儲能系統(tǒng)（ESS）的電池管理系統(tǒng)解決方案開發(fā)

簡介

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及日常生活都離不開可靠且可承受的能源。沒有能源，經(jīng)濟(jì)增長與發(fā)展將會停滯不前；而依賴進(jìn)口能源又易受地緣政治沖突的影響。除此之外，氣候問題也越來越嚴(yán)重，如何確保能源安全對環(huán)境產(chǎn)生正面影響，同時(shí)提高能源效率并向低碳能源轉(zhuǎn)型，這是業(yè)界面臨的挑戰(zhàn)。

那為實(shí)現(xiàn)能源安全，每一種可能的高效能源都是我們探索的方向。電力是匯集能量的一種常見形式。 近年來，從化石燃料向電力消耗的轉(zhuǎn)變又燃起了人們對電能的興趣，而其中，儲能系統(tǒng)是一個(gè)關(guān)鍵的組成部分。

儲能系統(tǒng)（ESS）

儲能系統(tǒng) (ESS) 可通過能量存儲介質(zhì)儲存電能，并在需要時(shí)補(bǔ)充電網(wǎng)等主能源。作為一種儲能器，ESS在主電源可用時(shí)充電，在電量不足時(shí)則放電。

風(fēng)能和光伏都是新能源，但開發(fā)時(shí)必須認(rèn)識到，這些能源的可用性不會根據(jù)需求而變化。與順應(yīng)需求增加電力輸出的發(fā)電廠不同，這些新能源只在可用時(shí)提供電能。而ESS 則起到了穩(wěn)定器的作用，用于收集并供應(yīng)電能。

儲能需求正在能量傳輸系統(tǒng)的各個(gè)層面呈爆炸式增長，包括發(fā)電站、輸電站、工業(yè)場所、電動汽車充電站，以及個(gè)人家庭。不同級別的能量輸送系統(tǒng)確保了可用能量的可靠與一致性。

ESS電池管理系統(tǒng)（BMS）

ESS的電池管理系統(tǒng)（BMS）用于實(shí)時(shí)監(jiān)控電池狀態(tài)，并精心管理儲能系統(tǒng)的關(guān)鍵功能部件-大量高能電池。BMS必須精確測量每個(gè)電池，監(jiān)控其健康狀況，并為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的信息，從而實(shí)現(xiàn)ESS 的安全性、可靠性、高容量以及長壽命。

MPS的BMS儲能解決方案

MPS為家庭、大型儲能中心、數(shù)據(jù)中心、通信基站等各種高、低壓儲能應(yīng)用提供高性能的BMS解決方案。本文介紹的儲能系統(tǒng)BMS 解決方案采用MP2797實(shí)現(xiàn)模擬前端 (AFE) 監(jiān)控和保護(hù)解決方案，還采用了MPF4279x 系列電量計(jì)。該方案具備三個(gè)主要優(yōu)勢，下面將分別闡述。圖 1 所示為 MP2797 電池管理器件。

精確的測量

電池監(jiān)控的精度對優(yōu)化儲能系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。這其中包括精確監(jiān)測每個(gè)電池的實(shí)時(shí)電壓、電流和溫度數(shù)據(jù)，提供給系統(tǒng)以評估每個(gè)電池的充電狀態(tài) (SOC) 和健康狀況 (SOH)。

MP2797集成了兩個(gè)獨(dú)立的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），可以分別高精度地測量每個(gè)電池的電壓、充/放電電流和溫度。MP2797還同步測量每個(gè)電池的VI（電壓和電流）電流，并提供給MPF4279x 電量計(jì)系列器件，通過其電壓-電流混合算法加以利用。這個(gè)模型可以精確估算 ESS 電池的剩余 SOC 和 SOH。

準(zhǔn)確的預(yù)測能力能夠最大限度地延長儲能電池的運(yùn)行時(shí)間。無論斷電或能量仲裁時(shí)是否需要 ESS，運(yùn)行時(shí)間都是最大化電池監(jiān)測精度的關(guān)鍵參數(shù)。

圖 2 顯示了電池電壓和電流誤差測量曲線。

電量計(jì)算法

電量計(jì)算法是 ESS的內(nèi)驅(qū)動力。但開發(fā)精確的算法很有挑戰(zhàn)性，它需要的專業(yè)知識涉及多個(gè)方面，包括電化學(xué)、物理、電氣與電子工程、固件開發(fā)和數(shù)據(jù)科學(xué)等。MPS 提供的低風(fēng)險(xiǎn)、低成本、快速上市的 BMS 解決方案，可幫您節(jié)省為開發(fā)電量計(jì)算法付出的成本與時(shí)間。

MP2797 提供精確的電池測量、電池平衡、監(jiān)控、保護(hù)和控制功能。MPF42791提供峰值功率，計(jì)算電池阻抗，評估電池老化情況，并精確估算電池生命周期和實(shí)時(shí)輸出能力。MP2797 和 MPF42791 的組合解決方案具備出色的精確度，并讓設(shè)計(jì)人員省去了獨(dú)立開發(fā) SOC 算法的復(fù)雜過程（見圖 3）。

MPS 還提供同步降壓變換器MP4581，為外部設(shè)備提供高效率電源解決方案。與此同時(shí)，還可以結(jié)合 MP276xx 系列高速信號隔離器，堆疊多個(gè) IC 以用于更高通道數(shù)的應(yīng)用。

電池安全性

電池的安全性非常關(guān)鍵，如果管理不當(dāng)，儲能電池可能會帶來危險(xiǎn)。MP2797 提供全面的安全功能，例如根據(jù)精確測量的電壓、電流和溫度值，在系統(tǒng)存在不安全情況時(shí)發(fā)出警告；通過集成高端 (HS) 充電和放電 FET 驅(qū)動器，MP2797 可以直接禁用電池充電/放電；HS 驅(qū)動架構(gòu)則確保了在觸發(fā)保護(hù)時(shí)使用微控制器單元 (MCU) 進(jìn)行通信，從而避免數(shù)據(jù)丟失。

圖4顯示了MP2797的典型應(yīng)用電路。

結(jié)語

儲能對推進(jìn)電力系統(tǒng)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的目標(biāo)至關(guān)重要。為了滿足不斷增長的儲能需求，設(shè)計(jì)人員必須解決BMS的局限性，例如電池監(jiān)控精度、開發(fā)電量計(jì)算法以及確保電池的安全性。MPS結(jié)合MP2797和 MPF4279x 電量計(jì)提供了一種有效的電池管理解決方案，推進(jìn)了儲能發(fā)展并克服了 BMS 面臨的難題。