文 / CNESA 唐亮
隨著新能源汽車和儲能產業的發展，電池在傳統的消費類電子產品之外得到更為廣泛的應用。由於電池在濫用情況下比如過放、過充、過流、短路、過熱等不僅會嚴重影響電池的使用壽命，嚴重甚至還會引起起火爆炸等現象，隨著單體電池容量及系統產品的規模的不斷增加，這一問題顯得尤為突出。除了對電池本體的安全性進行改進之外，做好電池的監控管理是保障現有電池的使用安全、性能和壽命的必要手段。因此，電池管理系統（BMS）對電池系統的作用就顯得愈發重要。
BMS可以保障並優化電池系統的正常運行，提高電池效率，延長電池壽命，並對電池提供安全保護。IEC 62619標準中【1】中給出了常見的設備、電池和BMS的組成邏輯框架，BMS某種程度上已是電池系統不可或缺的組成部分。
Examples of BMS locations and battery system configurations（IEC 62619【1】）
BMS一般包括電池的數據採集分析、SOX狀態計算、充放電管理、電池保護、電池均衡、熱管理、數據通信等功能。
電池的數據採集分析的對象主要包括電壓、電流、內阻以及溫度。電壓、電流、內阻是表徵電池特性的主要參數，電池溫度是電池參數變化的影響因素。電池管理系統的所有算法、控制策略等都是基於採集的數據作為輸入，影響BMS性能的重要指標是採樣速率、精度。
SOX狀態計算主要包括電池的SOC、SOH以及SOE等。這些狀態是對電池進行控制和功率匹配的重要依據。BMS需要及時計算出電池的SOC、SOE值，供能源管理系統進行功率配置和確定控制策略。SOH主要供用戶評估電池的健康狀態以及預期壽命管理。
電池保護主要包括過充電保護、過放電保護、過電流、短路保護及過熱保護等。BMS需要監測電池的電壓、電流、溫度是否超出正常範圍，並在超出一定條件後作出反應並提供相應的保護。
電池均衡主要使串聯的單體電池或電池組電壓（容量）偏差保持在預期的範圍內，從而保證每個單體電池在正常的使用時保持相同狀態，以避免過充、過放的發生。目前為最大限度地發揮電池的效用，延長電池的使用壽命，增加安全性，要求BMS能夠實現電池均衡。
熱管理是控制電池工作在最適宜的溫度區間，對於大功率充放電和高溫條件下使用的電池尤為關鍵。熱管理的目的是使電池溫度平衡，儘可能降低電池溫度在空間上的差異性。
BMS與其他設備的通信是BMS的重要功能之一，根據實際的應用需要，可以採用不同的通信接口進行數據交換。一般採用CAN、RS485、以太網等實現相互間的信息通訊。
BMS本體主要由中央處理單元、數據採集檢測模塊（包括電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器、漏電檢測電路）、均衡模塊、顯示單元模塊、控制保護部件（熔斷裝置、繼電器、斷路器）等構成。BMS需要在符合電氣安全、電磁兼容性、環境適應性等要求的基礎上，確保對電池的監測控制和保護。
BMS相關標準方面，全國電力儲能標委會2017年最早發佈了GB/T 34131-2017《電化學儲能電站用鋰離子電池管理系統技術規範》，主要面向電化學儲能電站的應用規定BMS的使用條件、功能、檢驗要求等。
國外，CSA和IEEE正在制訂BMS相關標準要求。CSA立項了《Battery Management Systems》，涵蓋BMS的設計，性能和安全，不僅面向動力電池、儲能系統的應用，也包括移動電源應用、電動機械工具等。IEEE立項了《Recommended Practice for BatteryManagement Systems in Energy Storage Applications》，主要包括固定站房中BMS的設計、安裝和配置的要求，對接地和隔離、被動和主動均衡、有線或無線傳感器等BMS硬件的要求，以及對降低風險的最佳操作算法、告警、與外部通訊等軟件功能要求。涵蓋的電池類型包括鋰離子電池、鈉電池、先進鉛酸電池和液流電池。CSA和IEEE的兩個標準工作組已建立聯繫，以保持標準的協調。
中關村儲能產業技術聯盟2019年在GB/T 34131-2017的基礎上，組織相關企業，共同制定併發布了T/CNESA1002-2019《電化學儲能系統用電池管理系統技術規範》，對相關的邏輯架構、術語，進行了統一，進一步明確了功能要求、性能要求、相關參數的計算精度要求和測試方法。
電池管理系統典型架構
為進一步解決BMS標準落地實施的相關問題，聯盟2019年分別在比亞迪、寧德時代組織召開了電力儲能BMS標準化研討會。相關單位在目前BMS通用標準的基礎上，研討了BMS有待進一步明確的問題，決定成立BMS標準化工作組（成員單位名單見文末）。2019年底，經聯盟標委會批准，由寧德時代擔任第一屆工作組組長單位。
工作組針對儲能項目急需的通信標準進行了詳細研討，明確了儲能系統的通信架構，並於2019年底正式通過立項《電力儲能用電池管理系統與外部設備通信》標準，目前該標準由寧德時代牽頭起草中。
儲能系統通信架構
此外，電力儲能系統BMS功能安全要求及測試方法缺失，深圳市科陸電子科技股份有限公司儲能研發中心朱偉傑在《鋰離子電池儲能系統BMS的功能安全分析與設計》【2】中，從系統的危險識別和風險分析、整體安全要求確定和安全功能分配、安全完整性實現及驗證3 個主要分析步驟，參照IEC 61508、IEC 60730-1等相關參考標準梳理了電池儲能系統BMS功能安全的分析與設計過程。未來在ISO、IEC頂層功能安全標準的基礎上需要進一步探討電力儲能功能安全測試要求。
BMS的功能和性能直接關係著電池的性能、壽命、安全和用戶體驗。一個合適的電池管理系統能夠在充分發揮電池優越性能的同時，給予電池最佳的保護，保證電池性能，延長電池壽命，降低運行成本。
未來隨著技術的發展，工藝的成熟，應用場景的細分和明確，電池可能會逐步到標準化的產品。而BMS作為電池的直接管理系統，從標準化的測試要求過渡到標準化的產品可能也是未來的發展趨勢。聯盟會依託BMS標準化工作組，圍繞行業需求，不斷推進電力儲能BMS以至電池系統標準體系的完善。
參考文獻
【1】IEC 62619:2017《Secondary cells andbatteries containing alkaline or other non-acid electrolytes – Safetyrequirements for secondary lithium cells and batteries, for use in industrialapplications》
【2】朱偉傑, 史尤傑, 雷博. 鋰離子電池儲能系統BMS的功能安全分析與設計[J]. 儲能科學與技術, 2020, 9(1): 271-278.
工作組成員單位（拼音排序）
北京海博思創科技有限公司
比亞迪汽車工業有限公司
CSA Group廣東加華美認證有限公司崑山分公司
蜂巢能源科技有限公司
廣東電科院能源技術有限責任公司
國網江蘇省電力有限公司經濟技術研究院
杭州高特電子設備股份有限公司
杭州平旦科技有限公司
華北電力大學
華為技術有限公司
惠州億緯鋰能股份有限公司
南德認證檢測（中國）有限公司廣州分公司
寧德時代新能源科技股份有限公司
深圳市科陸電子科技股份有限公司
天津力神電池股份有限公司
許昌許繼電科儲能技術有限公司
陽光電源股份有限公司
浙江南都電源動力股份有限公司
