揭秘储能高端局：高压储能篇

每月为您发送最具参考价值的行业文章

我们会保障您的隐私

简介

从可以捧在手心的户外电源，到中小型家庭储能，再到巨无霸电站储能，我们可以看到随着锂电池技术日趋成熟，以其为能量储存媒介的各类储能产品正在快速发展。从百wh到GWh，平地起飞，全程狂飙！

本期我们来看一看高压储能应用典型的BMS结构，以及MPS方案有何特点。关于低压储能的内容，我们会在下一期讲解。

高压储能应用

大型储能：大型储能通常应用于电网，如光伏风电发电侧配储，等。其目的是为新能源的接入提供缓冲，提高电网的稳定性。大储的容量通常在MWh到GWh量级。这类储能系统的电压通常在800V-2000V。为了实现高压，这类系统通常都是通过多个模块化电池包堆叠；为了实现大容量，通常采用大容量磷酸铁锂电芯，并且多个电池簇并联。
工商业储能：工商业储能系统可以通过在谷电期间充电，在峰电期间放电，从而降低工厂的用电成本。工商业储能容量通常在kwh到MWh量级，电压通常在600V-1500V，为了实现高压大容量，工商业储能通常也是采用多个模块化磷酸铁锂电池包堆叠，多台设备并联的方式来实现。
中高压家储：家庭储能通常配合光伏板，为家庭用电进行削峰填谷，降低家庭电费。同时也可以在电网停电期间为家庭提供电力。家庭储能的容量通常为几kWh到几十kWh不等，中高压家储的电压等级通常为300-1000V。电池包规格通常为16-32s 50-100Ah中等容量的LFP或则NMC电芯组成。多个电池包可以通过级联堆叠的方式来提高系统电压，扩展系统容量。

图1: 高压储能应用

高压储能系统结构

高压储能系统都有着类似的系统结构，这里就以容量更大的大储和工商业储能为例来讨论高压储能的系统结构。

图2: 中高压储能系统结构

浅绿色的单元为单个电池包，内部通常包含24-52电池串联。多个电池包串联堆叠形成电池簇，从而达到系统需要的电压等级。多个电池簇进行并联用于容量扩展。除了电池包之外，系统通常还包含消防系统，风冷或则液冷散热系统，充放电逆变器系统等。

对于单个电池包，其内部电芯依次排列，电芯之间通过铜排进行连接。由BMU（电池管理单元）进行电芯的电压，温度等数据采集，并完成数据和预警上报。

图3: 单个电池包内部结构

电路千万条，安全第一条！对于此类高压系统，通常采用三级管理架构进行精细的电芯监测和管理

图4: 高压储能系统三级管理架构

位于系统最底层的是BMU模块，每个BMU模块负责一个电池包内电芯的电压，温度监测，预警和主动或则被动均衡。BMU模块通过数据总线与BCMU模块进行通信，完成数据上报和指令接收。BCMU进行电池簇统一管理。对于多个电池簇并联场景，多个BCMU模块与BAMU模块进行通信，BAMU模块进行统一的数据汇总，计算和上报等任务。

下图是MPS高压系统BMU方案，此方案针对BMU模块的三大任务，给出了对应的解决策略：

图5: MPS高压系统BMU方案

1. 测量电池状态，判断故障并上报：MP279x系列AFE，该系列AFE集成了两个高精度ADC，可以进行电压，电流，温度的精确测量。同时集成了断线检测，过压/欠压，过温保护等功能。

图6: MP279x系列AFE 典型应用图

2. 均衡电池：随着时间的推移，串联电池组内的电池会出现个体老化程度不均衡的情况。这种不均衡会导致在充电和放电的时候一节或几节较弱的电池首先达到充电/放电门限，导致系统无法进行继续充电或则放电。如果这种不均衡达到一定程度，会严重影响电池组的充放电容量，影响系统的使用寿命。MPS推出了MP264x系列主动均衡，是基于BUCK-BOOST原理的电感式主动均衡，具有集成度高，体积小，效率高，性价比高等特点。可以帮助系统快速恢复到平衡状态。

图7: MP2643典型应用框图

3. 单体电芯的荷电状态SOC, 健康度SOH，阻抗等参数的计算：这里MPS可以提供MPF4279x电量计芯片。该芯片采用OCV，库仑计分，实时阻抗，温度模型等混合模型，可以实时计算每一节电芯的SOC，SOH，阻抗等状态信息。为电池的安全可靠运行提供助力。

图8: MPF42790典型应用图

最后MCU通过I2C/SPI或则IO接口完成对AFE，主动均衡和电量计的控制和数据交互，MCU再通过隔离CAN总线跟顶端的BCMU进行数据交互。该架构的通信是星型连接，当其中一个模块通信异常后不会影响其他模块和系统正常工作，具有更强的鲁棒性。由于该架构的通信和数据交互协议都是基于MCU实现的，可以方便地支持不同型号的AFE，电量计，主动均衡芯片，具有更强的灵活性。由于本地有MCU，可以方便地实现主动均衡的控制，和功能安全的自检。

针对上面提到的高压应用，MPS设计了一套参考设计demo板，可以供客户测试。高压BMU模块demo板集成了两颗MP279xAFE芯片和CAN通信接口。