恩智浦儲能系統(tǒng)BMS解決方案

截至2022年，全球新能源儲能累計裝機量超過40GWh，達到45.7GWh，而中國儲能市場也首次突破10GWh，并達到13.1GWh，并首次超過美國，成為全球最大的新能源儲能市場。電化學(xué)儲能是鋰離子電池應(yīng)用的重要場景，為了迎合全球及國內(nèi)外儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，助推儲能系統(tǒng)快速技術(shù)迭代，提升安全性能，保證系統(tǒng)產(chǎn)品的可靠性能，NXP一直在加速新產(chǎn)品的研發(fā)和布局。

一般來說，儲能系統(tǒng)包括集中式儲能和分布式儲能，集中式儲能通俗講就是大型儲能，包括發(fā)電側(cè)儲能、電網(wǎng)側(cè)儲能、工商業(yè)應(yīng)用的儲能；而分布式儲能典型的應(yīng)用是戶用儲能、通訊基站儲能、不間斷備用電源等。

通常集中式儲能的BMS系統(tǒng)采用三級架構(gòu)，包括電芯監(jiān)控（CMU）、電池簇控制（SBMU）、整個儲能電池系統(tǒng)的總控（MBMU）,如下圖。而戶用儲能等分布式儲能的BMS架構(gòu)可以等同為集中式儲能電池簇一級的應(yīng)用。

圖1：儲能BMS系統(tǒng)典型架構(gòu)

在儲能應(yīng)用領(lǐng)域，NXP以高精度、高可靠性、高性價比、多方案匹配的模擬前端（AFE）為基礎(chǔ)，提供全套的儲能系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)（BMS）方案，適應(yīng)集中式儲能電池簇內(nèi)控制及戶用儲能控制的不同需求。

從集中式到分離式，從低壓應(yīng)用到高壓應(yīng)用，從有線通訊到無線通訊，NXP均可以提供完整的解決途徑。NXP的儲能解決方案將根據(jù)市場的需求不斷更新迭代。

NXP典型應(yīng)用ESS BMS方案

CMU端可以選擇18通道的AFE MC33774，或者14通道的AFE MC33771、MC33775, 保持全生命周期、全電壓范圍、全溫度范圍的高性能、高精度電芯采樣性能。集中式CMU可選4*MC33771、4*MC33775、3*MC33774, 可支持目前比較暢行的儲能52串液冷電池pack的應(yīng)用。另外為了保證系統(tǒng)安全，對電芯溫度進行充分監(jiān)控，提供基于MC33774的18個溫度采集點的分布式CMU方案。

BJB端采用高性價比battery sensor芯片MM9Z1638, 包含16 bit的高精度電流采集通道、4路高壓檢測通道、5路GPIO、8路IO, 具有充足的資源執(zhí)行電流檢測、絕緣檢測、高壓點檢測、NTC采樣溫度校準(zhǔn)等。與BMU在一起，做成BJB + BMU的方案，通過隔離SPI進行通訊。

BMU端，支持CAN、Ethernet、UART、SPI等多種通訊方式，采用MC33665作為連接電芯端的Gateway接收菊花鏈的上傳數(shù)據(jù)，支持4個菊花鏈接口，與MCU通訊除了支持SPI，還支持CAN/CAN-FD、UART。

圖2：典型應(yīng)用的ESS BMS方案系統(tǒng)框架

圖3：典型應(yīng)用的ESS BMS方案軟硬件展示

NXP高性價比ESS BMS方案

在高性價比ESS解決方案中，CMU端采用NXP儲能專屬AFE BMx7318, 18個電芯采樣通道，支持電流采樣，內(nèi)置SPI轉(zhuǎn)菊花鏈通訊橋，Busbar連接無通道限制，功能安全等級SIL-2, 在性能方面深入解決儲能應(yīng)用痛點，出色的性價比將加速儲能BMS技術(shù)的向前推進。

BJB端延用MM9Z1638, 也可根據(jù)應(yīng)用對功能安全的需求，需用MC33772執(zhí)行BJB的功能。SBMU端，沿用MC33665作為橋接收發(fā)器，收集電芯采樣數(shù)據(jù)，主MCU根據(jù)儲能應(yīng)用對于通訊類型的需求、對于數(shù)據(jù)處理能力的最新需求，以及對于安全機制處理能力的需求，選用合適的NXP MCU S32K314。

圖4：高性價比ESS BMS方案系統(tǒng)框架

NXP 的無線通訊ESS BMS方案

無線通訊BMS在儲能系統(tǒng)上的應(yīng)用，可以有效的提升電池pack的生產(chǎn)效率，降低系統(tǒng)組裝成本，提高維護效率，降低人力成本。但是傳統(tǒng)的基于2.4G頻段的無線通訊技術(shù)，成本較高，抗干擾、抗屏蔽能力較差，在電磁環(huán)境復(fù)雜的儲能系統(tǒng)中，很難確保通訊的正常進行。

為此，NXP提供基于紅外的無線通訊解決方案，較好的解決了無線通訊BMS成本高、抗干擾能力差的問題，自帶高隔離電壓性能，并且與菊花鏈通訊的節(jié)點共用一套軟件，節(jié)省軟件開發(fā)成本，并可以實現(xiàn)紅外、菊花鏈的兼容，混合使用。該方案基于NXP支持紅外通訊的AFE與收發(fā)器進行開發(fā)。

圖5：無線通訊ESS BMS方案的系統(tǒng)框架

圖6：無線通訊ESS BMS方案的軟硬件展示

（本文作者賈曉峰，恩智浦應(yīng)用工程師）

審核編輯：湯梓紅