高壓儲(chǔ)能應(yīng)用典型的BMS結(jié)構(gòu)以及MPS特色方案

從可以捧在手心的戶外電源，到中小型家庭儲(chǔ)能，再到巨無霸電站儲(chǔ)能，我們可以看到，隨著鋰電池技術(shù)的日趨成熟，以其為能量?jī)?chǔ)存媒介的各類儲(chǔ)能產(chǎn)品正在快速發(fā)展。從百wh到GWh，平地起飛，全程狂飆!

本期我們先一起來看看高壓儲(chǔ)能應(yīng)用典型的BMS結(jié)構(gòu)，以及MPS方案有何特點(diǎn)!關(guān)于低壓儲(chǔ)能的內(nèi)容，我們會(huì)在下一期講解，敬請(qǐng)期待哦!

高壓儲(chǔ)能應(yīng)用

應(yīng)用一

大型儲(chǔ)能

大型儲(chǔ)能通常應(yīng)用于電網(wǎng)，如光伏風(fēng)電發(fā)電側(cè)配儲(chǔ)等。其目的是為新能源的接入提供緩沖，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。大儲(chǔ)的容量通常在MWh到GWh量級(jí)。這類儲(chǔ)能系統(tǒng)的電壓通常在800V-2000V。為了實(shí)現(xiàn)高壓，這類系統(tǒng)通常都是通過多個(gè)模塊化電池包堆疊;為了實(shí)現(xiàn)大容量，通常采用大容量磷酸鐵鋰電芯，并且多個(gè)電池簇并聯(lián)。

應(yīng)用二

工商業(yè)儲(chǔ)能

工商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)可以通過在谷電期間充電，在峰電期間放電，從而降低工廠的用電成本，單車酷酷變摩托。

工商業(yè)儲(chǔ)能容量通常在kwh到MWh量級(jí)，電壓通常在600V-1500V，為了實(shí)現(xiàn)高壓大容量，工商業(yè)儲(chǔ)能通常也是采用多個(gè)模塊化磷酸鐵鋰電池包堆疊，多臺(tái)設(shè)備并聯(lián)的方式來實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)用三

中高壓家儲(chǔ)

家庭儲(chǔ)能通常配合光伏板，為家庭用電進(jìn)行削峰填谷，降低家庭電費(fèi)。同時(shí)也可以在電網(wǎng)停電期間為家庭提供電力。

家庭儲(chǔ)能的容量通常為幾kWh到幾十kWh不等，中高壓家儲(chǔ)的電壓等級(jí)通常為300-1000V。電池包規(guī)格通常為16-32s，50-100Ah中等容量的LFP或者NMC電芯組成。多個(gè)電池包可以通過級(jí)聯(lián)堆疊的方式來提高系統(tǒng)電壓，擴(kuò)展系統(tǒng)容量。

應(yīng)用四

高壓儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高壓儲(chǔ)能系統(tǒng)都有著類似的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這里就以容量更大的大儲(chǔ)和工商業(yè)儲(chǔ)能為例來討論高壓儲(chǔ)能的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

淺綠色的單元為單個(gè)電池包，內(nèi)部通常包含24-52電池串聯(lián)。多個(gè)電池包串聯(lián)堆疊形成電池簇，從而達(dá)到系統(tǒng)需要的電壓等級(jí)。多個(gè)電池簇進(jìn)行并聯(lián)用于容量擴(kuò)展。

除了電池包之外，系統(tǒng)通常還包含消防系統(tǒng)，風(fēng)冷或者液冷散熱系統(tǒng)，充放電逆變器系統(tǒng)等。

對(duì)于單個(gè)電池包，其內(nèi)部電芯依次排列，電芯之間通過銅排進(jìn)行連接。由BMU(電池管理單元)進(jìn)行電芯的電壓，溫度等數(shù)據(jù)采集，并完成數(shù)據(jù)和預(yù)警上報(bào)。

電路千萬條，安全第一條!

試想一下，當(dāng)把成千上萬只電池組織起來，是不是很燃?No!No!

電路千萬條，安全第一條!對(duì)于此類高壓系統(tǒng)，通常采用三級(jí)管理架構(gòu)進(jìn)行精細(xì)的電芯監(jiān)測(cè)和管理。

圖5 高壓儲(chǔ)能系統(tǒng)三級(jí)管理架構(gòu)

位于系統(tǒng)最底層的是BMU模塊，每個(gè)BMU模塊負(fù)責(zé)一個(gè)電池包內(nèi)電芯的電壓，溫度監(jiān)測(cè)，預(yù)警和主動(dòng)或者被動(dòng)均衡。BMU模塊通過數(shù)據(jù)總線與BCMU模塊進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)上報(bào)和指令接收。

BCMU進(jìn)行電池簇統(tǒng)一管理。對(duì)于多個(gè)電池簇并聯(lián)場(chǎng)景，多個(gè)BCMU模塊與BAMU模塊進(jìn)行通信，BAMU模塊進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)匯總，計(jì)算和上報(bào)等任務(wù)。

“三殺” 拿下 BMU 三大任務(wù)

下圖是MPS高壓系統(tǒng)BMU方案，此方案針對(duì)BMU模塊的三大任務(wù)，給出了對(duì)應(yīng)的解決策略：

圖6 MPS高壓系統(tǒng)BMU方案

1.測(cè)量電池狀態(tài)，判斷故障并上報(bào)

MP279x系列AFE，該系列AFE集成了兩個(gè)高精度ADC，可以進(jìn)行電壓，電流，溫度的精確測(cè)量。同時(shí)集成了斷線檢測(cè)，過壓/欠壓，過溫保護(hù)等功能。

圖7 MP279x系列AFE典型應(yīng)用圖

2.均衡電池

隨著時(shí)間的推移，串聯(lián)電池組內(nèi)的電池會(huì)出現(xiàn)個(gè)體老化程度不均衡的情況。

這種不均衡會(huì)導(dǎo)致在充電和放電的時(shí)候一節(jié)或幾節(jié)較弱的電池首先達(dá)到充電/放電門限，導(dǎo)致系統(tǒng)無法進(jìn)行繼續(xù)充電或者放電。如果這種不均衡達(dá)到一定程度，會(huì)嚴(yán)重影響電池組的充放電容量，影響系統(tǒng)的使用壽命。

這可忍不了!MPS推出了MP264x系列主動(dòng)均衡。該系列是基于BUCK-BOOST原理的電感式主動(dòng)均衡，具有集成度高，體積小，效率高，性價(jià)比高等特點(diǎn)?？梢詭椭到y(tǒng)快速恢復(fù)到平衡狀態(tài)。

這難道就是“夢(mèng)中情料”?

圖8 MP2643典型應(yīng)用框圖

3. 單體電芯的荷電狀態(tài)SOC, 健康度SOH，阻抗等參數(shù)的計(jì)算

這里MPS可以提供MPF4279x電量計(jì)芯片。

該芯片采用OCV，庫侖計(jì)分，實(shí)時(shí)阻抗，溫度模型等混合模型，可以實(shí)時(shí)計(jì)算每一節(jié)電芯的SOC，SOH，阻抗等狀態(tài)信息。為電池的安全可靠運(yùn)行提供助力。

圖9 MPF42790典型應(yīng)用圖

最后MCU通過I2C/SPI或者IO接口完成對(duì)AFE，主動(dòng)均衡和電量計(jì)的控制和數(shù)據(jù)交互，MCU再通過隔離CAN總線跟頂端的BCMU進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

該架構(gòu)的通信是星型連接，當(dāng)其中一個(gè)模塊通信異常后不會(huì)影響其他模塊和系統(tǒng)正常工作，具有更強(qiáng)的魯棒性。

由于該架構(gòu)的通信和數(shù)據(jù)交互協(xié)議都是基于MCU實(shí)現(xiàn)的，可以方便地支持不同型號(hào)的AFE，電量計(jì)，主動(dòng)均衡芯片，具有更強(qiáng)的靈活性。

由于本地有MCU，可以方便地實(shí)現(xiàn)主動(dòng)均衡的控制，和功能安全的自檢。

來!展示!

針對(duì)上面提到的高壓應(yīng)用，MPS設(shè)計(jì)了一套參考設(shè)計(jì)demo板，可以供客戶測(cè)試。

高壓BMU模塊demo板集成了兩顆MP279x AFE芯片和CAN通信接口。

圖10 高壓儲(chǔ)能應(yīng)用參考設(shè)計(jì)demo板

關(guān)于高壓儲(chǔ)能的介紹就到這里!

下期我們會(huì)詳解低壓儲(chǔ)能應(yīng)用典型的BMS結(jié)構(gòu)，以及MPS特色方案。有任何問題歡迎給我們留言!一起期待吧!