給你的儲能系統號號脈

儲能系統在提高電網(wǎng)穩定性，優(yōu)化能源結構，提高能源效率，節省能源成本等方面都可以發(fā)揮關(guān)鍵作用，從而促進(jìn)可再生能源的發(fā)展。

電池是儲能系統的核心，而電池監測系統則是保障其正常運轉的關(guān)鍵。二者的關(guān)系就好像醫生與病人，電池檢測相當于中醫號脈問(wèn)診過(guò)程，通過(guò)測量出電池系統的電壓、電流、溫度等詳細數值，并結合其詳細的運行和過(guò)往運行狀態(tài)等綜合考量，才能拿到 SOC（state of charge 荷電狀態(tài)）、SOH（state of health 健康狀態(tài)）等電池的詳細指標，保證電池在最健康的狀態(tài)下工作，并確保電芯不會(huì )因為電壓、溫度和電流超過(guò)額定值而出現安全意外。

對于整個(gè) BMS（電池管理系統）而言，背后的那名“老中醫”正是其中的 AFE 芯片，負責為電池監測、均衡和保護“號脈”。

儲能系統與電動(dòng)汽車(chē)在 BMS 上的共性與個(gè)性

儲能 BMS 和電動(dòng)汽車(chē)的原理相似，目標一致，即確保整個(gè)系統的安全可靠性、高效性、并網(wǎng)友好性以及開(kāi)發(fā)敏捷性，但兩者也略有不同。

儲能系統的電池更加龐大復雜，因此與汽車(chē) BMS 的需求并不完全相同。如今大型儲能柜單個(gè)集裝箱功率可超過(guò)一萬(wàn)度。相比于電動(dòng)汽車(chē)數十度電而言，一個(gè)儲能柜等于堆疊了一百多輛電動(dòng)汽車(chē)。

首先，電池數量的增多，使系統變得愈發(fā)復雜，每個(gè)電池都需要精確監控以確定充電狀態(tài)估計，識別保護措施，以檢測維護或故障情況。同時(shí)，不僅單電池需要測量和管理，包括電芯間，甚至電池簇間都需要彼此關(guān)聯(lián)，這使得管理變得格外繁瑣。

其次，儲能與電動(dòng)汽車(chē)在使用環(huán)境上有所差異，相比于汽車(chē)環(huán)境更加惡劣，需要更多考慮溫度、濕度、海拔、鹽霧等嚴苛要求。

第三，在高壓母線(xiàn)以及系統供電方面，儲能系統與汽車(chē) BMS 也不完全相同，比如動(dòng)力電池是 800V 母線(xiàn)，儲能系統則能達到 1500V。另外，電流、熱管理、控制等方面的應用要求均有所不同。

明星產(chǎn)品 BQ79616——儲能系統的智慧核心

德州儀器針對儲能系統設計了一款集監控、均衡和集成保護功能多合一的芯片——BQ79616。這款芯片廣泛應用于家庭儲能、工商業(yè)儲能以及 1500V 的電站儲能等各種系統中。它能夠提供精確的單體電池狀態(tài)，并且支持電芯間的平衡，從而最大化利用電池的可用剩余容量，并保證系統可靠性。

BQ79616 可以在 BMS 中實(shí)現對 16 節串聯(lián)電池模塊的高精度電芯電壓測量，而且僅需不到 200μs 的時(shí)間就能完成。該監測器還提供了在同一封裝類(lèi)型中的不同通道數量產(chǎn)品的選項，同時(shí)保持了互相之間引腳對引腳的兼容性，使得它可以在任何平臺上高度重復使用既有的軟件和硬件。借助集成式前端濾波器，我們可以在電池輸入通道上使用簡(jiǎn)單、低額定電壓的差分 RC 濾波器來(lái)實(shí)現系統。同時(shí)，集成了 ADC 與低通濾波器之后，可以對經(jīng)過(guò)濾波后類(lèi)似于直流電的電壓進(jìn)行測量，以便更好地計算 SOC。此器件還支持自主內部電芯均衡，并通過(guò)監測溫度來(lái)自動(dòng)暫停和恢復均衡，以防止出現過(guò)熱條件。

通信功能是 BMU 系統最大的難點(diǎn)之一。德州儀器采用了菊花鏈通信方式，這種方式節約了 MCU（微控制器）、通信接口等相關(guān)芯片，從而降低了成本和尺寸。另外值得一提的是，菊花鏈通信方式可采用雙絞線(xiàn)連接，進(jìn)一步節約了線(xiàn)纜成本。最后，菊花鏈通信是隔離式雙向端口，因此可以執行更好的安全冗余。即使在通信線(xiàn)路中斷的情況下，菊花鏈通信接口也可以配置為環(huán)形架構，允許主機與堆棧兩端的設備通信。而針對遠距離傳輸，德州儀器也提供了 CAN 通信的支持。

采用菊花鏈通信的 BMS 示意框圖

更精確的 BQ79718——為磷酸鐵鋰電池保駕護航

精確性是 BMS 的核心要素之一，通過(guò)為電池準確號脈，才可以判斷出電池一切信息，從而提高電池利用率，保護電池充放電安全，在提高系統運行可靠性和高效性方面具有重要意義。

特別是如今，隨著(zhù)磷酸鐵鋰電池在儲能領(lǐng)域的應用越來(lái)越廣泛，其充電和放電曲線(xiàn)的特性是更寬且更平坦，微小的電池電壓測量誤差可能會(huì )導致巨大的剩余容量誤差，因此準確的電池電壓和電池組電流測量對于準確的充電狀態(tài)估計非常重要。準確的充電狀態(tài)信息是避免電池錯誤平衡的關(guān)鍵，尤其是過(guò)度充電和過(guò)度放電可能會(huì )破壞電池的健康。

電池放電曲線(xiàn)對比，紅色為三元鋰電池，藍色為磷酸鐵鋰電池

另一個(gè)重要的測量指標是溫度。大多數電池起火、爆炸事故都是由電池熱失控引起的。

德州儀器的 BQ79718-Q1 在 -20℃ 到 65℃ 之間可以達到 ±1mV 的精度，因此可以成為磷酸鐵鋰電池的更佳選擇。

為系統增添更多的創(chuàng )新

BMS 的創(chuàng )新可以為儲能系統帶來(lái)諸多創(chuàng )新，包括提高參數精度、優(yōu)化通信可靠性、增加電池串數等方面的不斷進(jìn)步，將會(huì )讓儲能系統更加符合“兩高一低”的發(fā)展方向，即高可靠、高性能和低成本。

另外，無(wú)線(xiàn) BMS 也是一個(gè)發(fā)展思路，可以從底層解決電池串間的通信問(wèn)題，從而進(jìn)一步提高可擴展性并降低線(xiàn)束約束。

總而言之，芯片層面的持續創(chuàng )新會(huì )給系統和應用帶來(lái)更多的創(chuàng )新點(diǎn)。隨著(zhù)可再生能源系統的不斷擴大，儲能系統需求不斷增長(cháng)，德州儀器正在通過(guò)創(chuàng )新的模擬和嵌入式產(chǎn)品，推動(dòng)儲能系統的成本和效率優(yōu)化。