中国储能网讯：2017年4月24-26日，第七届中国国际储能大会在苏州香格里拉酒店圆满召开，来自中、美、英、德、澳、日、韩等国家的1400余位嘉宾到场参会。大会共邀请140余位行业专家与企业代表，围绕产业热点话题，发表了一系列精彩演讲，中国储能网将向读者传递本次大会最具价值的声音。
大会期间，浙江高泰昊能科技有限公司总经理张伟峰先生在“储能电站暨微电网专场”，以《片技术水平和整车研发平台下对BMS的认知和思考》为题发表演讲，现将演讲主要内容发布，以飨读者。
张伟峰：各位嘉宾下午好。我今天的题目比较微观一点，刚才各位讲的都是比较宏观的，都是储能系统的应用，电网的东西，我这个东西比较小，是芯片，BMS相关的东西。我们公司本身是做BMS和整车控制器的，我本人在做这个之前也有十几年的芯片设计的经验，我想这个题目可能对大家有点帮助，可以了解一下我们底层的东西。
这是我们之前的一些小小的业绩。
看一下芯片技术及其发展。芯片是我们整个电池行业的技术，从中国的芯片行业来讲，这么多年来中国的芯片行业一直没有太本质的发展，因为我自己做这个行业这么多年，确实是深有感触，尤其是在汽车级和工业级领域，我们的芯片一直没有特别长足的进展。
今天我们看一下电池管理系统对芯片的基本要求，简单看可以分六个方面，第一是电压采集，这是一个最最基本的功能，最核心的需求，所有的功能都需要借助于这个功能来实现。第二是温度，可以简单的转化为电压采集，因为相对比较简单一点，第三是均衡控制，大家都知道在我们电池管理行业来讲主要分为主动均衡和被动均衡，被动均衡比较简单，因为它的控制各方面对芯片的要求都比较简单一点，主动均衡一般是没有办法集成的。
第五是故障诊断，现在也是越来越重要，对硬件的可靠性能诊断和预警，目标是要实现失效安全机制。还有一个是通信接口，实现采集芯片和主控芯片的信息互通。最底层的芯片就是一个传感器，物联网的概念，它必须要通过一个通信手段来上报。第六是可靠性要求。既然我们是用在车上，用在储能上也好，它对可靠性的要求是非常高的。
目前电池管理芯片的主流厂家，大家可以看一下，排在最前面的是LinearTech名头比较大一点，Intersil也有，但是它的系列不是很全Maxim也在推，它的系列也不是特别全，TI现在有两款，PL536系列和PL455系列，还有NXP有33771系列。后面简单讲一下高泰之前也做了一款芯片，可以跟大家分享下
这是一个简单的对比，一个是通道数，精度、诊断功能、通信接口这几个方面来比较一下这几家的差异和共同点。目前主要的通道数都是在12路左右，个别的有6路和16路，还有14路的，目前来讲主要12路为主。精度上，各家都是比较精确的，我们讲精度是讲全温度范围的精度，不是说你在常温下的精度，常温下的精度一般在3个mv，或者5个mv。诊断功能就是刚刚讲的硬件上的全面预警和判断，这一块也是各家各有所长。有些做的比较弱一点，基本上没有，后面早期一点的产品基本都是没有的。
还有一个就是通信接口，通信接口这里面虽然跟我主要的采集功能没有特别的关系，但是它跟整个系统的成本是很有关系的，BMS的成本比较贵，这里面核心来讲还都是芯片的成本，尤其像通信接口这里，现在一般来讲会有两种形式，一种叫SPI，SPI相对比较简单。还有一种是菊花链。SPI一般是标准接口，它整个的接口定义是业内标准的，但是它需要一些器件来支撑，所以带来的成本比较高。菊花链是自定义接口，现在各家各有自己的通信手段，它是没有兼容性的，它主要的目的是为了减化隔离的成本，所以想了这么的花招。但是菊花链要做好，要做稳定可靠是不容易的。
芯片发展的趋势，第一，安全性永远是第一位。安全性没有的话，什么都谈不上。所以第一个我们可以看，现阶段大部分芯片厂家都已经开始按照功能安全的标准，26262的标准进行芯片的安全功能的设计，并且进行相关的认证。但是功能安全要求反过来讲对芯片的成本肯定是有增加的，任何事情都不可能既要马儿跑的快，又要马儿不吃草，这不现实。
功能安全的核心来讲，就是要做到冗余和诊断。冗余就是我至少一个关键功能是有两个备份的，自然我的成本就增加了。另外它要诊断。诊断就是要有另外的电路去判断它是什么状态，所以核心来讲也是增加我的成本的。所以安全诊断这块从芯片来讲是增加成本的，但是对于企业的长期可靠性肯定是带来好处的，所以我们如果要从使用成本来讲，应该是有降低的。
另外一个发展趋势就是通道数，我总结为两种方向的发展，并不是说通道数集成越多越好，因为这个是有物理条件限制的。它有两种方向，第一种方向是通道数增加，现在主流的是12路，但是现在也有16路、18路，都开始有这个规划。简单讲它的逻辑是什么呢？就是通道数增加，集成度增加，我的硬件成本肯定会下降。但是它也并不是那么简单，通道数增加以后，单个芯片需要处理的共模电压升高了，也就是我要耐压提升，其实我们芯片行业最难做的一个是射频，一个是高压。芯片上面的那些基本的芯片，怎么做上去，它对耐压是有要求的。所以芯片的制造成本会增加，因为芯片的成本主要分两块，一块是裸片的面积，还有一个就是我的制造工艺。大家都说芯片其实是沙子做出来的，沙子里面提炼出硅，硅变成硅片，在硅片上面我们印刷电路。但是印刷电路的过程就叫制程工艺，不同的制程成本是不一样的。再继续增加通道数成本是不会下降的，甚至是不可能实现的。
一般来讲芯片耐压越高，它对芯片的线宽要求就越高，因为芯片集成电路为什么可以降低成本，主要是因为我们讲纳米级的工艺，它是把线宽越变越小，所以我的硅片面积可以下降。但是高压之后我的线宽就不能无限的往下降，降了以后安全就有问题，芯片就不能工作，所以并不能降低成本，甚至是不可能实现的。
另外一个方向是通道数减少，比如4串、6串甚至1串，这方面也是有一定的逻辑的，不管是电芯场还是PACK大家都喜欢建立一个标准化的模组设计，希望有分布式的电池管理，我们也碰到好多有这样的需求，这样的好处是便于标准化、组装方便，我可以随时组装。同时减少串数就是降低共模电压，所以成本也会降低，这是另外一个逻辑。我把通道数降低了，所以我的制造工艺就简单了，我的成本也会下降。这里面有个难点是什么呢，因为我把它分解成越来越少之后，通信的开销就增加了，所以通信开销这里我们需要仔细设计一个通信的接口，否则成本会增加，可靠性也会降低，因为通信的过程就是跟噪声在抵抗的过程，我们如何从噪声中提取信号的问题，所以通信接口也是一个比较可观的成本。
还有一个是均衡，被动均衡和主动均衡，被动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电流一般不可能太大，因为过电流一定会发热，发热的话芯片就必须要把封装做大，把硅片面积做大，这样就会增加成本。而且集成MOS之后可能会带来可靠性的下降。因为芯片里面是有很多集成通道的，芯片内部有大量的集成通道，一不小心这个芯片可能就会被搞死了。
还有一个是主动均衡，目前来看你要想完全集成在采集芯片里面几乎是不可能的，现在能提供的也就是所谓的独立功能的芯片，而且是比较受限的。它的难度在哪里呢？就是因为涉及到功率电路及其环路控制，跟采样电路本身关系不大，而且不同的电池，比如一个BMS或者一个芯片我可能管十几路，我每一路的电池它是不一致的，都各自有各自的电压，我怎么去解决它的参考地的问题呢？这是不好弄的。在电路控制上其实是非常复杂的事情，所以目前芯片厂家还不能提供有效的高性价比的可靠性的主动均衡的控制芯片，这也是为什么在市面上你们很难看到这样一个芯片的原因。
这个是高泰做的一款芯片，我们当时是基于国家智能电网的智能电芯的项目，当时的出发点是说我单颗电芯或者单个电芯模块，就可以做成一个智能的东西，它自己可以管自己了，实现电压温度采集，以及主动均衡的环路控制，达到智能电芯的目的。我单个电芯就是一个智能化的东西，你可以随便给我组装，这是我们当时的一个出发点。做这个事情大概在2013年左右，当时申请了国家的创新基金项目完成了设计和流片，这是当时流片的芯片。
这个是单通道，我们当时为什么选择单通道，主要是刚才说的几个问题，一个是我们需求上做一个单个的智能芯片，另外高压问题很难把握，多通道之后你的均衡其实是很难实现的，主动均衡的控制很难实现，所以我们选择了单通道的采集和控制。当时也已经采用了一些功能安全的概念，比方说有两路的冗余电压，虽然我只有一颗电芯，但是我有两路的冗余电压，增加冗余就增加安全性。两路的温度采集和集联的通信接口，通信这里要特别讲一下，通信是一个很复杂的东西，你做的不好你的可靠性会降低，同时你的成本会增加。
另外通信地址自动分配逻辑，因为我每一颗电芯做完之后出场都是一样的，配上一颗芯片以后我就随意组装了，我一旦排好之后我要让他们通信的话，我必须要有地址的区分。怎么区分呢？我不可能用手工一个个去贴，或者说装个什么东西，这样的话你自动化就没法做了，而且成本也非常高，所以这里面要解决一个自动地址分配的算法，还有它的算法逻辑的实现。
还有通信数据的纠错，刚才说了通信一定要考虑纠错的问题。我们之前最早跟林特的芯片，他们早先的芯片里面就有一个通信的抗干扰能力的问题，当时也是我们跟他们的设计者沟通之后，在后续的产品里面把它改掉了。被动均衡控制，主动均衡的PW的环路控制，这些东西都会做在里面。
接下来我简单对整车和储能这两个相关的应用进行一些比较，这是一个典型的三层架构的整车拓扑，最上面一层就是车上的东西，跟我们电池相关的最下面的就是电池组，从整车来看是一个三层架构。
这是一个典型的集装箱的系统拓扑，是比较复杂四层架构，所以从这个三层架构来看，跟整车架构是一一对应的，从拓扑来看没有本质的区别，区别只在于要求和策略的不同。
这是我做的一个对比，整车和储能系统的要求，电压采集精度，整车要求高，储能要求相对低，这是因为整车上面对于SOC这些比较敏感，因为它毕竟是跟人直接关联的。温度采集是一样的，肯定都要求很高的，因为温度直接代表了安全性的问题。温度采集的通道数，储能会相对更多一点，因为储能里面的电池更多。还有安全诊断，安全诊断我认为两者的要求其实都是很高的，而且储能系统因为能量集中，对安全性的要求会更高。还有SOC的精度，整车要求是比较高的，因为整车存在行驶里程焦虑的问题，这块如果你做的精度不高，有个20%的误差那完蛋了，你到20%人家还可以可以开到家里，然后停路上就麻烦了。SOH也是一样的，因为在车上的话，它的循环次数非常多，登辉我们后面可以看到我举个例子，我们在失控电动的案例里面，一块电池一天可能要循环好几次。SOP都是对功率的控制，整车因为涉及到加速、减速、自动、能量回馈，它的应用场景是比较复杂的。
抗震动或者是抗扰性，整车最大的要求就是它是一个动的东西，所以它抗震动要求比较高，储能影响是静态的，所以在抗振动这块没有特别的要求。
另外工作环境，整车是很恶劣的，冬天在外面零下40度都有可能，夏天在地面温度可能是四五十度，电池真是饱受煎熬。
工况，整车的工况复杂多变，储能有一定特定的规则。
串联数目，整车上面串联比较少，因为像乘用车在300多伏的档次，大巴在5、6百的档次，但是储能的总压很多，一串非常多。
并联数目，整车的并联一般用的比较少，串完之后再并。储能上面我们用的比较多了，我们叫簇的并联，及其切换控制，这个是比较重要也比较特殊的。
标准化问题，整车上面的标准化是很难的，尤其是我们做电芯和PACK的，因为你的客户是整车厂，每辆车都不一样，你想把它做成标准化比较困难，但是对于储能来讲，基本都是做电芯的厂家自己控制，或者说做储能的系统自己控制，我们是有可能做成一个标准化的东西的。而且大家刚才也都说了，第一个是安全性，第二个是低成本。低成本怎么来呢，肯定是规模化、标准化。
这个是简单下的一个结论，从几个方面，对安全的要求，对电池参数估算的要求，对电池均衡的要求。无论是储能还是整车，对安全的要求都是第一位，最重要的，而且相对来讲储能系统储存容量更加集中更加高，对安全的要求应该更加高。对电池参数估算的要求，整车需要精准的SOC的估算，储能方面相对要求低一些。对电池均衡的要求，集装箱储能由于其串门属于更加多，从而电池一致性差异带来的影响更为明显，需要有效的处理手段。以整车电池管理的要求来设计储能系统，可以达成上述目标。
刚刚讲到均衡，我们这里简单介绍一下目前的均衡的解决方案，一种就是被动均衡加上均衡管理的系统，优势就是成本比较低，因为被动均衡的电池管理系统相对成本低一点，劣势就是维护不方便，这是一个维护设备，非实时在线，得人给它拿过去，用完再实时拉走，所以不方便，可能也不及时。
如果是主动均衡管理系统，优势当然是自动均衡，无须现场人员安装操作，反正我天天在那儿工作，随时保持电池的有效性。劣势就是成本相对高一点，主动均衡的可靠性和安全性要加强，避免主动均衡电路失效带来了漏电甚至短路，这个是之前有一些案例发生的。因为任何电路都是有失效风险的。
这是我们一种主动均衡的解决方案，一个是性价比、兼容性和失效安全，性价比就是我们要实现用的起的产品，主动均衡的产品相对于被动均衡的产品大概增加15块左右，兼容性就是主动均衡和被动均衡接口保持一致，第三个最重要的是失效安全。对失效这块来讲一定是假设所有的器件都是可能失效的，不能说我这个东西是某某厂家买的，我绝对不可能失效，这是不可能的。主动均衡因为和电池直接连接，尤其需要做到失效安全。万一没控制好失效了，电池烧了怎么办呢？所以你一定要做到即使相关器件短路开路故障，电池仍然是安全的，短期看没有问题，长期看一定会有风险。
我们讲一个实际的应用案例，杭州的时空电动，我们跟他们一起做整个项目，他们是从整车到储能系统完整的标准化，就是把我们刚才说的这些概念都体现出来了。第一个核心理念，我们看它是从整车应用到储能系统，电池是标准化的，因为它们自己造车，所以可以控制这个标准化。第二个是直接整包级别的梯次利用。这里面要做到核心理念你需要后面两个东西，一个是兼容性，一个是长寿命。兼容性不管是整车充电模式还是换电模式，还是说储能这里可以用大型集装箱，我的电池接口、能量规格、系统协议、系统控制是全部兼容的，实现即插即用。最理想的是我把车上的拆下来，直接塞到另外一个地方就可以用了。还有一个长寿命，长寿命一个是通过一开始电池储存时候的配组，还有一个是通过均衡管理，维持一致性，延长循环寿命，保障整包级别的梯次利用，否则你时间不到，它已经没了，或者说已经放不出电了。
还有一个实例是我们跟一些储能厂家做的标准化的案例，基于标准箱的储能电池系统。所以核心理念也是差不多的，从家储系统到集装箱系统，电池箱体标准化，直接堆叠使用。兼容性，不管是家储还是大规模的船并联，电池箱不管从尺寸、协议等等都要实现标准化兼容，长寿命也需要均衡的参与。
这里是我们储能电池系统的解决方案，有三个重要的点，一个是标准箱，尺寸和接口固定，协议标准化，可以以任意方式组合，无须修改软硬件，即插即用。
第二个是串并联，我的电池箱怎么去串并联，要求可以支持多种组合形式，不管你是单箱使用还是多箱并联使用，还是多箱先串再并，多簇并联使用，我根据系统的方案可以随时快速的变化。
后面这个是我们的一些应用案例。累计有9万台车的供货经验，还有一些储能的案例。
谢谢大家。
（本文根据现场录音整理，未经本人审核）
发言人简介：
张伟峰先生长期从事电池管理系统，大规模芯片设计以及汽车电子技术领域的研发和管理。
通现代数字通信理论和算法，九十年代中于比利时阿尔卡特贝尔从事当时世界领先的ADSL调制解调基带芯片和系统控制芯片的开发， 参与了IP交换机核心交换芯片的开发和系统测试，并提出了大规模芯片的系统级验证方法和自动化工具。
张伟峰先生于2010年创立浙江高泰昊能科技有限公司，矢志于新能源和清洁能源的应用。高泰昊能建立了基于TS16949和IPD的流程体系，保障了从需求到实现的精准和高效。高泰昊能聚焦于电池管理系统、整车控制系统和高压配电系统和云端平台，广泛应用于电动汽车、储能系统、超级电容系统等。高泰昊能不断推陈出新，优化产品和算法（如精准的SOC和高性价比的主动均衡），打造高安全性高可靠性高经济性的产品，并以快速响应和服务满足客户当前和将来的需求，共同推进中国新能源事业的发展！
