基于MP2797的高性能儲能BMS解決方案

能源安全問題愈加嚴(yán)峻，而前段時間的四川限電事件也折射出能源供需平衡面臨的挑戰(zhàn)。 那么，我們該如何破解能源危機這道世界級難題呢？“儲能”或許是一個關(guān)鍵的答案。

儲能：超級“充電寶”與“穩(wěn)定器”

儲能是指借助特定設(shè)備來存儲多余的能量，等需要時再釋放這些能量。整個過程類似于用收集到的能量給一只巨大的“充電寶”充電，必要時再使用這只“充電寶”進行供電。由于風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電極易受到天氣的影響，所以供電時會出現(xiàn)電量不穩(wěn)定的問題，而儲能可以充當(dāng)“穩(wěn)定器”的角色，保障電力系統(tǒng)的持續(xù)運行。

如今儲能已成為必不可少的支撐技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于各類場景，例如發(fā)電側(cè)的發(fā)電站、發(fā)電車，輸配電側(cè)的輸電站、輸電車、配電站，以及用電側(cè)的工業(yè)級儲能、企業(yè)級儲能、家用儲能等。

BMS：儲能系統(tǒng)中的“安全戰(zhàn)士”

儲能的各類應(yīng)用都離不開電池管理系統(tǒng)（BMS）的保駕護航。BMS能夠?qū)崟r監(jiān)控電池狀態(tài)、智能管理電池，這對于儲能系統(tǒng)來說至關(guān)重要。然而，當(dāng)前儲能BMS的發(fā)展之路仍布滿荊棘，面臨著精準(zhǔn)測量、電池安全、算法開發(fā)等重重挑戰(zhàn)。

荊棘一：監(jiān)測之困

電池監(jiān)測精度是提高儲能系統(tǒng)性能的關(guān)鍵，但這也對儲能BMS提出了非常高的要求，因為BMS必須實時監(jiān)控單個電池電芯，提供極高精度的電壓、電流和溫度數(shù)據(jù)，才能對系統(tǒng)狀態(tài)作出準(zhǔn)確評估，以便采取正確的電池管理措施。

荊棘二：惹火之患

儲能電池起火、爆炸事故層出不窮，使得電池安全成為廣受關(guān)注的話題。今年3月，德國南部某公寓樓地下室發(fā)生火災(zāi)，因電池儲能系統(tǒng)出現(xiàn)技術(shù)缺陷而爆炸，其沖擊波甚至掀翻了整個屋頂結(jié)構(gòu)。所以，如何強化BMS的電池保護功能，提高儲能電池的安全性，減少類似事故的發(fā)生是亟需深入思考的問題。

荊棘三：算法之壁

BMS作為儲能系統(tǒng)的“大腦”，其電量計的算法開發(fā)極具挑戰(zhàn)性。工程師團隊不僅需要具備電化學(xué)、物理、電氣和電子工程、固件開發(fā)和數(shù)據(jù)科學(xué)等多個方面的知識和技術(shù)，還需要擁有十分豐富的實踐經(jīng)驗，才能夠設(shè)計出近乎完美的BMS，而這也大大增加了儲能BMS算法的自主研發(fā)難度。

儲能BMS披荊斬棘的“通關(guān)秘技”

MPS目前推出的BMS高性能解決方案可覆蓋各類高低壓儲能場景，如家用儲能、數(shù)據(jù)中心、通訊基站以及大型儲能等。其中，MPS模擬前端產(chǎn)品MP2797和電量計MPF4279x系列產(chǎn)品具有三大“秘技”，可以助力儲能BMS一路“披荊斬棘”。

秘技一：精準(zhǔn)之劍

MP2797集成了兩個獨立的模數(shù)變換器（ADC），可以分別對電池電壓（V）、充/放電電流（I）以及芯片溫度（T）進行高精度監(jiān)測。同時，MP2797的每個電芯（Cell）都具有電壓電流（VI）同步功能，搭配MPS電壓電流混合算法的電量計芯片MPF4279x使用，能協(xié)助客戶抓取電池特征數(shù)據(jù)，并基于此建立精準(zhǔn)的電池模型，從而準(zhǔn)確地預(yù)估儲能電池的剩余電量（SOC）和健康狀態(tài)（SOH）。

這種精確預(yù)測有助于后續(xù)的電池智能管理，進而有效提高儲能電池的利用率。例如在停電、限電時為企業(yè)提供更多備用電源，降低生產(chǎn)經(jīng)營風(fēng)險，或是幫助企業(yè)利用晝夜峰谷價差減少更多用電成本，提高經(jīng)濟效益。

圖6 電池電壓測量和電流測量誤差曲線

秘技二：安全之盾

在精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)監(jiān)測基礎(chǔ)上，MP2797能夠在儲能電池出現(xiàn)狀況時立即發(fā)出預(yù)警并采取相應(yīng)的電池管理措施，保障儲能電池的安全使用。

不僅如此，MP2797還集成了高邊驅(qū)動。一方面，高邊驅(qū)動采用“切斷電源”的電池保護方式會比低邊驅(qū)動“切斷地”的方式更加可靠。另一方面，與低邊驅(qū)動相比，高邊驅(qū)動在觸發(fā)保護的同時仍可保持與MCU的通訊，從而避免了數(shù)據(jù)的丟失。值得一提的是，高邊驅(qū)動還能隔離電源信號，從而節(jié)省了隔離設(shè)計的隱藏成本。

圖7 MP2797的典型應(yīng)用電路

秘技三：組合Buff

MP2797作為一款可靠的電池管理器件，提供了較為完整的電池監(jiān)控、預(yù)警和保護解決方案，MPF4279x則能夠提供峰值功率，計算電池阻抗，判斷電池的老化程度，精確預(yù)估電池的循環(huán)壽命與實時輸出能力。由MP2797和MPF4279x組成的一站式解決方案進一步提升了儲能電池測量的精準(zhǔn)性，同時也免去了設(shè)計人員自主開發(fā)SOC算法的復(fù)雜過程。

此外，采用同步降壓變換器MP4581可以帶來高集成度和高效率，而添加4/6通道的高速信號隔離器MP276xx還能幫助實現(xiàn)多個FE級聯(lián)模式下的相互通訊。選用MPS的這些產(chǎn)品組合為儲能BMS疊加了更多Buff（額外增益），不但優(yōu)化了系統(tǒng)性能，也提高了設(shè)計效率。

圖8 MP2797和MPF42791組成的一站式解決方案

儲能既是支持新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，也是實現(xiàn)“碳達峰”與“碳中和”兩大目標(biāo)的有力支撐。在綠色轉(zhuǎn)型的大背景下，儲能技術(shù)得到了大力發(fā)展與廣泛應(yīng)用。而BMS作為儲能系統(tǒng)的關(guān)鍵一環(huán)，仍被困于多重荊棘之中。