儲能中的“監(jiān)察官”——能量計(jì)量芯片

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）顧名思義，能量計(jì)量芯片是一種專門設(shè)計(jì)用于測量和監(jiān)控電能流動(dòng)的IC，也被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和系統(tǒng)中，如智能電表、BMS、儲能系統(tǒng)、電源監(jiān)控設(shè)備等。能量計(jì)量芯片的主要功能是精確測量電能的消耗或生成，以及監(jiān)控電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

比如在儲能系統(tǒng)中，能量計(jì)量芯片主要用于精確測量和監(jiān)控儲能設(shè)備的電能消耗、優(yōu)化能源使用、提高系統(tǒng)效率等。它通過采集和分析數(shù)據(jù)，為管理者提供做出決策所需的可靠信息。

從該芯片的工作原理來看，包括信號的采集、轉(zhuǎn)換與處理，此外還包括對數(shù)據(jù)的計(jì)算與分析以及存儲與通信。具體表現(xiàn)上，電能計(jì)量芯片首先從電網(wǎng)中采集電流和電壓信號，再通過ADC將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，對這些信號再進(jìn)行濾波、放大和校正等處理，最后根據(jù)處理后的信號計(jì)算電能消耗，再將計(jì)算結(jié)果通過通信接口輸出到外部設(shè)備。

在儲能系統(tǒng)中，能量計(jì)量芯片可以實(shí)時(shí)監(jiān)測儲能系統(tǒng)的充放電狀態(tài)，包括輸入輸出功率、累積能量等關(guān)鍵參數(shù)。同時(shí)記錄能量存儲量和剩余容量，這對于確保系統(tǒng)的可靠性和延長電池壽命至關(guān)重要。

此外，還可以記錄儲能系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如充放電循環(huán)次數(shù)、效率等，以便于后續(xù)的性能評估和優(yōu)化，并分析歷史數(shù)據(jù)以預(yù)測未來的儲能需求和系統(tǒng)性能。

由于擁有數(shù)據(jù)處理能力，能量計(jì)量芯片能通過精確的計(jì)量和控制減少能量損耗，提高整個(gè)儲能系統(tǒng)的整體效率，這有助于平衡儲能系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的能量流動(dòng)，從而減少能量浪費(fèi)。

當(dāng)然，對于當(dāng)前市場中的能量計(jì)量芯片而言，想要實(shí)際應(yīng)用在儲能系統(tǒng)中，除了上述功能外，還需要允許遠(yuǎn)程監(jiān)控儲能系統(tǒng)的狀態(tài)，便于維護(hù)和故障排除，并通過網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程訪問和控制，使得儲能系統(tǒng)更加智能化。

最好還能與智能電網(wǎng)中的其他設(shè)備（如智能電表、逆變器等）協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無縫集成。同時(shí)支持多種通信協(xié)議，確保與不同品牌和型號的儲能設(shè)備兼容。

市場中的能量計(jì)量芯片方案

市場中有不少企業(yè)都推出了能量計(jì)量芯片方案，比如TI的ADS131M04，集成了AFE和DSP，能夠提供高精度的電能測量解決方案，該芯片還提供多種通信接口，包括SPI和UART，方便與其他系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

此外如ADI的ADE7758ARWZ，這是一款高精度的三相多功能電能計(jì)量IC，具備串行接口和兩個(gè)脈沖輸出功能。ADE7758集成了二階Σ-Δ ADC、數(shù)字積分器、基準(zhǔn)電路、溫度傳感器以及所有進(jìn)行有功、無功和視在電能計(jì)量以及有效值計(jì)量所需的信號處理元件。

ADE7758ARWZ芯片的電源電壓范圍是4.75至5.25V，工作溫度范圍為-40°C到85°C，適用于多種應(yīng)用場景，包括智能電表、能源管理系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化和樓宇自動(dòng)化等。

還有Microchip的PAC1934，具備電流傳感器放大器和總線電壓監(jiān)測器，它們向高分辨率ADC提供信號。數(shù)字電路執(zhí)行功率計(jì)算和能量累積。

PAC1934能夠?qū)崿F(xiàn)從1毫秒到36小時(shí)的長時(shí)間能量監(jiān)測。總線電壓、感測電阻電壓和累積的比例功率都存儲在寄存器中，供系統(tǒng)主控或嵌入式控制器檢索。采樣率和能量積分周期可以通過SMBus或I2C進(jìn)行控制，并且可以配置活動(dòng)通道選擇、單次測量以及其他控制。PAC1934使用實(shí)時(shí)校準(zhǔn)來最小化偏移和增益誤差，無需為該設(shè)備輸入濾波器。

國內(nèi)也有不少廠商推出了相應(yīng)的解決方案，如芯?？萍?/u>的CSE7761單相多功能電能計(jì)量芯片，擁有3路Σ-Δ ADC，可用于高精度的電壓和電流信號采集。有功率計(jì)算器，用于計(jì)算有功功率、無功功率等。具備一路SPI接口和一路UART接口，用于數(shù)據(jù)通信。

上海貝嶺BL0939也是一款電能測量芯片，它具備三路獨(dú)立的Sigma-Delta ADC，用于測量兩路電流和一路電壓。這款芯片支持兩路測量，可以同時(shí)進(jìn)行計(jì)量和漏電故障檢測，具有體積小、外圍電路簡單、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。BL0939能夠測量電流和電壓的有效值，有功功率以及有功電能等參數(shù)，并且可以通過UART/SPI接口輸出數(shù)據(jù)。

BL0939芯片具有專利防潛動(dòng)設(shè)計(jì)，配合合理的外部硬件設(shè)計(jì)，可以確保在無電流時(shí)噪聲功率不被計(jì)入電能脈沖。這使得BL0939非常適合用于儲能系統(tǒng)中，進(jìn)行電能的精確計(jì)量和管理。此外，它還具備溫度傳感器和波形輸出功能，可以為儲能系統(tǒng)提供更多的監(jiān)測和保護(hù)功能。

小結(jié)

能量計(jì)量芯片不僅提高了系統(tǒng)的可靠性和效率，還增強(qiáng)了對能源使用的智能管理能力。隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些芯片的功能將進(jìn)一步增強(qiáng)，為儲能解決方案提供更多價(jià)值。國內(nèi)外已經(jīng)推出了許多能量計(jì)量芯片，這些芯片具有高精度、集成度高、易于集成的特點(diǎn)，能夠滿足儲能系統(tǒng)對能量計(jì)量的需求，選擇合適的能量計(jì)量芯片取決于具體的應(yīng)用場景和技術(shù)要求。