储能系统的BMS及电源系统设计-培训课件_第1页
储能系统的BMS及电源系统设计-培训课件_第2页
储能系统的BMS及电源系统设计-培训课件_第3页
储能系统的BMS及电源系统设计-培训课件_第4页
储能系统的BMS及电源系统设计-培训课件_第5页
已阅读5页,还剩34页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

储能系统的BMS及电源系统设计张松刚©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

20211双碳背景推动储能的发展➢

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➢

储能系统及应用目录©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

20212双碳背景下能源形势的变化发电输电配电用电+新一代智能电表充电桩能源流特高压输电

+智能变电站

+配电网自动化火力发电智能低压电器分布式储能水电

+风能

+太阳能集中式储能电力物联网►

202

年的新基建能源网►

2020

新基建–

在能源网上包括了特高压和新能源汽车充电桩•

特高压►

在“3060

碳达峰和碳中和”的目标下,“十四五”有新布局,•新能源汽车充电桩交通网►

“十四五”关键指标•

城际高铁–

单位GDP能源消耗降低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•城市轨道信息网•

5G基站建设•

大数据中心•

人工智能•

工业互联网清洁能源、储能、远距离能源输送和充电桩成为热点:“十四五”规划,ADI整理©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

20213未来电网的变化及趋势–越来越多的ESS工业ESS自用调峰电动汽车充电基础设施ESS输电领域用ESS电能账单优化备用增强电网稳定性提升充电性能V2G能源转移延缓投资电网和发电厂ESS频率调节动态适应间歇电源和负载备用电源家用及住宅ESS家庭自用太阳能

+充电桩集成备用电源可再生能源用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©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

20214储能系统的作用►

储能应用的主要技术▪

电池管理电池的安全及电池系统中的隔离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▪

功率转换©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

20215储能系统及应用电充电站►

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►

分级管理与控制风、光与储能结合►

功能安全要求►

单体

+分布式储能工业应用►

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控制户外及便携式电源家用储能©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

20216双碳背景推动储能的发展➢

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➢

主动均衡及功能安全©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

20217集中式储能的基本结构功率转换电池管理RACKRACK汇流PCSProtectionBMS

BoardBMS

BoardCurrentSensingCurrentSensingBMUPMUIs

Interface一级:电池包级(PACK)RACK)二级:电池簇级(BMU三级:储能系统级PMU►BMS

Board©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

20218电池包BMS设计的变化►

BMS电池管理芯片➢

电池电芯监控器➢

也称为AFE早期的电池包BMS设计ADI的AFE带来BMS结构的改变➢

包内有独立的BMS板,板内含MCU➢

AFE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➢

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SPI➢

AFE不仅能测量电芯电压,还能测量温度➢

AFE可以完成被动均衡©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

20219集中式储能的基本结构–ADI解决方案功率转换电池管理RACKRACK汇流PCSProtectionGate

driverCurrent/VoltageBMSBMSCurrentSensingCurrentSensingBalancePowerBBMUProcessorFuelGaugeISOSPIProcessorIs

Interface►

ADI

的产品

及方案►ADI

的产品及方案–––––BMSMonitor:

ADBMS1818,

ADBMS6830ISOSPI:

LTC6820Gate

driver:ADuM413x,

ADuM414x––––Iso-Interface:

ADM3050,ADM2484,

ADuM315x,

ADM276xECurrentSense:AD8418A,

ADAF1080Voltagedetection:

AD7124,

AD7606,AD7616BusMonitor:

LTC2949/2950Activebalancing:

LT8584Powersupply:

LTC8315,LTC8302©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202110ADBMS1818

–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DeltaSigma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►

LQFP64引脚封装©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202111ADBMS6830

–16单元电池监控器►

新一代BMS芯片架构►

16通道,

每通道一路

ADC►

4.2MHz

输入采样►

2µs输入

AAF

滤波器►

18-bit,

1kSPS的噪声:

27µVRMS►

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)©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202112LTC6820

isoSPI™收发器►

支持所有ADIisoSPI™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2µA空闲电流►

自动唤醒检测►

2.7V至5.5V电源►

16引脚MSOP封装©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202113ADBMS1818

评估系统►

EVAL-ADBMS1818

+DC2026

(Linduino)

+DC2792A

(LTC6820)

+DC2472A

(load

interface

board)EVAL-ADBMS1818Z电池Dual

LTC6820SPI或模拟信号源isoSPIDC2026

(Linduino)or

DC590BDC2792BMicrocontroller

boardDual

Master

isoSPI

AdapterBMS

Demo

Board/en/design-center/evaluation-hardware-and-software/evaluation-boards-kits/EVAL-ADBMS1818.html#eb-overview/resources/EVAL/EVAL-ADBMS1818©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202114ADBMS1818设计资源ADBMS1818

foxBMSboard•ADBMS1818

(2x

36ch)

Slave

Board

compatible

with

foxBMSMaster

Unit(Linkhere)•••••Each

ADBMS1818

measuresSOC

of

18

cellsinseriesPassive

balancing

capabilityisoSPIDaisy

chain

connection

inforward

and

reversedirectionSchematics

and

designfilesavailableEvaluation

board

for

the

ADBMS1818

available•••Cellvoltage,

temperature

and

SOCmonitoredGUIto

manage

allthe

communicationsand

resultsSource

code

and

GUIavailable

fromfoxBMS

open-source

projectTestedwiththe

SDP-K1

MCUApp

Notereleased(AN-2093)••©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202115LTC2949

–整组电池总线监测►

双电流测量▪

Configurable

for

HighSide

or

LowSide

Operation▪

±124mV

Range,237.5nV

Resolution

(20-Bit

DS)▪

3uVOffset

Max

(-40°Cto

125°C)▪

FastOvercurrent

Detection

w/Deglitch▪

Max/Min

ValuesStored

On-boardLTC2949►

电压测量▪

±5.5V

Range,46µVResolution

(18-BitDS)▪

Dedicated

Stack

Measurement▪

7

Dedicated

Buffered

Voltage

Inputs▪

5Additional

Buffered

Voltage

Inputs

or

DigitalLTC6820Outputs

(Configurable

asHeartbeat

Monitors)►

内置

isoSPI™

接口►

实时处理►

BMS芯片同步测量▪

1%精度的功率、电能和电荷测量►

4.5V~14V供电电压►

温度范围:-40°Cto

125°C▪

电荷和能量的无损跟踪▪

内置

Tolerance

&Tempco

校正因子©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202116主动均衡:LT8584

–快速均衡Module

+►

LT8584Module

+Module

-Stack+Stack

-▪

TheLT8584

operates

asa

boundary

mode

flybackconverterV+C12S12▪

Provides2.5Aaverage

dischargecurrent.▪

ScalablebyusingmultipleLT8584s

tobalanceeach

cell.▪

Eachbattery

inthestackrequires

anLT8584

activecellLT8584Module

+Module-balancerLTC6811LTC6812LTC6813▪

10AdischargetothestackwithLT3570/71

with

Mosfet▪

Integrated6AswitchLT8584C11S11StackDischargeEnableLT3750LT3751GPIOBatteryStackMonitors(12

18Channel)►

Safety

Features▪

Read

Back

via

ADC

ofLTC681x:▪

CellVoltageModule

+Modul

-▪

CellDischarge

Current▪

DieTempGPIOOCPLT1999▪

LT8584Handshaking

Voltage

(i.e.

ReferenceV)C1

S1LT8584Module

-©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202117堆叠式解决方案--

ADBMS1818

+

LTC6820

+主动均衡电池架(RACK)PACK)5~20KWh48~52

V16Cells电池模块(每个电池包MODULE

+16Cells

#NLT8584PassiveBalanceLT8584ADBMS1818RisoSPICoulomb

CounterPACK

NMODULE

-MODULE

+OptionalLTC6820OptionalLTC2949isoSPI电池包堆叠(串行通信)SPI16Cells

#1LT8584MCUPassiveSPIADBMS1818LTC6820BalanceLT8584BMS

SWisoSPIPACK

1State

of

chargeState

ofhealthSystemsafetyMODULE

-BMURACK电池管理单元(BMU)©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202118功能安全设计思路Master-Slave

Communications1.

48V

Modules2.

Stackableto

1500V(27)3.

Functional

Safety1.

IEC61508

SIL22.

OT,OV/UV,

OC4.

EEPROM

(Traceability

&Maintenance)5.

Current

MeasEthernetLTC68201.

Inthe

Modules

or

SOC2.

BMS

or

ChargerStackControllerSafetyFailure6.

TypicallySTMF3241xCAN1.

4.2v

cellse.g.

Li-NMC,2.

3.7Vcellse.g.

LFP7.

Unique

ID

feature1.

Order

of

Participants8.

Reversible

IsoSPI9.

Reinforced

isolation1.

betweenMaster

&Slave10.

Devices:BMSLTC6820WakeEEPROMMaster

Module1.

ADBMS181x

(18/16ch)2.

Designedto

IEC61508:202x3.

NoRedundancyTemperatureMeasurementSlave

Module©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202119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➢

双向电源设计©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202120家用储能基本结构及ADI解决方案逆变器InterfaceDSP/MCUCurrentsensingCurrentsensingGate

driverGate

driverProtectionDC/DCDC/ACPVPanelBMS

Board储能电池包►

ADI产品及解决方案–

BMS

Monitor:

ADBMS181x

(16-ch),ADBMS6830,

MAX17852–

Gatedriver:

ADuM4135/36,

ADuM4145/46,

ADuM4177,

ADuM412x,

ADuM422x–

Current

sensing:

ADI

amplifier–

Interface:

ADM3050,

ADM2484–

DC

Meter:

AD7779,

ADuCM355,

ADE9153A–

Processor:

ADSP-21489,

ADSP-CM408©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202121MAX17852

–带电流检测的14单元电池监控器Features•

AECQ-100Grade1Temperature

Range•

Operating

Voltage

from

9Vto

65V•

ASIL

D–

Voltage,

Temperature,

Current

,Communication•

OBDII

-Voltage/temperature

measurement

redundancy•

Redundant

Monitor

andAlertpins•

14

Cell-VoltageMeasurement

Channels>

2mV

Accuracy

(0.2V-4.8V,

5°Cto

40°C)>

4.5mVAccuracy

(-20°C

to

125°C)•

14Cell-Balancing

Switches>

Upto

300mA

perswitch>

Emergency

Discharge

Mode>

Automatic

cellbalancing

enabling

micro

sleep

mode•

Current

senseamplifier>

7Selectable

ranges>

10mA

resolution

@256

gain•

Improved

Acquisition

Time•

4SelectableGPIO/AUXIN

pins•

Pin

Selectable

SPI/UART

Communication

Interface•

DualUART,

Redundant

Communications,

Double

speed•

I2C

Master

Interface•

Ultra-Low

Power

Operation

(Standby2mA,

Shutdown

2µA)•

Die

Temperature

Measurement•

IDEAL

FOR48V

APPLICATIONS©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202122户外及便携式电源结构及ADI解决方案►

输入源►输出220VAC220VACDC/ACAC/DCGate

DriveGate

DriveChargingto

battery(12V/24V/48V)Bi-DirectionDC/DCDC/DCPC

Type-C()OrIdeal

DiodeBMSChargerLT8708USB

PortsPVPanelLT822848V/12VDCDC/DCLT8708►

ADI产品及方案►

双向DC/DC:LT8708,LT8228►

IdealDiode:LTC435x►

BMS

Monitor:

ADBMS181x,MAX1785x►

Buck/Boost

(MPPT):LT8491►

GateDriver:

LT7000/7001©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202123LT8708

/

8708-1

–升降压双向DC/DC控制器©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202124LT8491

–带有最大功率点跟踪(MPPT)的双向升降压DC/DC控制器ValueProposition►

MPPT:

Maximum

Power

ExtractedfromPanel►

Buck-Boost

Topology

forlowVinOperation►

I2C

Interface

Provides

ValuableInformationKeyBenefits►

Telemetry

(VPANEL,

V

,

P

,P

,

etc.)BATINOUT►

Charging

Status&FaultReporting►

More

Charger

Configuration

Options©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202125LT8228:

带保护的双向升降压DC/DC控制器©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202126基站备用电源结构及ADI方案48V直流母线

(44-56V)AC/DC基站负载Gate

DriveLTC787x+LTC706xLTC787x+LTC706xLTC787x+LTC706xDC/DCDC/DCLTC787x+LTC706xBMS

BoardBMS

Board可以是梯次利用的电池电池包电池包►

ADI

产品及方案►

双向DC/DC:LT7871,LT7872►

BMS

Monitor:

ADBMS181x,

MAX1785x►

Gate

Driver:

LTC706x►

Iso-Interface:

ADM3050,

ADM2484,ADM276xE©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202127LTC7871:

6相双向DC/DC

控制器Features

andSpecifications▪

6-Phasefor

High

Power▪

Dynamic

Regulation

of

VIN,

VOUT

or

Current▪

Operates

with

External

GateDrivers

andMOSFETs▪

VHIGH

up

to

100V;

VLOW

up

to

60V▪

Synchronous

Rectification:

Up

to

98%

Efficiency▪

Programmable

Inductor

Current

Monitoring

andRegulation▪

SPICompliant

Serial

Interface▪

Operation

Status

andFault

Report▪

Programmable

VHIGH,

VLOW

Margining▪

Phase-LockableFrequency:

60kHzto

750kHz▪

Spread

Spectrum

Modulation

Optional▪

Multiphase/Multi-ICs

Operation

Upto

24

Phases©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202128LTC7872:

4相双向DC/DC

控制器Features

andSpecifications▪

Unique

Architecture

AllowsRegulation

of

Input

Voltage,Output

Voltage

or

Current▪

Operates

with

External

GateDrivers

andMOSFETs▪

VHIGH

up

to

100V;

VLOW

up

to

60V▪

Synchronous

Rectification:

Up

to

98%

Efficiency▪

Programmable

Inductor

Current

Monitoring

andRegulation▪

SPI

Compliant

Serial

Interface▪

Operation

Status

andFault

Report▪

Programmable

VHIGH,

VLOW

Margining▪

Phase-LockableFrequency:

60kHzto

750kHz▪

Spread

Spectrum

Modulation

Optional▪

Multiphase/Multi-ICs

Operation

Upto

24

Phases©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202129LTC7060:

100

V

浮地半桥驱动Features

andSpecifications►

Unique

symmetricfloating

gate

driverarchitecture►

High

noise

immunity,tolerates

±10V

grounddifference►

Minimum

SW

voltage

is–10V►

100Vmax

V

independent

ofICsupplyvoltage

VINCC►

6Vto14V

V

operating

voltageCC►

4Vto14Vgate

driver

voltage►

0.8

Ωpull-down,

1.5Ωpull-up

forfast

turn-on/off►

Shoot-through

protection►

Programmable

dead

time►

Three-state

PWM

inputwithenable

pin►

Drivesdual

N-channel

MOSFETs►

Thermally

enhanced

12-lead

MSOP►

AEC-Q100automotivequal

inprogress©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202130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©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202131电池电化学内阻测试(EIS)►

Web

page►

ADI的解决方案

CN0510►

Companion

hardware▪

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▪

EVAL-ADICUP3029►

CN-0510

design

support

package▪

Schematics►

该解决方案如何解决问题▪

Layout▪

这个参考设计提供了一个完整的健康状态和预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BOMAssembly▪▪▪

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►

Software►

特性和好处▪ADICUP3029

+

CN-0510

Application▪

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►

User

guide▪

/resources/eval/user-guides/circuits-from-the-lab/cn0510▪Arduino开发环境使该设计可用于许多处理系统►

Support▪

Circuits

from

the

Lab®

EngineerZone®Key

PartsUsed/Companion

HardwareAD5941

High

Precision,

Impedance,

and

Electrochemical

FrontEndAD8694

Low

Noise,

Rail-to-Rail

Quad

OpAmpADG636

1pCCharge

Injection,

100pALeakage

Dual

SPDT©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202132核心产品:AD594X►

AD594x:

用于电化学和EIS应用的第三代内阻测量AFE▪

ADUCM350/5:

用于工业和医疗的

AFE

+MCU▪

AD5940:

通用市场,发布于

2Q19AD5941BatteryEISSystem$10KBio-Logic

EIS

Benchtop▪

AD5941:

汽车应用,发布于

4Q20►

CN-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BIOLOGIC

EIS

VERSUS

ADIEISBioLogicEISStationAnalogEIS

Board-0.014-0.012-0.01-0.008-0.006-0.004-0.0020.0250.030.0350.040.0450.050.0550.0600.0020.004©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202133用总线管理芯片做绝缘电阻检测绝缘测量部分ChassisGNDBiasSwitchQ1TwoMeasurements(Q1ON/

OFF)

toCalculate

TwoUnknownsPackVoltageQ1ChassisGNDVoltage©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202134对外壳的等效绝缘电阻绝缘电阻等效电路VBAT

=Vp

+Vn等效成单个绝缘失效阻抗两个已知的电阻已知电阻:►

Risop,Risonor►

Risoand(Vp:Vn)►

Riso总是可以等效成

Risop,Rison©2021

Analog

Devices,

Inc.28

December

202135ADI

的短距离,微功耗无线组网产品系列ADI

SmartMesh

IPWirelessHARTADI

RapidNet

IPADI

AgileNet

6T支持芯片LTC5800-IPMALTC5800-WHMADuCM3ADFADuCM4ADF02970230507030-1µControllerXcvrµControllerXcvr2.4

GHzWorldwide

band2.4

GHzWorldwide

bandSubGHzWorldwide

regional

bandsSubGHzWorldwide

regional

bands频率和波段关键特点IEEE802.15.4

兼容Mesh

网可扩展到1000个节点250

kbps数据带宽长电池寿命WirelessHART

兼容Mesh

网6LoWPAN

兼容P2MP

长距离网可扩展到12000个节点300kbps高下行链路BW长电池寿命6TiSCH兼容Mesh

网可扩展到1000个节点50kbps

数据带宽长电池寿命长电池寿命长距离长距离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用途开发环境Release

in2H,2020A7ADF703x

TCXOAD40ADu40ADuC405ADuCM4050XTAL(32kHz)AD70ADF703xADuCM4050TCXOJTAGADuCM4050XTAL(32kHz)S

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论