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文档简介

1、储能系统的BMS及电源系统设计双碳背景推动储能的发展集中式储能及ADI解决方案家用储能系统及户外电源设计其它技术可与储能系统相结合目录双碳背景下能源形势变化未来电网的变化及趋势储能系统的作用储能系统及应用双碳背景推动储能的发展双碳背景下能源形势的变化低压电器+ 智能电表特高压输电+ 智能变电站+ 配电网自动化发电用电能源流水电+ 风能+ 太阳能集中式储能输电配电特高压输电+ 智能变电站+ 配电网自动化智能低压电器+ 新一代智能电表电力物联网充电桩2020 新基建在能源网上包括了特高压和新能源 汽车充电桩在“3060 碳达峰和碳中和”的目标 下,“十四五”有新布局,“十四五”关键指标单位GDP能

2、源消耗降低13.5%单位GDP二氧化碳排放降低18%能源综合生产能力46亿吨标准煤特高压新能源汽车充电桩城际高铁交通网5G基站建设大数据中心人工智能工业互联网城市轨道信息网2020年的新基建能源网分布式储能火力发电清洁能源、储能、远距离能 源输送和充电桩成为热点来源:“十四五”规划,ADI整理未来电网的变化及趋势 越来越多的ESS家用及住宅ESS家庭自用太阳能 + 充电桩集成 备用电源输电领域用ESS能源转移 延缓投资可再生能源用ESS可再生能源整合 = 存储和使用 降低可再生能源缩减电网稳定性工业ESS自用调峰电能账单优化 备用电动汽车充电基础设施ESS增强电网稳定性 提升充电性能 V2G电

3、网和发电厂ESS频率调节动态适应间歇电源和负载 备用电源储能系统的作用电化学中的锂 离子电池技术高能量密度的 锂离子电池电池管理系统 应对过充过放电池的安全及 电池系统中的 隔离储能应用的主要技术电池管理功率转换储能系统及应用风、光与储能结合电网侧储能系统工业应用单体 + 分布式储能堆叠+ 集中式储能电池堆叠串联可达1500V总线电流/电压测量及管理各模块之间需隔离分级管理与控制功能安全要求电池包独立设计(48V系统)电流与电压检测同步太阳能及其它电源输入双向升降压DC/DC控制充电站家用储能户外及便携式电源双碳背景推动储能的发展集中式储能及ADI解决方案家用储能系统及户外电源设计其它技术可与

4、储能系统相结合目录集中式储能系统结构储能系统中ADI 解决方案BMS芯片及隔离通信母线监测主动均衡及功能安全集中式储能的基本结构PCSPMUCurrent SensingCurrentSensingBMS BoardBMS BoardIso-InterfaceRACKProtectionBMU电池管理功率转换一级:电池包级(PACK)BMS Board二级:电池簇级(RACK)BMU三级:储能系统级PMURACK汇 流电池包BMS设计的变化ADI的AFE带来BMS结构的改变AFE可以独立工作,可以直接从电池包取电AFE采用菊花链通信方式,可级联AFE自带IsoSPI接口,并兼容SPIAFE不仅

5、能测量电芯电压,还能测量温度AFE可以完成被动均衡早期的电池包BMS设计包内有独立的BMS板,板内含MCUAFE通过SPI与MCU相连,并需要隔离AFE主要负责测量电芯电压和温度MCU来控制均衡,也可以由AFE完成MCU输出到BMU需要隔离BMS电池管理芯片电池电芯监控器也称为AFEBBMU集中式储能的基本结构 ADI解决方案PCSProcessorCurrent SensingCurrent SensingFuelGaugeGate driverBMSBMSBalanceIso-InterfaceISOSPIPowerProcessorRACKProtectionCurrent/Voltag

6、e电池管理功率转换RACK汇 流ADI 的产品及方案BMS Monitor: ADBMS1818, ADBMS6830ISOSPI: LTC6820Bus Monitor: LTC2949/2950Active balancing: LT8584Power supply: LTC8315,LTC8302ADI 的产品及方案Gate driver: ADuM413x, ADuM414xIso-Interface: ADM3050, ADM2484, ADuM315x, ADM276xECurrent Sense: AD8418A, ADAF1080Voltage detection: AD712

7、4, AD7606,AD7616ADBMS1818 18单元电池监控器测量18个串联电池单元业界较高的精度:3mV总测量误差16位Delta Sigma可编程噪声滤波器高级可逆isoSPI接口200mA被动电池平衡能力9个通用数字I/O或模拟输入同步电压和GPIO测量LQFP 64引脚封装ADBMS6830 16单元电池监控器新一代BMS芯片架构16 通道, 每通道一路 ADC4.2MHz 输入采样2s 输入 AAF 滤波器18-bit, 1kSPS的噪声: 27VRMS每通道ADC替代了输入多路开关 + RC 滤 波器同样: 没有 HPF (没有最小fexc)LTC6820 isoSPI收发

8、器支持所有ADI isoSPI器件高数据速率隔离式数据通信主机模式:2Mbps从机模式:1Mbps使用标准变压器实现的电气隔离低成本单条双绞线上的双向接口支持长达100米的电缆极低EMI敏感性和辐射超低2A空闲电流自动唤醒检测2.7V至5.5V电源16引脚MSOP封装ADBMS1818 评估系统EVAL-ADBMS1818ZDC2792BDual Master isoSPI AdapterBMS Demo BoardDC2026 (Linduino) or DC590BMicrocontroller boardDual LTC6820isoSPISPIhttps:/en/design-cent

9、er/evaluation-hardware-and-software/evaluation-boards-kits/EVAL-ADBMS1818.html#eb-overview /resources/EVAL/EVAL-ADBMS1818电池模拟 信号 源或EVAL-ADBMS1818 + DC2026 (Linduino) + DC2792A (LTC6820)+ DC2472A (load interface board)ADBMS1818设计资源ADBMS1818 foxBMS boardADBMS1818 (2x 36ch) Slave Board compatible with

10、foxBMS Master Unit (Link here)Each ADBMS1818 measures SOC of 18 cells in seriesPassive balancing capabilityisoSPI Daisy chain connection in forward and reverse directionSchematics and design files availableEvaluation board for the ADBMS1818 availableCell voltage, temperature and SOCmonitoredGUI to m

11、anage all the communications and resultsSource code and GUI available from foxBMS open-source projectTested with the SDP-K1 MCUApp Note released (AN-2093)LTC2949 整组电池总线监测双电流测量Configurable for High Side or Low Side Operation124mV Range, 237.5nV Resolution (20-Bit DS)3uV Offset Max (-40C to 125C)Fast

12、Overcurrent Detection w/ DeglitchMax / Min Values Stored On-board电压测量5.5V Range, 46V Resolution (18-Bit DS)Dedicated Stack Measurement7 Dedicated Buffered Voltage Inputs5 Additional Buffered Voltage Inputs or DigitalOutputs (Configurable as Heartbeat Monitors)内置 isoSPI 接口BMS 芯片同步测量4.5V 14V 供电电压温度范围:

13、-40C to 125CLTC294968xx68xxLTC6820实时处理1% 精度的功率、电能和电荷测量电荷和能量的无损跟踪内置 Tolerance & Tempco 校正因子主动均衡:LT8584 快速均衡LT8584The LT8584 operates as a boundary mode flyback converterProvides 2.5A average discharge current.Scalable by using multiple LT8584s to balance each cell.Each battery in the stack requires a

14、n LT8584 active cell balancer10A discharge to the stack with LT3570/71 with MosfetIntegrated 6A switchSafety FeaturesRead Back via ADC of LTC681x:Cell VoltageCell Discharge CurrentDie TempLT8584 Handshaking Voltage (i.e. Reference V)LTC6811 LTC6812 LTC6813Battery Stack Monitors (12 18Channel)LT8584M

15、odule +Module +Module -Stack +Stack -LT8584Module +Module -LT8584Module +Module -C1 S1C11 S11C12 S12V+Module -LT1999OCPGPIOGPIOStack Discharge EnableLT3750 LT375116 Cells #1ADBMS1818Up to 18 cells in seriesMODULE -BMULTC6820SPI16 Cells #NADBMS1818MODULE -Optional LTC2949MODULE +MODULE +MCUBMS SWBala

16、nceBalanceState of charge State of health System safetyisoSPICoulomb CounterOptional LTC6820SPIRisoSPIisoSPIRACK电池包堆叠(串行通信)PACK NPACK 1每个电池包520KWh4852 V16 Cells电池架(RACK)电池管理单元(BMU)电池模块(PACK)LT8584LT8584PassiveLT8584LT8584Passive 堆叠式解决方案- ADBMS1818 + LTC6820 + 主动均衡功能安全设计思路Master ModuleLTC6820LTC6820S

17、tack ControllerSTMF3241xEthernetC A NMaster-Slave CommunicationsWakeTemperature MeasurementSlave ModuleEEPROMSafety FailureBMS48V ModulesStackable to 1500V (27)Functional Safety1.IEC61508 SIL22.OT, OV/UV, OCEEPROM (Traceability &Maintenance)Current Meas1.In the Modules or SOC2.BMS or Charger 6.Typic

18、ally4.2v cells e.g. Li-NMC,3.7V cells e.g. LFP7.Unique ID feature 1.Order of ParticipantsReversible IsoSPIReinforced isolation1.between Master & Slave10. Devices:1.ADBMS181x (18/16ch)Designed to IEC61508:202xNo Redundancy双碳背景推动储能的发展集中式储能及ADI解决方案家用储能系统及户外电源设计其它技术可与储能系统相结合目录家用储能系统户外及便携式电源基站电源后备储能双向电源设

19、计家用储能基本结构及ADI解决方案DC/DCDC/ACGate driverGate driverDSP/MCUCurrent sensingCurrent sensingProtectionInterfacePV PanelBMS Board储能电池包ADI 产品及解决方案BMS Monitor: ADBMS181x (16-ch), ADBMS6830, MAX17852Gate driver: ADuM4135/36, ADuM4145/46, ADuM4177, ADuM412x, ADuM422xCurrent sensing: ADI amplifierInterface: ADM

20、3050, ADM2484DC Meter: AD7779, ADuCM355, ADE9153AProcessor: ADSP-21489, ADSP-CM408逆变器MAX17852 带电流检测的14单元电池监控器FeaturesAECQ-100 Grade 1 Temperature RangeOperating Voltage from 9V to 65VASIL D Voltage, Temperature, Current ,CommunicationOBDII - Voltage/temperature measurement redundancyRedundant Monito

21、r and Alert pins14 Cell-Voltage Measurement Channels2mV Accuracy (0.2V-4.8V, 5C to 40C)4.5mV Accuracy (-20C to 125C)14 Cell-Balancing SwitchesUp to 300mA per switchEmergency Discharge ModeAutomatic cell balancing enabling micro sleep modeCurrent sense amplifier7 Selectable ranges10mA resolution 256

22、gainImproved Acquisition Time4 Selectable GPIO/AUXIN pinsPin Selectable SPI/UART Communication InterfaceDual UART, Redundant Communications, Double speedI2C Master InterfaceUltra-Low Power Operation (Standby 2mA, Shutdown 2A)Die Temperature MeasurementIDEAL FOR 48V APPLICATIONS户外及便携式电源结构及ADI解决方案PV P

23、anelBMSDC/DCLT8708Bi-Direction DC/DCOr ChargerDC/DCLT8708Charging to battery (12V/24V/48V)PC (Type-C)USB PortsADI 产品及方案双向DC/DC:LT8708,LT8228Ideal Diode:LTC435xBMS Monitor: ADBMS181x,MAX1785xBuck/Boost (MPPT): LT8491Gate Driver: LT7000/700148V/12VDC220VACIdeal DiodeLT8228AC/DCGate DriveDC/ACGate Driv

24、e220VAC输入源输出LT8708 / 8708-1 升降压双向DC/DC控制器LT8491 带有最大功率点跟踪(MPPT)的双向升降压DC/DC控制器Value PropositionMPPT: Maximum Power Extracted from PanelBuck-Boost Topology for low Vin OperationI2C Interface Provides Valuable InformationKey BenefitsTelemetry (VPANEL, VBAT, PIN, POUT, etc.)Charging Status & Fault Repor

25、tingMore Charger Configuration OptionsLT8228: 带保护的双向升降压DC/DC控制器基站备用电源结构及ADI方案AC/DCDC/DCLTC787x+LTC706x基站负载BMS Board电池包BMS Board电池包DC/DC48V直流母线(44-56V)LTC787x+LTC706xADI 产品及方案双向DC/DC:LT7871,LT7872BMS Monitor: ADBMS181x, MAX1785xGate Driver: LTC706xIso-Interface: ADM3050, ADM2484, ADM276xE可以是梯次 利用的电池L

26、TC787x+LTC706xLTC787x+LTC706xGate DriveLTC7871: 6相双向DC/DC 控制器Features and Specifications6-Phase for High PowerDynamic Regulation of VIN, VOUT or CurrentOperates with External Gate Drivers and MOSFETsVHIGH up to 100V; VLOW up to 60VSynchronous Rectification: Up to 98% EfficiencyProgrammable Inductor

27、Current Monitoring and RegulationSPI Compliant Serial InterfaceOperation Status and Fault ReportProgrammable VHIGH, VLOW MarginingPhase-Lockable Frequency: 60kHz to 750kHzSpread Spectrum Modulation OptionalMultiphase/Multi-ICs Operation Up to 24 PhasesLTC7872: 4相双向DC/DC 控制器Features and Specification

28、sUnique Architecture Allows Regulation of Input Voltage,Output Voltage or CurrentOperates with External Gate Drivers and MOSFETsVHIGH up to 100V; VLOW up to 60VSynchronous Rectification: Up to 98% EfficiencyProgrammable Inductor Current Monitoring and RegulationSPI Compliant Serial InterfaceOperatio

29、n Status and Fault ReportProgrammable VHIGH, VLOW MarginingPhase-Lockable Frequency: 60kHz to 750kHzSpread Spectrum Modulation OptionalMultiphase/Multi-ICs Operation Up to 24 PhasesLTC7060: 100 V 浮地半桥驱动Features and SpecificationsUnique symmetric floating gate driver architectureHigh noise immunity,

30、tolerates 10 V ground differenceMinimum SW voltage is 10 V100 V max VIN independent of IC supply voltage VCC6 V to 14 V VCC operating voltage4 V to 14 V gate driver voltage0.8 pull-down, 1.5 pull-up for fast turn-on/offShoot-through protectionProgrammable dead timeThree-state PWM input with enable p

31、inDrives dual N-channel MOSFETsThermally enhanced 12-lead MSOPAEC-Q100 automotive qual in progress双碳背景推动储能的发展集中式储能及ADI解决方案家用储能系统及户外电源设计其它技术可与储能系统相结合目录电池内阻测试技术 EIS绝缘检测技术无线BMS烟感技术用于储能电池电化学内阻测试(EIS)ADI的解决方案 CN0510可充电电池不仅需要电源管理设备来确保快速、安全充电,还需要监测其健康状态和预期寿命什么时候应该更换电池,现在还不得而知该解决方案如何解决问题这个参考设计提供了一个完整的健康状态和预

32、期寿命的锂离子电池的应用,这是目前市场上最常见的可充电电池电池制造商可以使用这个解决方案来测量和监控他们的电池,并制定健康电池和故障电池的外观, 以改善客户的体验特性和好处为客户提供有关电池更换的健康状态和充电状态信息分析功能,减少维护时间和成本真实和想象的阻抗数据集创建锂离子和其他电池化学成分的精确测量提供从毫赫兹到千赫兹范围的完整频率扫描Arduino开发环境使该设计可用于许多处理系统Key Parts Used/Companion HardwareAD5941 High Precision, Impedance, and Electrochemical Front EndAD8694 L

33、ow Noise, Rail-to-Rail Quad Op AmpADG636 1 pC Charge Injection, 100 pA Leakage Dual SPDTWeb pageCompanion hardwareEVAL-ADICUP3029CN-0510 design support packageSchematicsLayoutBOMAssemblySoftwareADICUP3029 + CN-0510 ApplicationUser guide/resources/eval/user- guides/circuits-from-the-lab/cn0510Support

34、Circuits from the Lab EngineerZone核心产品:AD594XAD594x: 用于电化学和EIS应用的第三代内阻测量AFEADUCM350/5: 用于工业和医疗的AFE + MCUAD5940: 通用市场,发布于 2Q19AD5941: 汽车应用,发布于 4Q20CN-0510:已于2019年11月发布发布评估系统和CFTL从1Hz到1kHz的误差小于1.5%多个厂家已评估并采用$10K Bio-Logic EIS BenchtopAD5941 Battery EIS System0.0020.004-0.014-0.012-0.01-0.008-0.006-0.0

35、04-0.0020.02500.030.0350.040.0450.050.0550.06BIOLOGIC EIS VERSUS ADI EISBioLogic EIS StationAnalog EIS Board用总线管理芯片做绝缘电阻检测绝缘测量部分Pack VoltageChassis GND VoltageChassis GND Bias Switch Q1Two Measurements (Q1 ON / OFF) toCalculate Two UnknownsQ1对外壳的等效绝缘电阻已知电阻:Risop, Rison orRiso and (Vp:Vn)Riso 总是可以等效成

36、 Risop, Rison绝缘电阻等效电路VBAT =Vp + Vn两个已知 的电阻等效成单个绝 缘失效阻抗ADI 的短距离,微功耗无线组网产品系列F703x TCXOM XTAL(32kHz)JT AGF703x TCXOXTAL(32kHz)JT AGTCXOXTAL(32kHz)JT AGTCXOXTAL(32kHz)JTAGF703x TCXOM XTAL(32kHz)JT AGF703x TCXOXTAL(32kHz)JT AGTCXOXTAL(32kHz)JT AGADI SmartMesh IPWirelessHARTADI RapidNet IPADI AgileNet 6T支

37、持芯片LTC5800- IPMALTC5800- WHMADuCM3 029ControllerADF 7023XcvrADuCM4 050ControllerADF 7030-1Xcvr频率和波段2.4 GHz World wide band2.4 GHz World wide bandSub GHzWorld wide regional bandsSub GHzWorld wide regional bands关键特点IEEE802.15.4 兼容Mesh 网WirelessHART 兼容Mesh 网6LoWPAN 兼容P2MP 长距离网6TiSCH 兼容Mesh 网可扩展到1000个节点

38、长电池寿命可扩展到12000个节点可扩展到1000个节点250 kbps 数据带宽300kbps高下行链路BW50 kbps 数据带宽长电池寿命长电池寿命长电池寿命长距离长距离用途高密度网络在恶劣的工业环境中高密度网络在恶劣的工业环境中高密度的大型网络需要快速下载独特的消息。或需要低 延迟警报消息的低密度网络低密度的网络分布在大面积或难以到达节点开发环境Release in 2H, 2020ADADuC 4050ADADuCM 4050ADF703x ADF703x TCXOADuCM4050 ADuCM XTALADF4050 (32kHz)703xADFADuCM703xJTAG4050ADuCM4050TCXOXTAL(32kHz)Starter Kit D

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