本文導(dǎo)讀

光伏和風(fēng)電等綠色能源對(duì)碳中和至關(guān)重要，但其不穩(wěn)定性一直制約著其發(fā)展。鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)的突破有效緩解了這一問題，推動(dòng)了可再生能源的普及。儲(chǔ)能技術(shù)，尤其是ESS工商儲(chǔ)方案，通過精準(zhǔn)的電池管理和能源優(yōu)化，成為新型能源推廣的關(guān)鍵。本文將為您解析ESS工商儲(chǔ)方案設(shè)計(jì)。

根據(jù)能量儲(chǔ)存方式，儲(chǔ)能技術(shù)可分為物理儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能三類。其中，物理儲(chǔ)能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等；化學(xué)儲(chǔ)能主要包括鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池等；電磁儲(chǔ)能則包括超級(jí)電容器儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能。

隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，鋰電池儲(chǔ)能已成為工商業(yè)儲(chǔ)能及家庭儲(chǔ)能領(lǐng)域的首選。然而，由于鋰電池對(duì)充放電參數(shù)有嚴(yán)格要求，作為儲(chǔ)能應(yīng)用時(shí)必須配備電池管理系統(tǒng)（BMS），以嚴(yán)格控制其充放電過程，避免出現(xiàn)過充、過放、過熱等情況。

求遠(yuǎn)電子針對(duì)ESS（Energy Storage System）工商業(yè)儲(chǔ)能需求，推出了包括BMS方案和EMS方案在內(nèi)的解決方案。其中，BMS方案基于NXP的MC33774鋰電池管理芯片設(shè)計(jì)，支持中小型儲(chǔ)能的二級(jí)架構(gòu)和中大型儲(chǔ)能的三級(jí)BMS架構(gòu)。二級(jí)架構(gòu)采用RT1061+n×MC33774控制，三級(jí)架構(gòu)則基于RT1061+n1×LPC5506+n2×MC33774的架構(gòu)。MC33774管理采用NXP的TPL3菊花鏈通信控制，BMU與BCMU之間通過CAN隔離通信，硬件電路設(shè)計(jì)兼容二級(jí)架構(gòu)和三級(jí)架構(gòu)的形式。EMS方案基于NXP的i.MX93 MPU作為主控，并預(yù)留了豐富的外設(shè)接口，通過CAN口可與下級(jí)BMS進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，方便用戶測試開發(fā)。方案框圖如圖1所示。

圖1

BMU-BCC板基于NXP的MC33774鋰電池管理芯片設(shè)計(jì)，內(nèi)置16位ADC，支持418串鋰電池檢測，8路模擬檢測通過外擴(kuò)可擴(kuò)展至18路NTC檢測，實(shí)現(xiàn)與電池?cái)?shù)量1:1匹配，支持SPI/TPL菊花鏈通信。其主要參數(shù)如下：

支持418串連電池，單節(jié)鋰電池采樣精度±5mV;

支持外接18路NTC，采樣精度±1°C;

被動(dòng)均衡電流最大200mA;

TPL通信最大傳輸速率2Mbit/s;

支持菊花鏈級(jí)聯(lián)，單串菊花鏈支持最大63個(gè)節(jié)點(diǎn)。

圖2

BMU-BSC板基于NXP的LPC5506設(shè)計(jì)，通過菊花鏈網(wǎng)關(guān)MC33665芯片向下與BMU-BCC級(jí)聯(lián)連接，向上通過CAN接口與BCMU通信上傳電池包信息。板子預(yù)留有1路風(fēng)扇接口、指示燈以及主動(dòng)均衡控制接口。其主要參數(shù)如下：

1路隔離CAN接口，默認(rèn)500Kbps；

4路TPL3接口，最大傳輸速率2Mbit/s；

支持最大兩串菊花鏈路（首尾相連），單串菊花鏈支持最大63個(gè)節(jié)點(diǎn)；

1路干接點(diǎn)輸出24V@2A；

板載8MB Flash存儲(chǔ)。

圖3

BCMU板用于管理電池簇，基于NXP的RT1061作為主控芯片，通過MC33665可直接與BMU-BCC連接實(shí)現(xiàn)二級(jí)架構(gòu)。板子留有多路外設(shè)接口，可實(shí)現(xiàn)對(duì)上級(jí)或下級(jí)的通信控制，以及BJB部分電路（注：BJB部分支持連接不同的方案）。板上預(yù)留了多路輸入輸出信號(hào)控制，可用于開關(guān)、預(yù)充控制等。其主要參數(shù)如下：

4路TPL3接口，最大傳輸速率2Mbit/s；

3路CAN通信，默認(rèn)波特率500Kbps；

2路RS485通信，默認(rèn)波特率500Kbps；

2路百兆以太網(wǎng)接口；

3路信號(hào)輸入、3路高邊輸出24V@3.6A、3路低邊輸出24V@5A、1路干接點(diǎn)24V@5A；

BJB電路，支持端電壓、電流、絕緣檢測、NTC采集接口；

1路Micro SD卡存儲(chǔ)。

圖4

EMS方案板基于NXP的i.MX93作為主控芯片，通過CAN接口可直接與BCMU連接實(shí)現(xiàn)通信。板子留有多路外設(shè)接口，方便評(píng)估EMS與其他設(shè)備間的通信與控制。其主要外設(shè)參數(shù)如下：

2路CANFD接口，支持ISO11898-1及CAN 2.0B；

1路RS485接口，支持EIA-485標(biāo)準(zhǔn)；

2路千兆以太網(wǎng)接口，10/100/1000M自適應(yīng)以太網(wǎng)；

1路SD卡接口，支持SD3.0 模式。

1路M.2接口（1.8V電平），可擴(kuò)展其他外設(shè)。

1路4lane LVDS接口、1路4lane MIPI-DSI接口，可外接顯示屏；

1路2Lane MIPI-CSI接口，可直接接OV5640等攝像頭；

支持MIC輸入，音頻輸出接口。

圖5

基于RT1061+n1×LPC5506+n2×MC33774的三級(jí)架構(gòu)與EMS配套方案，連接示意圖如圖6所示。

圖6

對(duì)于此儲(chǔ)能方案，可通過EMS的外接顯示屏顯示當(dāng)前電池包的具體信息，如鏈ID、電芯單體電壓、電池串電壓、均衡電壓、溫度、電池簇電壓、電流、絕緣檢測等，方便快速評(píng)估測試。

圖7

求遠(yuǎn)電子的ESS工商儲(chǔ)方案，通過創(chuàng)新的三級(jí)架構(gòu)設(shè)計(jì)和豐富的功能模塊，有效解決了鋰電池儲(chǔ)能在安全性、穩(wěn)定性和管理效率方面的挑戰(zhàn)，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池狀態(tài)的精準(zhǔn)監(jiān)控和智能管理，還為用戶提供了便捷的測試與開發(fā)環(huán)境，可顯著縮短儲(chǔ)能產(chǎn)品的上市周期，助力企業(yè)快速響應(yīng)市場需求。