儲(chǔ)能正在從“選配”變?yōu)椤皹?biāo)配”。

2025 年 7 月，工信部、國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局等六部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于組織開展 2025 年度國(guó)家綠色數(shù)據(jù)中心推薦工作的通知》，首次將“儲(chǔ)能、氫能等技術(shù)”納入綠色數(shù)據(jù)中心的建設(shè)要求。

這意味著儲(chǔ)能從能源系統(tǒng)的可選配置，轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦突A(chǔ)設(shè)施的必備環(huán)節(jié)，應(yīng)用場(chǎng)景由電網(wǎng)、工商業(yè)進(jìn)一步延伸至信息產(chǎn)業(yè)。

市場(chǎng)端同樣呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)。

CNESA 數(shù)據(jù)顯示[1]，2025 年上半年我國(guó)新型儲(chǔ)能新增裝機(jī) 23.03 GW/56.12 GWh，累計(jì)裝機(jī)規(guī)模首次突破 100 GW，同比翻番。

其中，5 月單月新增 10.25 GW/26.03 GWh，創(chuàng)下歷史紀(jì)錄。裝機(jī)規(guī)模的擴(kuò)張，意味著儲(chǔ)能項(xiàng)目數(shù)量和體量的持續(xù)增加。

圖/CNESA

在政策推動(dòng)與市場(chǎng)擴(kuò)容的雙重作用下，儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景和規(guī)模都在快速擴(kuò)大，相應(yīng)地，BMS 的市場(chǎng)需求也隨之水漲船高。

作為儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，BMS 如何在更高電壓、更大規(guī)模的應(yīng)用中保持安全性與可靠性，成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

近日，我們采訪了 TI（德州儀器）系統(tǒng)工程師嚴(yán)駿華，與他深入探討了當(dāng)下 BMS 領(lǐng)域的趨勢(shì)和挑戰(zhàn)，以及 TI（德州儀器）在 BMS 方案設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新與元器件選型。

01 為什么今天的儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì) BMS 提出了更高要求?

在當(dāng)前的儲(chǔ)能市場(chǎng)中，無(wú)論是電網(wǎng)側(cè)還是工商業(yè)儲(chǔ)能，系統(tǒng)電壓的提升已成為主流趨勢(shì)。

隨著大電芯成本下降，遠(yuǎn)網(wǎng)、工商業(yè)等場(chǎng)景對(duì)高壓儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求持續(xù)增長(zhǎng)。當(dāng)前主流方案已普遍邁入 1500V 電壓等級(jí)，未來(lái)預(yù)計(jì)還將向 2000V 拓展。電芯容量也從 314Ah 增加至 500+Ah，串?dāng)?shù)也普遍達(dá)到了 416 串。

電壓更高、容量更大、串?dāng)?shù)更多、測(cè)量節(jié)點(diǎn)更多，這些變化在提升能效密度的同時(shí)，也對(duì) BMS 系統(tǒng)提出了一系列新的挑戰(zhàn)：

一是爬電距離和電氣間距的結(jié)構(gòu)限制。在 1500V 電壓等級(jí)下，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要滿足更高的絕緣等級(jí)和更長(zhǎng)的爬電距離，而傳統(tǒng)的BMS采樣與通訊模塊難以適配這類高壓環(huán)境。

二是高精度測(cè)量對(duì)系統(tǒng)安全的底層支撐作用被放大。在當(dāng)前 BMS 架構(gòu)中，總線電壓不僅用于監(jiān)測(cè)能量狀態(tài)，還與接觸器粘連狀態(tài)判斷、絕緣阻抗檢測(cè)等關(guān)鍵安全機(jī)制直接掛鉤。尤其是在 HMU、BCU 等節(jié)點(diǎn)中，對(duì)電壓、電流等參數(shù)的采集需要兼顧高精度與低延遲，否則可能會(huì)降低安全判斷的準(zhǔn)確性。

三是電弧檢測(cè)的誤差與滯后問(wèn)題。在工商業(yè)儲(chǔ)能應(yīng)用中，接觸器老化、電纜磨損等問(wèn)題普遍存在，如果沒(méi)有對(duì)電流過(guò)零點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確捕捉，容易導(dǎo)致電弧長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)而無(wú)法及時(shí)切斷，帶來(lái)火災(zāi)等嚴(yán)重安全隱患。

四是系統(tǒng)通信鏈路的層級(jí)擴(kuò)展與延遲積累問(wèn)題。在BMS的多級(jí)架構(gòu)下，BMU、HMU、BCU 等節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)同步關(guān)系復(fù)雜，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信異常都可能造成故障數(shù)據(jù)上傳滯后，影響故障響應(yīng)與保護(hù)動(dòng)作的執(zhí)行。

五是電芯溫度監(jiān)控的點(diǎn)位增加與布線復(fù)雜度上升。尤其在多電芯、大容量、高串?dāng)?shù)系統(tǒng)中，要同時(shí)完成每串電芯的電壓與溫度監(jiān)測(cè)，對(duì)BMS熱敏電阻數(shù)量、布局與信號(hào)采集路徑提出更高要求，若不能提供標(biāo)準(zhǔn)化、集成化的傳感路徑，也會(huì)帶來(lái)部署難度。

從上述問(wèn)題可以看到，儲(chǔ)能系統(tǒng)的 BMS 角色正在發(fā)生轉(zhuǎn)變：從過(guò)去以電壓電流檢測(cè)、電芯均衡為主的功能模塊，演進(jìn)為支撐系統(tǒng)安全與高壓適配的“關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)”。面對(duì)更復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、更精密的測(cè)量與通訊要求、更嚴(yán)苛的安全需求，BMS 的設(shè)計(jì)思路也在隨之改變。

02 高壓不只是堆參數(shù)，TI 如何把一套系統(tǒng)做得更加安全可靠

在高壓系統(tǒng)中，工程師面臨的挑戰(zhàn)則是如何在電壓更高、電池容量更大、串?dāng)?shù)更多的結(jié)構(gòu)下，實(shí)現(xiàn)真正“具象化”的安全與可靠。

TI（德州儀器）并不止是簡(jiǎn)單的去堆砌產(chǎn)品參數(shù)，而是從系統(tǒng)架構(gòu)出發(fā)，將熱失控防范、通訊架構(gòu)冗余、電壓電流測(cè)量精度、絕緣隔離設(shè)計(jì)與系統(tǒng)生態(tài)聯(lián)動(dòng)起來(lái)，才能構(gòu)建一套足夠安全、穩(wěn)定的高壓 BMS 解決方案。

在 TI（德州儀器）看來(lái)，高壓儲(chǔ)能 BMS 系統(tǒng)真正的挑戰(zhàn)，不在于某一項(xiàng)極限指標(biāo)，而在于“電芯變大、電壓提升之后，怎么確保整套系統(tǒng)在更高功率下仍具備穩(wěn)定性與可診斷性”。

為此， TI（德州儀器）基于當(dāng)前主流 52 串、1500V 電壓的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，給出了 BMS 的三板系統(tǒng)分工——BCU(電池控制單元)、BMU(電池采樣單元)、HMU(高壓監(jiān)測(cè)單元)，并圍繞每一板塊提供了配套的參考設(shè)計(jì)，如圖 1。

圖 1： TI（德州儀器）針對(duì) 1500V 高壓鋰離子和磷酸鐵鋰電池組組合參考設(shè)計(jì)

在這套 BMS 架構(gòu)中，BMU 是核心環(huán)節(jié)之一，直接對(duì)接電芯，負(fù)責(zé)完成精準(zhǔn)的電壓、溫度監(jiān)測(cè)與均衡控制。

TI（德州儀器）給出的適用于 BESS 的高達(dá) 1500V 可堆疊電池管理單元參考設(shè)計(jì) (TIDA-010279)，如圖 2，采用 AFE 芯片 BQ78706 與 BQ78702，支持 52 串電池包，測(cè)量精度達(dá) ±2.4mV(全溫度范圍)，不僅滿足磷酸鐵鋰對(duì)于電壓檢測(cè)的嚴(yán)苛要求，也為 SOC、SOH 的精確計(jì)算提供前提。

電芯電壓檢測(cè)精度則成為 TI（德州儀器）強(qiáng)調(diào)的 BMU 設(shè)計(jì)強(qiáng)點(diǎn)。嚴(yán)駿華在采訪中指出：“BQ78706 全溫度范圍最大誤差 ±2.4mV，能夠切實(shí)滿足高壓儲(chǔ)能對(duì)高精度的要求?！?/p>

這一點(diǎn)對(duì)于 SOC 算法的精確計(jì)算至關(guān)重要。他進(jìn)一步解釋，SOC 算法依賴兩大要素：一是開路電壓，也就是電芯本身的靜態(tài)電壓;二是安時(shí)積分，也就是電流的持續(xù)積分。這要求系統(tǒng)既要具備高精度電壓采樣，也要有穩(wěn)定、低誤差的電流檢測(cè)能力。

在通信可靠性方面，該 BMU 設(shè)計(jì)采用冗余通信架構(gòu)設(shè)計(jì)，支持菊花鏈環(huán)形通訊方式，確保在通信線束發(fā)生意外斷開時(shí)依舊恢復(fù)通信的能力。

圖 2： TI（德州儀器）適用于 BESS 的高達(dá) 1500V 可堆疊電池管理單元參考設(shè)計(jì) (TIDA-010279) 圖

適用于儲(chǔ)能系統(tǒng)的 1500V 高壓電池簇監(jiān)測(cè)單元參考設(shè)計(jì) (TIDA-010272)，如圖 3，是 TI（德州儀器）針對(duì)電池簇級(jí)別測(cè)量需求所推出的 HMU 方案，能夠支持≤ 1500V 系統(tǒng)的電壓與電流采樣，分別實(shí)現(xiàn) ±0.5% 與 ±0.1% 的測(cè)量精度。其電流采樣基于 150μΩ 的 shunt 電阻，在分流器結(jié)構(gòu)下完成精準(zhǔn)回讀。

絕緣檢測(cè)能力是 TI（德州儀器）HMU 參考設(shè)計(jì)的突出特征?！皣?guó)標(biāo)是正負(fù) 20% 的要求，我們要比這個(gè)好?！眹?yán)駿華表示，該方案使用 TI（德州儀器）的 BQ79731-Q1 電池組監(jiān)測(cè)器，支持功能安全等級(jí)達(dá)到 ASIL-D，通信架構(gòu)亦兼容 SPI 與菊花鏈兩種方式，滿足不同系統(tǒng)在絕緣冗余設(shè)計(jì)方面的實(shí)現(xiàn)路徑。

而作為整套系統(tǒng)的大腦，BCU 承擔(dān)起繼電器驅(qū)動(dòng)、系統(tǒng)通訊管理與功能安全算法運(yùn)算任務(wù)。

圖 3： TI（德州儀器）適用于儲(chǔ)能系統(tǒng)的 1500V 高壓電池簇監(jiān)測(cè)單元參考設(shè)計(jì) (TIDA-010272) 圖

TI（德州儀器）適用于儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池控制單元參考設(shè)計(jì) (TIDA-010253)，如圖 4，提供豐富的 CAN、RS-485、以太網(wǎng)接口等多種通訊接口，并搭載高算力 MCU 支持 SOC、SOH 等各種算法處理，是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟件冗余與功能安全設(shè)計(jì)的重要節(jié)點(diǎn)。

圖 4： TI（德州儀器）適用于儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池控制單元參考設(shè)計(jì) (TIDA-010253) 圖

在應(yīng)對(duì)高壓系統(tǒng)絕緣與通訊安全方面， TI（德州儀器）還提供了多款數(shù)字隔離器與隔離電源模塊以支持整體設(shè)計(jì)。

例如，ISO7841DWW 數(shù)字隔離器具備 15mm 爬電距離設(shè)計(jì)，滿足 UL1973 要求下的 1500V 系統(tǒng)安全距離，是市面上為數(shù)不多可以做到該規(guī)格的器件。

UCC33421 電源模塊提供 5V–5V 隔離供電，兼顧體積與成本優(yōu)化，可通過(guò)串聯(lián)兩顆滿足 1500V 高電壓的加強(qiáng)絕緣的需求。

此外， TI（德州儀器）的 ISO6721 與 UCC33420，可通過(guò)最簡(jiǎn)電容配置完成高性價(jià)比的 CAN 隔離方案。

除硬件外， TI（德州儀器）還提供豐富的軟件生態(tài)和設(shè)計(jì)文檔供開發(fā)者參考和評(píng)估。

正如嚴(yán)駿華所強(qiáng)調(diào)，“在 TI.com 上，客戶可以根據(jù)需求下載對(duì)應(yīng)的測(cè)試報(bào)告和設(shè)計(jì)文檔，我們的方案也提供軟件代碼。”

從BMS板級(jí)架構(gòu)的劃分，到關(guān)鍵指標(biāo)的保障，再到軟件與配套器件的打通， TI（德州儀器）并未簡(jiǎn)單追求 AFE 的高精度或控制器的運(yùn)算能力，而是從“系統(tǒng)如何在高壓條件下保持安全、穩(wěn)定、冗余”的角度出發(fā)，構(gòu)建起一整套高壓 BMS 的工程體系。

03 低壓不只是低價(jià)，TI 怎么把一套方案用進(jìn)更高端場(chǎng)景?

相比高壓儲(chǔ)能系統(tǒng)中對(duì)安全性與冗余結(jié)構(gòu)的嚴(yán)格要求，低壓 BMS 一直以來(lái)更強(qiáng)調(diào)成本均衡和緊湊設(shè)計(jì)。

但 TI（德州儀器）并未止步于傳統(tǒng)定義的“低壓 = 低端”，而是嘗試通過(guò)一整套高精度、高集成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，讓低壓平臺(tái)在保障性能的前提下，覆蓋更大電流、更高電芯串?dāng)?shù)的應(yīng)用需求，向戶用與工商儲(chǔ)場(chǎng)景自然延伸。

目前， TI（德州儀器）在低壓儲(chǔ)能領(lǐng)域提供了三套參考設(shè)計(jì)，如圖 5。其中前兩個(gè)參考設(shè)計(jì)為基于 BQ76952 的典型方案，包括支持高邊控制與支持低邊控制的版本，如具有精確電池測(cè)量和高側(cè) MOSFET 控制功能的 10 節(jié)至 16 節(jié)串聯(lián)電池包參考設(shè)計(jì) (TIDA-010208)，和適用于大容量應(yīng)用且具有低側(cè) MOSFET 控制功能的 16 芯串聯(lián)電池包參考設(shè)計(jì) (TIDA-010216)。

圖 5： TI（德州儀器）低壓 BMS 系統(tǒng)解決方案概覽，(TIDA-010208, TIDA-010216, TIDA-010247)

TI（德州儀器）這兩類方案主要服務(wù)于 48V、16 串電池包應(yīng)用，支持將 AFE 集成至 BMS 中，由 AFE 直接驅(qū)動(dòng)外部 MOS，配合主控完成基礎(chǔ)電壓、電流監(jiān)測(cè)與保護(hù)功能，全溫度范圍內(nèi)的電壓測(cè)量精度在 ±15mV 內(nèi)，足以滿足常規(guī) 48V 系統(tǒng)的電芯監(jiān)控需求。且系統(tǒng)架構(gòu)相對(duì)成熟，外圍電路數(shù)量較多，設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)低成本，適配輕量級(jí)戶儲(chǔ)、電動(dòng)兩輪車等低壓場(chǎng)景。

但隨著電池容量提升，部分客戶開始提出對(duì) 100A 電流支持、系統(tǒng)精度提升的需求。為精準(zhǔn)契合客戶需求， TI（德州儀器）通過(guò)技術(shù)突破開發(fā)出創(chuàng)新型參考設(shè)計(jì)，提供定制化解決方案。

TI（德州儀器）面向 48V 至 1500V 儲(chǔ)能系統(tǒng)的高精度電池管理單元參考設(shè)計(jì) (TIDA-010247)，如圖 6，采用更新一代的 AFE——BQ76972。這顆 AFE 將全溫度范圍電芯電壓精度提升至 ±4.5 mV，直接對(duì)齊磷酸鐵鋰電芯的 OCV 平臺(tái)變化精度要求。

圖 6：面向 48V 至 1500V 儲(chǔ)能系統(tǒng)的高精度電池管理單元參考設(shè)計(jì) (TIDA-010247) 圖

系統(tǒng)支持 32 串電芯，且電流檢測(cè)精度達(dá)到 ±0.2%，驅(qū)動(dòng)方式為高邊控制，進(jìn)一步壓縮外圍器件成本。更通過(guò) 8 對(duì) MOS 并聯(lián)，將系統(tǒng)恒定充放電能力拉高到 100A，以支持更大電池包的充放電需求。此外，系統(tǒng)還支持 CAN 與 RS485 通訊，覆蓋儲(chǔ)能常見接口需求。

該參考設(shè)計(jì)采用低功耗 MSPM0G3519 微控制器實(shí)現(xiàn)控制邏輯，這顆 MCU 豐富的內(nèi)存和外設(shè)資源足以滿足整個(gè) BMS 的系統(tǒng)需求，還可保證低功耗。值得一提的是， TI（德州儀器）提供基于 MSPM0G3519 的參考代碼，因此這是一個(gè)可以提供軟硬件設(shè)計(jì)資源的一站式解決方案。

TI（德州儀器）此次在參考設(shè)計(jì)中，通過(guò)方案的創(chuàng)新，在使用標(biāo)準(zhǔn)低壓 BMS 芯片的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了 100A 電流的全路徑支持，從而將原本面向電動(dòng)兩輪車的方案，拓展至大功率戶用儲(chǔ)能等更高負(fù)載、更大電流的場(chǎng)景。

嚴(yán)駿華在采訪中表示，過(guò)去此類場(chǎng)景通常采用更高規(guī)格、更高成本的方案來(lái)支撐系統(tǒng)需求，而這套方案成本要低很多，但是也能達(dá)到相同的效果。

當(dāng)被問(wèn)及該方案的定位時(shí)， TI（德州儀器）方面明確表示：“我們關(guān)注的不是單純壓縮成本，而是為了拓寬這個(gè)方案的應(yīng)用邊界。在控制成本的同時(shí)，我們也確保了設(shè)計(jì)性能的穩(wěn)定，甚至實(shí)現(xiàn)了提升。”

從這一角度看，TIDA-010247 不僅是一套高精度的低壓 BMS 方案，更是 TI（德州儀器）在 BMS 產(chǎn)品線中對(duì)“低壓等于低端”思維的挑戰(zhàn)。

通過(guò)提升精度、擴(kuò)大串?dāng)?shù)、增加電流能力與軟件集成度， TI（德州儀器）正在將低壓 BMS 方案推向更廣闊的應(yīng)用空間，并以技術(shù)創(chuàng)新能力而非簡(jiǎn)單地通過(guò)降物料的價(jià)格，構(gòu)建其在儲(chǔ)能管理領(lǐng)域的差異化價(jià)值。

04 寫在最后

從高壓到低壓，從結(jié)構(gòu)安全到性能突破， TI（德州儀器）正在通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的深度整合，回應(yīng)儲(chǔ)能時(shí)代下 BMS 架構(gòu)面臨的多重挑戰(zhàn)。

在高壓系統(tǒng)中，其三板分工的模塊化架構(gòu)，為 1500V、416 串以上的儲(chǔ)能系統(tǒng)提供了清晰可復(fù)制的技術(shù)路徑;而在低壓應(yīng)用中， TI（德州儀器）也以更高的電芯精度、更強(qiáng)的電流支持能力，打破了“低壓即低端”的市場(chǎng)認(rèn)知。

圖7: 電池儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景分類

無(wú)論是隔離距離、電弧檢測(cè)還是通信冗余與測(cè)量精度， TI（德州儀器）的方案都不是針對(duì)單一問(wèn)題的技術(shù)堆疊，而是構(gòu)建了一個(gè)完整的、安全的、可擴(kuò)展的 BMS 系統(tǒng)閉環(huán)。

隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)容量、電壓與復(fù)雜度持續(xù)上探，BMS 正從“電壓電流監(jiān)測(cè)器”轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋到y(tǒng)安全守門人”。 TI（德州儀器）選擇以系統(tǒng)為切入點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)演進(jìn)，在架構(gòu)上提前完成分工，在器件上給出明確配置，在軟件上提供可直接部署的方案。最終，將 BMS 從器件的組合，進(jìn)化為“智慧的”的系統(tǒng)，為儲(chǔ)能應(yīng)用提供更清晰的參考范式。

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審核編輯 黃宇