储能系统（ESS）的电池管理系统解决方案开发

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简介

经济的发展以及日常生活都离不开可靠且可承受的能源。没有能源，经济增长与发展将会停滞不前；而依赖进口能源又易受地缘政治冲突的影响。除此之外，气候问题也越来越严重，如何确保能源安全对环境产生正面影响，同时提高能源效率并向低碳能源转型，这是业界面临的挑战。

那为实现能源安全，每一种可能的高效能源都是我们探索的方向。电力是汇集能量的一种常见形式。近年来，从化石燃料向电力消耗的转变又燃起了人们对电能的兴趣，而其中，储能系统是一个关键的组成部分。

储能系统（ESS）

储能系统 (ESS) 可通过能量存储介质储存电能，并在需要时补充电网等主能源。作为一种储能器，ESS在主电源可用时充电，在电量不足时则放电。

风能和光伏都是新能源，但开发时必须认识到，这些能源的可用性不会根据需求而变化。与顺应需求增加电力输出的发电厂不同，这些新能源只在可用时提供电能。而ESS 则起到了稳定器的作用，用于收集并供应电能。

储能需求正在能量传输系统的各个层面呈爆炸式增长，包括发电站、输电站、工业场所、电动汽车充电站，以及个人家庭。不同级别的能量输送系统确保了可用能量的可靠与一致性。

ESS电池管理系统（BMS）

ESS的电池管理系统（BMS）用于实时监控电池状态，并精心管理储能系统的关键功能部件-大量高能电池。BMS必须精确测量每个电池，监控其健康状况，并为系统提供准确的信息，从而实现ESS 的安全性、可靠性、高容量以及长寿命。

MPS的BMS储能解决方案

MPS为家庭、大型储能中心、数据中心、通信基站等各种高、低压储能应用提供高性能的BMS解决方案。本文介绍的储能系统BMS 解决方案采用MP2797实现模拟前端 (AFE) 监控和保护解决方案，还采用了MPF4279x 系列电量计。该方案具备三个主要优势，下面将分别阐述。图 1 所示为 MP2797 电池管理器件。

图 1：MP2797 电池管理器件

精确的测量

电池监控的精度对优化储能系统的性能至关重要。这其中包括精确监测每个电池的实时电压、电流和温度数据，提供给系统以评估每个电池的充电状态 (SOC) 和健康状况 (SOH)。

MP2797集成了两个独立的模数转换器（ADC），可以分别高精度地测量每个电池的电压、充/放电电流和温度。MP2797还同步测量每个电池的VI（电压和电流）电流，并提供给MPF4279x 电量计系列器件，通过其电压-电流混合算法加以利用。这个模型可以精确估算 ESS 电池的剩余 SOC 和 SOH。

准确的预测能力能够最大限度地延长储能电池的运行时间。无论断电或能量仲裁时是否需要 ESS，运行时间都是最大化电池监测精度的关键参数。

图 2 显示了电池电压和电流误差测量曲线。

图 2：电池电压和电流误差测量曲线

电量计算法

电量计算法是 ESS的内驱动力。但开发精确的算法很有挑战性，它需要的专业知识涉及多个方面，包括电化学、物理、电气与电子工程、固件开发和数据科学等。MPS 提供的低风险、低成本、快速上市的 BMS 解决方案，可帮您节省为开发电量计算法付出的成本与时间。

MP2797 提供精确的电池测量、电池平衡、监控、保护和控制功能。MPF42791提供峰值功率，计算电池阻抗，评估电池老化情况，并精确估算电池生命周期和实时输出能力。MP2797 和 MPF42791 的组合解决方案具备出色的精确度，并让设计人员省去了独立开发 SOC 算法的复杂过程（见图 3）。

图 3：MP2797 和 MPF42791 组合BMS 解决方案

MPS 还提供同步降压变换器MP4581，为外部设备提供高效率电源解决方案。与此同时，还可以结合 MP276xx 系列高速信号隔离器，堆叠多个 IC 以用于更高通道数的应用。

电池安全性

电池的安全性非常关键，如果管理不当，储能电池可能会带来危险。MP2797 提供全面的安全功能，例如根据精确测量的电压、电流和温度值，在系统存在不安全情况时发出警告；通过集成高端 (HS) 充电和放电 FET 驱动器，MP2797 可以直接禁用电池充电/放电；HS 驱动架构则确保了在触发保护时使用微控制器单元 (MCU) 进行通信，从而避免数据丢失。

图4显示了MP2797的典型应用电路。

图4: MP2797典型应用电路

结语

储能对推进电力系统发展、实现碳达峰和碳中和的目标至关重要。为了满足不断增长的储能需求，设计人员必须解决BMS的局限性，例如电池监控精度、开发电量计算法以及确保电池的安全性。MPS结合MP2797和 MPF4279x 电量计提供了一种有效的电池管理解决方案，推进了储能发展并克服了 BMS 面临的难题。