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,以其為能量儲(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。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,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。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!對于此類高壓系統(tǒng),通常采用三級管理架構(gòu)進(jìn)行精細(xì)的電芯監(jiān)測和管理。
圖5 高壓儲(chǔ)能系統(tǒng)三級管理架構(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,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。對于多個(gè)電池簇并聯(lián)場景,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BMU模塊的三大任務(wù),給出了對應(yīng)的解決策略:
圖6 MPS高壓系統(tǒng)BMU方案
1.測量電池狀態(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,溫度的精確測量。同時(shí)集成了斷線檢測,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)。可以幫助系統(tǒng)快速恢復(fù)到平衡狀態(tài)。
這難道就是“夢中情料”?
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!
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原文標(biāo)題:揭秘儲(chǔ)能高端局!GWh猛猛狂飆!MPS穩(wěn)穩(wěn)拿下!【文末福利,有獎(jiǎng)問答】
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