電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠(chéng)）在“雙碳”目標(biāo)的助推下，能源領(lǐng)域衍生出了更多的新能源優(yōu)化組合，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)成為了備受關(guān)注的焦點(diǎn)。在儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)快速擴(kuò)張的背后，潛藏著一個(gè)令人擔(dān)憂的問(wèn)題，那就是安全。

據(jù)外媒報(bào)道，1月12日上午，位于韓國(guó)SK能源公司的一座安裝了50MW電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的三層建筑突發(fā)大火。韓國(guó)蔚山消防局表示，這場(chǎng)火災(zāi)共抽調(diào)了119名消防員，46臺(tái)救火設(shè)備用于緊急救援，歷時(shí)約2小時(shí)40分鐘最終將大火撲滅，具體起火原因還在調(diào)查中。

圖源：蔚山消防局

據(jù)悉從2011年至今，韓國(guó)的儲(chǔ)能項(xiàng)目已發(fā)生火災(zāi)近30余起，其中有很大一部分儲(chǔ)能項(xiàng)目從投入運(yùn)營(yíng)到發(fā)生火災(zāi)時(shí)間間隔不足一年。雖然此次火災(zāi)原因尚未能定性，不過(guò)從此前發(fā)生的多起儲(chǔ)能電站火災(zāi)事件來(lái)看，起火的誘因無(wú)非就是：電池質(zhì)量問(wèn)題、儲(chǔ)能設(shè)備工作環(huán)境問(wèn)題、人為操作不當(dāng)以及安全保障工作不到位等。

人們對(duì)新能源的重視以及雙碳目標(biāo)日期的臨近，國(guó)內(nèi)外的儲(chǔ)能建設(shè)項(xiàng)目激增。一再發(fā)生的火災(zāi)讓人陷入沉思，安全隱患得不到解決，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)也將會(huì)受到限制。

儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)該如何避免？以目前來(lái)看，最行之有效的辦法就是在電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中加入高精度的BMS，用于對(duì)電池組、電池簇的充、放電過(guò)程進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)電池電壓、溫度、充/放電電流變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從源頭上管理儲(chǔ)能系統(tǒng)，避免電池的“熱失控”降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。此前ADI就推出了專門針對(duì)與儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用的BMS解決方案，用于保證電池儲(chǔ)能的可靠性。

ADI電池儲(chǔ)能解決方案

集中式儲(chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)主要分三個(gè)部分，分別為電池包、電池簇、儲(chǔ)能系統(tǒng)，作為在模擬信號(hào)、混合信號(hào)和數(shù)字信號(hào)處理芯片等領(lǐng)域造詣?lì)H深的ADI為這幾個(gè)部分分別推出了相應(yīng)的解決方案。

電池包是儲(chǔ)能系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的部分，每個(gè)電池包由多個(gè)電芯組成一個(gè)整體的能量存儲(chǔ)單元，每個(gè)電池包內(nèi)部都會(huì)有一個(gè)BMS用于監(jiān)控每個(gè)電芯電壓及溫度的變化。在儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)中僅有電池包是不足以支撐起整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的。在集中式儲(chǔ)能系統(tǒng)中，通常會(huì)將多個(gè)電池包通過(guò)串聯(lián)的方式連接起來(lái)形成一個(gè)儲(chǔ)能容量較大的電池簇，在將多個(gè)電池簇連接起來(lái)形成一個(gè)容量更大的儲(chǔ)能系統(tǒng)。同時(shí)在電池簇這一級(jí)也會(huì)加入BMU，通過(guò)總線的方式對(duì)整簇電芯的電流、電壓、溫度的監(jiān)控，避免整簇儲(chǔ)能系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)流、過(guò)壓或過(guò)溫的現(xiàn)象發(fā)生。


ADI電池包BMS

在電池包這一級(jí)中，ADI對(duì)傳統(tǒng)的BMS設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，傳統(tǒng)的BMS設(shè)計(jì)一般多以電池電芯控制器（AFE）搭配MCU的方式，完成對(duì)電芯電壓、溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)MCU還會(huì)完成BMS的整體均衡、電壓檢測(cè)的分析工作。

其實(shí)在大型的儲(chǔ)能系統(tǒng)中每個(gè)電池包的電壓都是統(tǒng)一的。因此，ADI在BMS方面的設(shè)計(jì)方面提出了新的思路，采用AFE單芯片獨(dú)立工作的方式，通過(guò)菊花鏈將AFE與BMU連接形成一種級(jí)聯(lián)的方式。在這一架構(gòu)中，AFE不僅能對(duì)電芯電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還能測(cè)量電芯的實(shí)時(shí)溫度變化，最重要的一點(diǎn)是無(wú)需MCU也能實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的被動(dòng)均衡。針對(duì)這一設(shè)計(jì)，ADI推出了ADBMS1818、ADBMS6830等多個(gè)解決方案，下面將針對(duì)ADBMS1818這一款芯片進(jìn)行詳細(xì)解讀。

圖源：ADI

ADBMS1818是一款高精度的多單元電池監(jiān)控器，最高可實(shí)現(xiàn)18個(gè)單元的串聯(lián)電池單元檢測(cè)，在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)情況對(duì)檢測(cè)單元進(jìn)行配置。

在數(shù)據(jù)測(cè)量精度方面，ADI在該芯片集成了一個(gè)16位內(nèi)置三階噪聲濾波器的Δ-Σ ADC，以及一個(gè)具備高穩(wěn)定性的參考源，通過(guò)二者的結(jié)合ADBMS1818能在全溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)總測(cè)量精度3mV的誤差。

在儲(chǔ)能系統(tǒng)中電池溫度是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的參數(shù)，為此ADI在ADBMS1818中內(nèi)置了9個(gè)通用的GPIO實(shí)現(xiàn)模擬的輸入，每個(gè)GPIO可分別對(duì)兩組串聯(lián)電池單元進(jìn)行溫度檢測(cè)。

同時(shí)，ADBMS1818在電壓檢測(cè)引腳旁還配置了被動(dòng)均衡引腳，該引腳與電阻相連，能夠?qū)⒏唠妷夯蛘吒吆呻娏侩娦镜哪芰肯牡?，達(dá)到減小不同電芯之間差距的目的。在充電時(shí)通過(guò)均衡電路來(lái)控制每節(jié)鋰動(dòng)力電池的電壓，能夠盡可能地將每一個(gè)電芯保持在相同的狀態(tài)，以此保證鋰動(dòng)力電池的性能和壽命。

在通信方面，ADBMS1818自帶一個(gè)隔離型的isoSPI接口，多個(gè)器件以菊花鏈形式連接，并為所有器件連接一個(gè)主機(jī)處理器。該菊花鏈可雙向操作，即使通信路徑出錯(cuò)，也能確保通信完整性。

ADI電池簇BMU

在電池簇這一級(jí)中，ADI推出了LTC2949作為電池簇的監(jiān)控器，該監(jiān)控器可同時(shí)監(jiān)測(cè)兩個(gè)待測(cè)電阻的壓降以及電池簇電壓的變化，并推斷出電池實(shí)際流入或流出的電能及功率。為提升電流、電壓監(jiān)測(cè)的精度，LTC2949與ADBMS1818一樣內(nèi)置了一個(gè)Δ-ΣADC。

圖源：ADI

LTC2949共有4個(gè)電流監(jiān)測(cè)通道和7個(gè)電壓采樣通道，其中4個(gè)電流監(jiān)測(cè)通道在實(shí)際應(yīng)用中可以進(jìn)行采樣精度為0.3%雙電流檢測(cè)。7個(gè)電壓采樣通道，可分別在電池簇側(cè)或電能輸出側(cè)進(jìn)行實(shí)時(shí)電壓的監(jiān)測(cè)，電壓采樣精度為0.9%。同時(shí)，電壓采樣通道還可以連接在電池與儲(chǔ)能系統(tǒng)的金屬外殼或地之間，通過(guò)測(cè)量二者之間的阻抗，判斷儲(chǔ)能系統(tǒng)的絕緣性，以此保障儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全，避免安全事故的發(fā)生。

LTC2949是一款可編程的數(shù)字型電池簇控制器，用戶可以通過(guò)自定義閾值實(shí)現(xiàn)溢出報(bào)警功能。當(dāng)LTC2949監(jiān)測(cè)到電池容量、電壓或電流超過(guò)一定額定值或充放電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，LTC2949會(huì)自動(dòng)發(fā)出溢出警報(bào)提醒主機(jī)控制器停止電池的充放電任務(wù)，以此提升儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性和電池的壽命。

結(jié)語(yǔ)

集中式儲(chǔ)能火災(zāi)事故不絕于耳，韓國(guó)此次事故再度敲響警鐘。在目前發(fā)生的多起集中式儲(chǔ)能火災(zāi)事故中，級(jí)聯(lián)熱失控成為了多起火災(zāi)事故的導(dǎo)火索，儲(chǔ)能電池的過(guò)充、過(guò)放是級(jí)聯(lián)熱失控的一大誘因。在儲(chǔ)能系統(tǒng)中加入高精度、高可靠性的BMS，能夠?qū)?chǔ)能電芯的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)訪問(wèn)，以確保電芯的充放電流、電壓、溫度在合理范圍內(nèi)，同時(shí)通過(guò)設(shè)定閾值還能有效地避免電池過(guò)充、過(guò)放現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)而降低電池自身起火的風(fēng)險(xiǎn)。