圆桌论坛回顾 | 给你的储能系统号号脉

▲ 更多精彩内容 请点击上方 蓝字 关注我们吧！

储能系统在提高电网稳定性，优化能源结构，提高能源效率，节省能源成本等方面都可以发挥关键作用，从而促进可再生能源的发展。

电池是储能系统的核心，而电池监测系统则是保障其正常运转的关键。 二者的关系就好像医生与病人，电池检测相当于中医号脉问诊过程，通过测量出电池系统的电压、电流、温度等详细数值，并结合其详细的运行和过往运行状态等综合考量，才能拿到 SOC（state of charge 荷电状态）、SOH（state of health 健康状态）等电池的详细指标，保证电池在最健康的状态下工作，并 确保电芯不会因为电压、温度和电流超过额定值而出现安全意外。

对于整个 BMS（电池管理系统）而言，背后的那名“老中医”正是其中的 AFE 芯片，负责 为电池监测、均衡和保护“号脉”。

储能 BMS 和电动汽车的原理相似，目标一致，即确保整个系统的 安全可靠性、高效性、并网友好性以及开发敏捷性， 但两者也略有不同。

储能系统的电池更加庞大复杂，因此与汽车 BMS 的需求并不完全相同。如今大型储能柜单个集装箱功率可超过一万度。相比于电动汽车数十度电而言，一个储能柜等于堆叠了一百多辆电动汽车。

首先，电池数量的增多，使系统变得愈发复杂，每个电池都需要精确监控以确定充电状态估计，识别保护措施，以检测维护或故障情况。同时，不仅单电池需要测量和管理，包括电芯间，甚至电池簇间都需要彼此关联，这使得管理变得格外繁琐。

其次，储能与电动汽车在使用环境上有所差异，相比于汽车环境更加恶劣，需要更多考虑温度、湿度、海拔、盐雾等严苛要求。

第三，在高压母线以及系统供电方面，储能系统与汽车 BMS 也不完全相同，比如动力电池是 800V 母线，储能系统则能达到 1500V。另外，电流、热管理、控制等方面的应用要求均有所不同。

德州仪器针对储能系统设计了一款集监控、均衡和集成保护功能多合一的芯片——BQ79616。这款芯片 广泛应用于家庭储能、工商业储能以及 1500V 的电站储能等各种系统中。 它能够提供精确的单体电池状态，并且支持电芯间的平衡，从而最大化利用电池的可用剩余容量，并保证系统可靠性。

BQ79616 可以在 BMS 中实现对 16 节串联电池模块的高精度电芯电压测量，而且仅需不到 200µs 的时间就能完成。该监测器还提供了在同一封装类型中的不同通道数量产品的选项，同时保持了互相之间引脚对引脚的兼容性，使得它可以在任何平台上高度重复使用既有的软件和硬件。借助集成式前端滤波器，我们可以在电池输入通道上使用简单、低额定电压的差分 RC 滤波器来实现系统。同时，集成了 ADC 与低通滤波器之后，可以对经过滤波后类似于直流电的电压进行测量，以便更好地计算 SOC。此器件还支持自主内部电芯均衡，并通过监测温度来自动暂停和恢复均衡，以防止出现过热条件。

通信功能是 BMU 系统最大的难点之一。德州仪器采用了菊花链通信方式，这种方式节约了 MCU（微控制器）、通信接口等相关芯片，从而降低了成本和尺寸。另外值得一提的是，菊花链通信方式可采用双绞线连接，进一步节约了线缆成本。最后，菊花链通信是隔离式双向端口，因此可以执行更好的安全冗余。即使在通信线路中断的情况下，菊花链通信接口也可以配置为环形架构，允许主机与堆栈两端的设备通信。而针对远距离传输，德州仪器也提供了 CAN 通信的支持。

采用菊花链通信的 BMS 示意框图

精确性是 BMS 的核心要素之一，通过为电池准确号脉，才可以判断出电池一切信息，从而 提高电池利用率，保护电池充放电安全，在提高系统运行可靠性和高效性方面具有重要意义。

特别是如今，随着磷酸铁锂电池在储能领域的应用越来越广泛，其充电和放电曲线的特性是更宽且更平坦，微小的电池电压测量误差可能会导致巨大的剩余容量误差，因此准确的电池电压和电池组电流测量对于准确的充电状态估计非常重要。 准确的充电状态信息是避免电池错误平衡的关键，尤其是过度充电和过度放电可能会破坏电池的健康。

电池放电曲线对比，红色为三元锂电池，蓝色为磷酸铁锂电池

另一个重要的测量指标是温度。大多数电池起火、爆炸事故都是由电池热失控引起的。

德州仪器的 BQ79718-Q1 在 -20℃ 到 65℃ 之间可以达到 ±1mV 的精度，因此可以成为磷酸铁锂电池的更佳选择。

BMS 的创新可以为储能系统带来诸多创新，包括 提高参数精度、优化通信可靠性、增加电池串数 等方面的不断进步，将会让储能系统更加符合“两高一低”的发展方向，即高可靠、高性能和低成本。

另外，无线 BMS 也是一个发展思路，可以从底层解决电池串间的通信问题，从而进一步提高可扩展性并降低线束约束。

总而言之， 芯片层面的持续创新会给系统和应用带来更多的创新点。 随着可再生能源系统的不断扩大，储能系统需求不断增长，德州仪器正在通过创新的模拟和嵌入式产品，推动储能系统的成本和效率优化。

· END ·