阳光电源 BM T 电池管理技术白皮书

芯安锂得 储变不惊 阳光电源 BMT电池管理技术白皮书2 前 言 P R E F A C E 全球可再生能源渗透率持续攀升，储能行业迎来高速发展。随着交流侧电网应用场景的多样化、储能系统容量日益增大、以及响应电网的动态要求越来越苛刻，对电池管理技术提出了更高的要求，加速从面向电池的被动监测转为面向系统的主动控制，产品形态上也从独立部件快速转向系统融合，以满足系统长期安全高效运行。 作为全球领先的储能解决方案提供者，阳光电源从全球50GWh+项目实际应用出发，系统性提出基于三电融合的BM T（Battery Monitoring and Management Tech）电池管理技术，增强储能系统实际运行中的电池信号可感、状态可知、联动可控能力，保障储能系统“大”时代的安全性、经济性，本白皮书对技术方案及应用进行系统性阐述，供行业参考。2 目 录CONTENTS 储能发展对电池管理技术提出新挑战 441.1大容量、大规模成储能发展趋势1.2管不住安全的电池管理产品被诟病 储能电池管理技术应用乱象 72.1 电池数据不全面与单一维度数据过度投入并存 82.2 电池状态估算不准与盲目主动均衡并存 92.3 数据孤岛与数据无意义交互并存 102.4 故障定位不准与故障告警频发并存 阳光电源BM T电池管理技术方案3.1 BM T技术方案简介22 13 143.2 信号有效可感 163.3状态精准可知 213.4系统联动可控 243.5技术特点与价值 BM T技术未来展望2 2728294.1电池信号可感4.2电池状态可知4.3系统联动可控 储能发展对电池管理技术提出新挑战 1.1大容量、大规模成储能发展趋势 从市场层面，全球能源结构转型进入加速阶段，高比例可再生能源的接入导致电力系统对储能发展需求急剧增加。据彭博新能源财经最新数据显示，自2020年以来，全球储能装机容量显著增长，2024年新增装机量达168.7GWh，预计2035年新增装机量达964.8GWh。 从产品层面，储能电池单体容量、单柜体容量和单一电站的规模均不断扩大。2021年，电池单体容量280Ah+，单柜体容量多小于3MWh，单一电站规模多为百MWh级。2024年，电池单体容量超600Ah+，单柜体容量超5MWh+，单一电站规模突破到GWh级。 1.2管不住安全的电池管理产品被诟病 储能系统内电池数量及系统信息数据大幅增加，因电池管理不精准或滞后导致的系统停运和安全事故成为行业痛点。 非计划停运 中电联2022年-2024上半年发布的《电化学储能电站安全信息统计数据》指出，电池管理系统是电化学储能电站非计划停运的核心原因，历年平均停运时长为3.65小时、14.5小时、18.86小时。 安全事故 据美国电力研究院（EPRI）统计，2018年至2024年，全球共计发生81起储能火灾/爆炸事故，带来巨大资产损失。 2024年，EPRI发布的全球首份储能电站事故根本原因分析报告《电池储能系统故障事件数据库的见解》指出，涉及电池管理等控制问题是储能安全事故的主要诱因，占比高达46%。 储能电池管理技术应用乱象 2.1电池数据不全面与单一维度数据过度投入并存 传统电池管理系统依赖电压(V)、电流(I)和温度(T)监测电池状态，但锂离子电池内部状态复杂且非线性，这些参数难以全面反映电池真实状态。以电池热失控为例，电池内部状态变化如SEI膜分解、电解液副反应加剧、电极材料分解等不易在线观测，而VIT参数变化又相对滞后，导致热失控预警难度大。 为此，业内出现增设单一维度传感器数量的做法，例如电池模块中每一颗电池单体配置一个温度传感器。但从电池模块温度监测的大量实验显示，在正常充放电循环、热失控等异常发生前后，相邻电池单体之间的连接极片温度变化幅度与时间基本一致。通常电池单体过温保护阈值在50~60℃范围内，远低于电池热失控温度，满足工程应用中热管理响应时间要求。因此过度的温感数量投入并不能对电池安全保护有实质性提升，反而器件数量增加、线束增多，会加剧系统的故障率，包括线束对电池构成短路风险增加。 2.2电池状态估算不准与盲目主动均衡并存 磷酸铁锂电池的SOC和SOH估算是行业普遍难题，主要源于其材料特性、环境因素、工况复杂及算法局限性等多种因素，误差普遍在5%-8%以上，尤其是储能系统长期运行在非满充满放的工况下， SOC、SOH长期得不到校正，累计误差被进一步放大。 电池模块的一致性决定了系统整体出力，为避免“木桶效应”（即电池模块性能受最差电池单体限制），通常采用均衡控制来缩小电池单体之间的差异。但在电池状态估算不准的前提下，盲目追求电池一致性，过度加大对电池单体均衡能力，即电池单体级采用大电流主动均衡技术，短期内可以强制缩小电池单体间的差异，但长期看，忽略电池单体是否病态的过度均衡将导致其内阻增大、容量进一步衰减，可能将一致性问题扩大为安全性问题。 随着电池单体智能制造程度不断提升、液冷热管理技术普遍应用、簇级直接并联减少等系统设计优化，出现电池模块木桶效应几率大幅降低，因此一旦系统中出现严重木桶效应，存在病态电池单体的可能性更大，而不仅仅是容量偏差的一致性问题，盲目加大对病态电池单体的主动均衡能力来填补其不足，或对电池模块中其它正常电池单体实施被动能量消耗，强制“削高就低”实现系统均衡，无疑都是舍本逐末。 2.3数据孤岛与数据无意义交互并存 储 能 系 统 包 含 E M S 、 P C S 、BMS、MVS等多个子系统，各子系统之间需要数据互通、紧密配合，实现储能系统的高效运行。当储能系统设备中存在多厂商配套、多接口不统一、协议难匹配时，易造成数据孤岛现象，造成数据不能在系统中充分发挥其价值。 与此同时，也存在EMS、PCS、TMS、FFS各单元获取了电池实时状态数据，却并未作为控制依据的现象。例如传统的液冷热管理系统获取到电池单体的温度数据，但仍采用粗放的固化模式控制出水口温度，并未将电池单体温度作为控制目标。再如PCS获取到电池簇的SOC数据，但只执行EMS功率调度指令，对于电池簇是否需要均衡未做控制。诸如此类电池管理数据的“引”而不用，带来无意义交互，增加产品设计复杂性与成本投入。 2.4故障定位不准与故障告警频发并存 电池状态的故障判断依据单一、阈值设置不科学，以及多个判据之间相互耦合，是导致故障定位不准的主要原因。如电池单体压差大是储能系统中常见故障类型，但难以区分是采样回路异常还是电池本体异常。 为提升故障定位精准性，传统做法是增加细分故障类型，如设置电压采集线脱落故障。当发生电压采集线异常时，储能系统可能同时报出压差大故障、采集线脱落故障甚至过欠压故障。因此单纯采集电压值并不能准确定位故障的根因。 与此同时，多个判据之间相互耦合，也会造成一个问题引发多个关联故障并发。如图所示，当系统中某个电池单体引发过压报警时，还会触发电池模块级甚至是电池簇层级的电压一致性报警，表现出故障告警频发的现象。 告警阈值设置一刀切也会带来故障告警频发的现象，例如电池老化引起电池单体温差、压差扩大，而固定保护阈值无法适应这种变化，将正常波动误判为异常，引发告警频发。 阳光电源BM T电池管理技术方案2 3.1BM T技术方案简介2 BM T是一种综合性的电池管理技术，其核心目标是通过实时监测（Monitoring）与动态管理（Manage-ment）的双重机制，对电池系统进行信号采集-状态评估-主动调控的全流程闭环管理，最终实现储能系统安全、高效、长寿命。2 监测（Monitoring） 通过传感器网络与数据采集系统，实现多维度监测数据输入，如对电池电压V、电流I、温度T、压力P等核心参数进行实时追踪，并以算法驱动提升电池SOH、SOC和SOS等状态的精准估算。 管理（Management） 基于监测数据，通过主动控制策略对电池系统进行动态调整，包括采用主动/被动均衡技术消除电池单体间差异，管好电池一致性。优化系统内联动保护策略，平衡性能与寿命，实现故障部件快速切出，管好电池安全性。 储能电池管理的目标应以电网能量调度需求为导向，推动储能系统的安全性和经济性全面提升。阳光电源基于“三电融合”理念，深入研究从电网到系统、从系统到电池的垂直化管理，包括围绕电池的电特性、热特性和力特性等多维度管理，构建电池全生命周期模型，强化电池信号可感、状态可知、联动可控三层架构创新，打造智能化电池管理系统。 3.2 信号有效可感 高精度传感 VIT采集的精准性是电池管理系统的常规指标。如1500VDC储能系统中，簇级端口电压检测关系到开关合闸前的压差控制、绝缘电阻识别能力；电池单体级电压检测关系到均衡控制及过欠压保护；电流采集精度直接决定SOC估算精度，影响系统木桶效应的判断。 阳光电源储能电池管理采用直流一体化采样技术，实现电压、电流和绝缘电阻的极简化、高精度检测。通过采样调理电路引入温度补偿、共模干扰抑制等技术，实现全温度范围、全生命周期、全频段干扰下的高精度检测。标准工况下，电流采集精度优于0.2%RD，高压采样精度优于0.4%RD，支撑电池状态估算高精度。 多维度传感2 针对传统VIT传感技术对电池状态表征不全面和热失控预警滞后等缺陷，阳光电源基于TB级电池全生命周期数据库，深入分析电池在正常老化阶段和热失控阶段各信号参数的变化规律，重点研究电池的电压、温度、阻抗、力、气、光、声等信号在电池安全状态演变过程中的变化，阶段性提炼出电池膨胀力等多维度传感技术的工程化应用。实时监测电池单体膨胀力的数值和变化趋势，利用电池单体的“双峰呼吸效应”，以及随电池循环老化，其膨胀力规律性显著增强的特性，开发SOC/SOH估算算法，实现对电池SOC和SOH状态的精准估算。并利用膨胀力在热失控孕育期突破正常充放电的包络线这一特性，开发算法极早期预警电池热失控，为储能系统的安全稳定运行提供更有力保障。 低时延传感3 信号可感有效性在时延维度主要体现在传感器的响应时间、采样回路的调理与AD转换时间、以及数字量的通信时间等方面，其中通信时间在储能系统中较为突出。锂电池储能系统由多个电池簇组成，电池簇间常见通信形式多为CAN、RS485、以太网等，通信速率差异较大，数据经多层转换后传输延时大，影响VIT数据采集的一致性，对SOC的估算也产生影响。随着储能应用场景拓展，如构网型储能的应用，电网对储能系统的响应速度要求越来越高，同时大规模、多支路的并联系统，也对设备间时延一致性提出更高要求。 为应对以上技术挑战，阳光电源采用高速实时工业总线技术，统一储能系统内部通信方式，取代传统的分层式架构，通信速率由兆bps级提升至百兆bps级，多簇SOC刷新周期一致性更高，控制指令响应延迟缩短至原来的十分之一，多台PCS出力控制一致性更精准，同时达成us级控制同步大幅提升规模化构网支撑的响应能力、故障保护软停机能力。 3.3 状态精准可知 储能电池的状态估算是电池管理系统的核心任务，涉及SOH、BOL、SOL、EOL、RUL、SOC、SOP、 SOE、SOS多个关键参数。这些参数相互关联、共同构成电池状态的全方位评估体系，为电池的高效、安全运行提供支持。 智能SOH估算1 在储能电池的SOH估算领域，行业内普遍采用容量校正、内阻估计、电化学模型以及数据驱动等方法，存在电化学特性多变、测量难度高、计算复杂度高等问题，制约了SOH估算精度提升。其中，最常用的容量校正法本质上是以电池单体的充放电可用容量来间接衡量电池单体的健康状态，这种方法仅能反映电池单体的容量衰减程度，而无法提供具体的、直观的健康度信息。这类似于通过一个人的食物摄入量来衡量其整体健康状况，存在局限性。一些研究中引入SOL与RUL对应，表征电池单体可用容量的状态。 技术方案 阳光电源依托全球多场景储能系统运行数据与实验室测试数据，覆盖极端气候、高负荷循环等复杂工况，成功研发出具有强泛化能力的高精度SOH估算模型。该方