ADI张松刚：储能系统的BMS及电源系统设计.pptx-solarbe文库

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Dec 2021 张松刚储能系统的 BMS及电源系统设计 28 December 2021 1©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 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 28 December 2021 2©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 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输电配电用电能源流水电风能太阳能集中式储能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 28 December 2021 3©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 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 28 December 2021 4©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 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 28 December 2021 5©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 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 28 December 2021 6©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 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  集中式储能系统结构  储能系统中 ADI 解决方案 28 December 2021 7©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved.  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 PCS PMU Current Sensing Current Sensing BMS Board BMS Board Iso-Interface RACK Protection BMU 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 PMU RACK 汇流 28 December 2021 8©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 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 SPI  AFE不仅能测量电芯电压，还能测量温度  AFE可以完成被动均衡早期的电池包 BMS设计  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 ► BMS电池管理芯片  电池电芯监控器  也称为 AFE 28 December 2021 9©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved. BBMU 集中式储能的基本结构 – ADI解决方案 PCS Processor Current Sensing Current Sensing Fuel Gauge Gate driver BMS BMS Balance Iso-InterfaceISOSPI Power Processor RACK Protection Current /Voltage 电池管理功率转换RACK 汇流 28 December 2021 10©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved. ► ADI 的产品及方案 – BMS Monitor ADBMS1818, ADBMS6830 – ISOSPI LTC6820 – Bus Monitor LTC2949/2950 – Active balancing LT8584 – Power supply LTC8315， LTC8302 ► ADI 的产品及方案 – Gate driver ADuM413x, ADuM414x – Iso-Interface ADM3050, ADM2484, ADuM315x, ADM276xE – Current Sense AD8418A, ADAF1080 – Voltage detection AD7124, AD7606,AD7616 ADBMS1818 – 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 28 December 2021 11©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 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 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 28 December 2021 12©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved. LTC6820 – isoSPI™收发器► 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 2µA空闲电流 ► 自动唤醒检测 ► 2.7V至 5.5V电源 ► 16引脚 MSOP封装 28 December 2021 13©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved. ADBMS1818 评估系统 EVAL-ADBMS1818Z DC2792B Dual Master isoSPI Adapter BMS Demo Board DC2026 Linduino or DC590B Microcontroller board Dual LTC6820 isoSPI SPI https//www.analog.com/en/design-center/evaluation-hardware-and-software/evaluation-boards-kits/EVAL-ADBMS1818.htmleb-overview https//wiki.analog.com/resources/EVAL/EVAL-ADBMS1818 电池模拟信号源 28 December 2021 14©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 或 ► EVAL-ADBMS1818 DC2026 Linduino DC2792A LTC6820 DC2472A load interface board ADBMS1818设计资源 ADBMS1818 foxBMS board ADBMS1818 2x – 36ch Slave Board compatible with foxBMS Master Unit Link here Each ADBMS1818 measures SOC of 18 cells in series Passive balancing capability isoSPI Daisy chain connection in forward and reverse direction Schematics and design files available Evaluation board for the ADBMS1818 available Cell voltage, temperature and SOC monitored GUI to manage all the communications and results Source code and GUI available from foxBMS open-source project Tested with the SDP-K1 MCU App Note released AN-2093 28 December 2021 15©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved. LTC2949 – 整组电池总线监测 ► 双电流测量  Configurable for High Side or Low Side Operation  ±124mV Range, 237.5nV Resolution 20-Bit DS  3uV Offset Max -40°C to 125°C  Fast Overcurrent Detection w/ Deglitch  Max / Min Values Stored On-board ► 电压测量  ±5.5V Range, 46µV Resolution 18-Bit DS  Dedicated Stack Measurement  7 Dedicated Buffered Voltage Inputs  5 Additional Buffered Voltage Inputs or Digital Outputs 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 -40°C to 125°C LTC2949 68 xx 68 xx LTC6820 ► 实时处理 28 December 2021 16©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved.  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 VLOW up to 60V  Synchronous Rectification Up to 98 Efficiency  Programmable Inductor Current Monitoring and Regulation  SPI Compliant Serial Interface  Operation Status and Fault Report  Programmable VHIGH, VLOW Margining  Phase-Lockable Frequency 60kHz to 750kHz  Spread Spectrum Modulation Optional  Multiphase/Multi-ICs Operation Up to 24 Phases 28 December 2021 28©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved. LTC7872 4相双向 DC/DC 控制器 Features and Specifications  Unique Architecture Allows Regulation of Input Voltage, Output Voltage or Current  Operates with External Gate Drivers and MOSFETs  VHIGH up to 100V; VLOW up to 60V  Synchronous Rectification Up to 98 Efficiency  Programmable Inductor Current Monitoring and Regulation  SPI Compliant Serial Interface  Operation Status and Fault Report  Programmable VHIGH, VLOW Margining  Phase-Lockable Frequency 60kHz to 750kHz  Spread Spectrum Modulation Optional  Multiphase/Multi-ICs Operation Up to 24 Phases 28 December 2021 29©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved. LTC7060 100 V 浮地半桥驱动 Features and Specifications ► Unique symmetric floating gate driver architecture ► High noise immunity, tolerates ±10 V ground difference ► Minimum SW voltage is –10 V ► 100 V max VIN independent of IC supply voltage VCC ► 6 V to 14 V VCC operating voltage ► 4 V to 14 V gate driver voltage ► 0.8 Ω pull-down, 1.5 Ω pull-up for fast turn-on/off ► Shoot-through protection ► Programmable dead time ► Three-state PWM input with enable pin ► Drives dual N-channel MOSFETs ► Thermally enhanced 12-lead MSOP ► AEC-Q100 automotive qual in progress 28 December 2021 30©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved.