串非常多。
并聯(lián)數(shù)目，整車的并聯(lián)一般用的比較少，串完之后再并。儲能上面我們用的比較多了，我們叫簇的并聯(lián)，及其切換控制，這個是比較重要也比較特殊的。
標(biāo)準(zhǔn)化問題，整車上面的標(biāo)準(zhǔn)化是很難的，尤其是我們做電芯和PACK的，因?yàn)槟愕目蛻羰钦噺S，每輛車都不一樣，你想把它做成標(biāo)準(zhǔn)化比較困難，但是對于儲能來講，基本都是做電芯的廠家自己控制，或者說做儲能的系統(tǒng)自己控制，我們是有可能做成一個標(biāo)準(zhǔn)化的東西的。而且大家剛才也都說了，第一個是安全性，第二個是低成本。低成本怎么來呢，肯定是規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化。
這個是簡單下的一個結(jié)論，從幾個方面，對安全的要求，對電池參數(shù)估算的要求，對電池均衡的要求。無論是儲能還是整車，對安全的要求都是第一位，最重要的，而且相對來講儲能系統(tǒng)儲存容量更加集中更加高，對安全的要求應(yīng)該更加高。對電池參數(shù)估算的要求，整車需要精準(zhǔn)的SOC的估算，儲能方面相對要求低一些。對電池均衡的要求，集裝箱儲能由于其串門屬于更加多，從而電池一致性差異帶來的影響更為明顯，需要有效的處理手段。以整車電池管理的要求來設(shè)計儲能系統(tǒng)，可以達(dá)成上述目標(biāo)。
剛剛講到均衡，我們這里簡單介紹一下目前的均衡的解決方案，一種就是被動均衡加上均衡管理的系統(tǒng)，優(yōu)勢就是成本比較低，因?yàn)楸粍泳獾碾姵毓芾硐到y(tǒng)相對成本低一點(diǎn)，劣勢就是維護(hù)不方便，這是一個維護(hù)設(shè)備，非實(shí)時在線，得人給它拿過去，用完再實(shí)時拉走，所以不方便，可能也不及時。
如果是主動均衡管理系統(tǒng)，優(yōu)勢當(dāng)然是自動均衡，無須現(xiàn)場人員安裝操作，反正我天天在那兒工作，隨時保持電池的有效性。劣勢就是成本相對高一點(diǎn)，主動均衡的可靠性和安全性要加強(qiáng)，避免主動均衡電路失效帶來了漏電甚至短路，這個是之前有一些案例發(fā)生的。因?yàn)槿魏坞娐范际怯惺эL(fēng)險的。
這是我們一種主動均衡的解決方案，一個是性價比、兼容性和失效安全，性價比就是我們要實(shí)現(xiàn)用的起的產(chǎn)品，主動均衡的產(chǎn)品相對于被動均衡的產(chǎn)品大概增加15塊左右，兼容性就是主動均衡和被動均衡接口保持一致，第三個最重要的是失效安全。對失效這塊來講一定是假設(shè)所有的器件都是可能失效的，不能說我這個東西是某某廠家買的，我絕對不可能失效，這是不可能的。主動均衡因?yàn)楹碗姵刂苯舆B接，尤其需要做到失效安全。萬一沒控制好失效了，電池?zé)嗽趺崔k呢？所以你一定要做到即使相關(guān)器件短路開路故障，電池仍然是安全的，短期看沒有問題，長期看一定會有風(fēng)險。
我們講一個實(shí)際的應(yīng)用案例，杭州的時空電動，我們跟他們一起做整個項(xiàng)目，他們是從整車到儲能系統(tǒng)完整的標(biāo)準(zhǔn)化，就是把我們剛才說的這些概念都體現(xiàn)出來了。第一個核心理念，我們看它是從整車應(yīng)用到儲能系統(tǒng)，電池是標(biāo)準(zhǔn)化的，因?yàn)樗鼈冏约涸燔?，所以可以控制這個標(biāo)準(zhǔn)化。第二個是直接整包級別的梯次利用。這里面要做到核心理念你需要后面兩個東西，一個是兼容性，一個是長壽命。兼容性不管是整車充電模式還是換電模式，還是說儲能這里可以用大型集裝箱，我的電池接口、能量規(guī)格、系統(tǒng)協(xié)議、系統(tǒng)控制是全部兼容的，實(shí)現(xiàn)即插即用。最理想的是我把車上的拆下來，直接塞到另外一個地方就可以用了。還有一個長壽命，長壽命一個是通過一開始電池儲存時候的配組，還有一個是通過均衡管理，維持一致性，延長循環(huán)壽命，保障整包級別的梯次利用，否則你時間不到，它已經(jīng)沒了，或者說已經(jīng)放不出電了。
還有一個實(shí)例是我們跟一些儲能廠家做的標(biāo)準(zhǔn)化的案例，基于標(biāo)準(zhǔn)箱的儲能電池系統(tǒng)。所以核心理念也是差不多的，從家儲系統(tǒng)到集裝箱系統(tǒng)，電池箱體標(biāo)準(zhǔn)化，直接堆疊使用。兼容性，不管是家儲還是大規(guī)模的船并聯(lián)，電池箱不管從尺寸、協(xié)議等等都要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化兼容，長壽命也需要均衡的參與。
這里是我們儲能電池系統(tǒng)的解決方案，有三個重要的點(diǎn)，一個是標(biāo)準(zhǔn)箱，尺寸和接口固定，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，可以以任意方式組合，無須修改軟硬件，即插即用。
第二個是串并聯(lián)，我的電池箱怎么去串并聯(lián)，要求可以支持多種組合形式，不管你是單箱使用還是多箱并聯(lián)使用，還是多箱先串再并，多簇并聯(lián)使用，我根據(jù)系統(tǒng)的方案可以隨時快速的變化。
后面這個是我們的一些應(yīng)用案例。累計有9萬臺車的供貨經(jīng)驗(yàn)，還有一些儲能的案例。
謝謝大家。
（本文根據(jù)現(xiàn)場錄音整理，未經(jīng)本人審核）
發(fā)言人簡介：
張偉峰先生長期從事電池管理系統(tǒng)，大規(guī)模芯片設(shè)計以及汽車電子技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)和管理。
通現(xiàn)代數(shù)字通信理論和算法，九十年代中于比利時阿爾卡特貝爾從事當(dāng)時世界領(lǐng)先的ADSL調(diào)制解調(diào)基帶芯片和系統(tǒng)控制芯片的開發(fā)， 參與了IP交換機(jī)核心交換芯片的開發(fā)和系統(tǒng)測試，并提出了大規(guī)模芯片的系統(tǒng)級驗(yàn)證方法和自動化工具。
張偉峰先生于2010年創(chuàng)立浙江高泰昊能科技有限公司，矢志于新能源和清潔能源的應(yīng)用。高泰昊能建立了基于TS16949和IPD的流程體系，保障了從需求到實(shí)現(xiàn)的精準(zhǔn)和高效。高泰昊能聚焦于電池管理系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)和高壓配電系統(tǒng)和云端平臺，廣泛應(yīng)用于電動汽車、儲能系統(tǒng)、超級電容系統(tǒng)等。高泰昊能不斷推陳出新，優(yōu)化產(chǎn)品和算法（如精準(zhǔn)的SOC和高性價比的主動均衡），打造高安全性高可靠性高經(jīng)濟(jì)性的產(chǎn)品，并以快速響應(yīng)和服務(wù)滿足客戶當(dāng)前和將來的需求，共同推進(jìn)中國新能源事業(yè)的發(fā)展！
