BMS底层技术升级 “剑指”储能安全预警和调度难题

　　未来很长一段时间内，储能安全“化被动为主动”将是整个储能产业技术创新的重要方向。

　　能否在“主动安全”这个赛道上胜出，很大程度上取决于软件层面的突破，而感知是决策的依据，底层的BMS系统决定了“起跑线”有多高。

　　BMS系统在储能系统中担任感知和执行的角色，衡量一个储能BMS系统的标准除了对电池SOC/SOH/SOP/SOE状态的精确计算分析，还包括抗干扰能力、快速响应能力、海量数据处理能力等，都是BMS均衡管理和精确控制的重要基础。

　　储能系统和电站大型化趋势下，需要协同控制的单体电池数量剧增，海量电池数据的快速稳定传输成为一大痛点。随着储能与电网互动的深入和电力现货市场改革的推进，电力系统对储能的响应能力也提出了更高要求。

　　这些进阶要求背后，需要的是一场BMS底层技术的升级——通讯能力升级。

　　储能系统的通讯是运行控制的基础，却鲜少有人关注通讯技术。储能系统储能系统内部组件之间、内部组件与外部电力系统之间的协调和控制，都依赖3S系统和通讯技术。

　　据高工储能调研了解，力高新能是业内首家将CAN FD、环形菊花链等新一代通讯技术引入储能BMS系统的企业。从BMS技术研发、产品开发到生产制造、供应链管控等各个环节，力高新能都遵循极其严苛的车规级全流程标准，以实现技术、产品的先进性和稳定性。

　　力高新能已深耕BMS行业14年，是国内最大的第三方BMS提供商。汽车动力电池的应用场景相对储能电池更复杂多变，力高新能CAN FD、环形菊花链等技术在汽车动力电池BMS系统上已得到大规模应用和成熟度的验证。

　　力高新能认为，未来，海量数据快速传输成为必然趋势，BMS、PCS、EMS的高速响应将助力储能系统安全性和经济性实现巨大飞跃。

　　主动安全和寿命保障

　　呼唤BMS底层升级

　　近年来，从储能电芯到系统、电站逐渐大型化，海量电芯的均衡控制难度显著提高。

　　此前，采用280Ah储能电芯的20尺3.44MWh储能集装箱，通常采用1P48S电池模组，电池仓中的电芯数量为3840个;而源网侧储能新一代主流产品是采用314Ah电芯的20尺5MWh储能集装箱，电池模组进阶成长条形的1P104S，需要的电芯数量近5000颗。

　　随着电芯逐渐向500Ah+、600Ah+甚至1000Ah+、3000Ah+大容量进阶，储能系统向6MWh+、7MWh+发展，大容量系统和复杂的拓扑结构对BMS的要求也水涨船高。

　　宁德时代曾对外表示，1GWh的储能项目大概需要150万颗电芯，再加上其他零部件，就相当于大飞机的零部件数量水平，PPM(百万分之一)级别的单体电芯失效率会有很多故障，即使是PPB(十亿分之一)的水平也可能还不够。

　　面对安全挑战升级，储能系统集成商开始从设计上革新：改变集中式架构，采用组串式或交直流一体设计，能量管理精细化;强化3S协同，或将BMS和EMS融合(二合一);引入AI大模型的电芯预警分析系统等。

　　但无论哪种设计革新，归根结底，底层电池状态数据是储能系统智能控制调度、安全性能保障的基石，脱离BMS的感知，犹如“无源之水、无本之木”。

　　目前，多家头部储能企业强调，储能安全要“化被动为主动”。

　　近期，全球范围内频繁发生的储能电站事故表明，虽然每个储能系统都配置了热管理和消防系统，但由于前期预防、预警热失控的不足，往往导致储能电站事故的控制难度巨大。

　　高工储能认为，要抑制储能电站热失控风险，提升储能全生命周期寿命，一方面是通过电池本体技术创新，另一方面是强化对电池数据的感知、传输、分析能力，真正做到“主动安全”。

　　BMS掌握着整个储能电站的海量电池数据，承担着提前探测和预警电池热失控风险的重要功能。

　　而现有的BMS并不能满足未来储能发展的需要，储能行业需要BMS底层技术升级。随着储能系统安全要求的持续提高，储能BMS不仅需要采集、处理的更多电池数据，还要提高数据的传输速度。

　　BMS龙头企业力高新能在接受高工储能采访时表示，已开始引入CAN FD、环形菊花链、千兆以太网等技术，提高了数据交互的速率和可靠性，满足实时状态监控、远程数据分析、海量数据传输等市场诉求，引领BMS产品升级。

　　力高新能主控产品之一

　　电网交互和收益提升

　　考验系统响应能力

　　在储能系统中，BMS不仅负责电池数据的感知、传输，还要负责指令的执行。

　　国内储能电站“建而不用”的情况一直饱受诟病，无论是新能源配储还是独立共享储能，均存在调度难度大、调度成本高的问题。

　　高工储能采访了解到，储能电站调度难有多方面原因，一方面在于储能电站布局分散，且新能源电力供需存在区域性的“错位”，另一方面在于通讯技术不足，不同厂商设备之间难以互联互通，对电网调度指令的响应速度不够快，甚至无响应的情况也时有发生。

　　盈利水平不足、价格传导机制不够完善是一直横亘在国内储能产业面前的难题。现阶段储能主要通过中长期电能量交易、调峰辅助服务获利，随着电力现货市场、调频辅助服务市场、容量市场不断完善，储能的盈利水平有望得到明显提升。

　　值得注意的是，储能接受电网调度，尤其是调频、电力现货交易等，对储能系统的响应速度均有较高要求。

　　尤其是独立储能电站这种完全依赖市场经营的主体，在容量租赁需求不足的情况下，主要通过调峰、调频等辅助服务和电力现货市场获利，而调频、电力现货交易等均以高精度、高效率的调度技术为基础。

　　工商业储能是国内商业模式相对更成熟的细分领域，但普遍依靠峰谷套利，盈利模式单一。

　　2024年以来，国内多数省份的分时电价政策调整后，峰谷价差同比缩小，政策的不确定性导致收益的不确定性，在一定程度上抑制了国内工商业储能的投资热情。

　　分布式储能的终极形态是向虚拟电厂发展，不仅能够真正打开储能的盈利空间，也是电力系统“去中心化”的主要方式。

　　面向未来虚拟电厂和大规模电力现货市场交易，储能系统的响应速度将直接影响收益的高低。

　　业内人士表示，虽然海外发达国家或地区的电力市场较为成熟，储能充分参与调频、电力现货交易等，但调频的时效性极强，对于用户侧储能而言，基本只能参与二次调频，由电网提前发布预调频指令。

　　随着风电、光伏新能源渗透率提升，电力系统对于储能调频的需求逐渐增大，除了火储联合调频，独立储能调频项目也正在兴起。

　　为应对快速响应的需求，多家电芯厂商推出了1C大容量电芯，BMS系统也需要技术革新以匹配高倍率电芯。

　　CAN FD和环形菊花链

　　如何提升通讯速率和稳定性?

　　快速感知和响应能力的核心是通讯技术。当前，实现毫秒级别的海量电池数据稳定传输是储能BMS行业的一大难点。

　　据了解，目前储能系统通常采用的通讯技术包括Modbus RTU、Modbus TCP、CAN、CAN2.0、CAN FD、Ethernet 以太网、菊花链、RS485、IEC 61850、IEC101、IEC104、MQTT等。

　　在储能系统内部，BMS总控(BAU)、主控(BPU)、从控(BMU)三级架构中，普遍使用的CAN和菊花链技术，外部通讯则主要采用modbus协议等。

　　CAN(Controller Area Network)技术是一种允许多个设备在同一网络上通信的协议，最大传输速率1Mbps，数据帧负载最长8字节。CAN 2.0是CAN协议的一个版本，数据帧负载依然限制在8字节以内。

　　而CAN FD是CAN协议的增强版，支持更高的数据传输速率和更大的数据负载，允许高达5Mbps的数据速率，帧负载最高可达64字节。目前，CAN FD已在汽车等领域大量应用。

　　基于对CAN FD的应用，力高新能BMS总控(BAU)的数据传输速率提升了5倍，该技术理论上最高可提速32倍。这意味着可以一次性传输更多的信息，降低了通信的延迟，交互效率大大提升。

　　菊花链是一种依次连接多个设备的方式，这种配线方案使得只有相邻的设备才能直接通信，能够承担的功能相对比较基础。在BMS中，菊花链结构用于主控与从控之间电池单元的连接。

　　主控与从控之间也常用CAN通讯，相对CAN技术，菊花链技术的拓扑、线束简单，元器件更少，更具成本优势。

　　据介绍，不同于行业传统方案，力高新能BMS产品充分考量了两种通讯方式的优劣势，并进行了升级改进。

　　环形菊花链技术是普通菊花链技术的进阶版本，尾端BMU还会再与BPU连接，形成环式链路。这种配线方案可以在整个通信链路上实现两个方向的信息传输。即使某个AFE小板或某条线束出现故障，也可以转换方向继续与BPU通信，不影响数据输送，从而增强了BMS的稳定管理与监测。

　　力高新能引入环形菊花链技术，在简化布线、降低成本的基础上优化了普通菊花链的稳定性问题。

　　高工储能认为，通讯技术的创新是储能BMS企业形成产品差异化的重要方向。BMS监测数据的体量、传输速度的快慢，将很大程度上影响电池热失控预测的准确度。储能系统的安全预警能力，愈发成为储能行业的核心竞争力。

　　业内人士表示，储能系统的通讯技术和标准将逐渐走向统一，CAN FD和环形菊花链等新一代BMS技术或将成为主流。

　　2024年，国内储能电站正大步迈向频繁调用，储能BMS对电池和系统全生命周期循环寿命和收益的作用将逐渐被放大。随着储能电站运行时间拉长，储能BMS企业之间的差距将越来越明显。