从电动汽车BMS，到储能BMS

9月19日，在德州仪器举办的可再生能源半导体技术创新峰会上，德州仪器分享了半导体技术在可再生能源领域的思考。

电池管理系统BMS，在电动汽车上至关重要。其实在储能系统中，BMS也同样重要。储能规模的提升，带来了许多新的技术难点，也有更多的机遇。在峰会的圆桌论坛，我们与在场的产业大咖与学术专家们畅聊了许多技术细节。

相比电动汽车上的动力电池，储能系统带来了许多新的挑战。

安全性。一台主流的电动车，电池容量60-80度，一个大型储能集装箱，能装数千度电，相当于小一百辆电动车。在一块不大的地方，堆放如此多的电池，原本就是一件很危险的事情。如何确保储能系统的绝对安全，是行业的头等大事。

可靠性。在电压平台上，动力电池大多数是400V平台，少数高性能产品可以做到800V，大型储能系统的平台电压高达1700-1800V。超高的电压，对BMS内部的采样精度带来的考验。而且，当系统的电芯数量，从数以百计，提升到百万量级，如果电池内部仍然采用传统的串行通讯，BMS对每块电芯轮询一遍，时间延迟会难以接受。

经济性。汽车是直接面向消费者的产品，成本并不直接影响销量。而储能产品的成本，直接决定了它是否具备商业价值。对于储能系统而言，度电成本最低是把电池应有的寿命发挥到极致。这既要求电芯本身的循环寿命性能，又对系统的热管理以及控制系统软硬件配合，提出了新的要求。

如何造出既安全、又可靠，还能挣钱的储能系统，BMS成为了其中的关键。如何提升BMS的性能，其中的重中之重是采样与通讯。

我印象最深刻的，复旦大学孙耀杰教授把电池采样比作中医的“号脉”。BMS对于电池数据的诊断，只有三个变量，电流、电压和温度，但要知道电池内部的真实状态，只能依赖于数据建模，包括电池健康度SOH、电池电量SOC，在实际工程上，都是测不准的估计值。

解决采样的难题，关键在于提高采样的精度和可靠性。

磷酸铁锂是主要储能材料，而恰好它的OCV其实几乎是一条平直的曲线，斜率很低。如果AFE的检测精度不高，如果依赖电压MAP去估算电量，电池的SOC在70%还是在40%，就很难计算出来。

德州仪器的周敏捷在现场介绍了他们的AFE产品BQ79718，电压检测精度在-20℃到65℃的温度范围时可以达到±1mV，即便是到更宽的温度范围如-40℃到125℃，还能保持±1.7mV的精度。这样的精度，几乎可以达到业内极高的水平。

电芯采样断线，也是另一个困扰行业的难题。当采样发生断线，由于电路中电容的存在，传统的检测机制不能快速定位，后果是采样的信号不可信，所有的安全设计都成了摆设。德州仪器在BMS中设计有快速断线检测的功能，在采样回路增加电流源，当发生采样断线，通过一个电流源把外部电容的电放掉，放掉之后，就可以清晰地验证这根线确实断掉，确保系统的采样和诊断是准确有效的。

除了采样，通讯也是重要的技术突破。

相比传统的串行通讯，菊花链的通讯方式可以在多个AFE之间形成链式通信，无需额外增加MCU，采用类似双绞线的线缆，把AFE串联在一起，电芯的采样数据发上来，从A到B，从B转到C，兜兜转转，汇总到一个MCU上，最后统一发送到尚有主机。不仅结构更简单，成本更低。

面对储能系统庞大的电芯数量，当数以千计、万计的电芯串联在一起，而单个AFE覆盖的电芯通常只有十几个，使用菊花链通信的方式，可以大量减少数字处理与通信相关的芯片，带来的可靠性和成本优势是非常可观的。

会上，我看到一组非常震惊的数据。2023年上半年，我国可再生能源装机量达到13亿千瓦，历史性地超过火电，占装机总量首次突破一半以上。

不知不觉，以火力发电为代表传统能源，正在被光伏、风能为代表的新兴能源逐步取代。说了几十年的能源革命，正在真实地悄然发生。可再生能源大量接入电网，而可再生能源有着天生自带的不稳定的波动特性，储能系统的需求急剧上升。电池储能，储能效率高，调度响应快，正在逐渐成为储能的重要力量。

能源的变革，将彻底改变人类获取、储存、使用能源的方式。这其中，离不开半导体技术进步，带来的红利。

这两年，国内的电动汽车发展的非常迅速，电池越来越大，续航越来越长，性能越来越强，对BMS的要求也越来越高。

像德州仪器这样的头部芯片供应商，有着成熟的动力电池BMS解决方案，从芯片级别的可靠性，到系统级方案的诊断功能，积累了大量车规级方案的经验。对于储能系统的BMS产品，也有着更全面、深度的理解。