電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李誠）在“雙碳”目標的助推下，能源領域衍生出了更多的新能源優(yōu)化組合，儲能產(chǎn)業(yè)成為了備受關注的焦點。在儲能產(chǎn)業(yè)快速擴張的背后，潛藏著一個令人擔憂的問題，那就是安全。

據(jù)外媒報道，1月12日上午，位于韓國SK能源公司的一座安裝了50MW電池儲能系統(tǒng)的三層建筑突發(fā)大火。韓國蔚山消防局表示，這場火災共抽調(diào)了119名消防員，46臺救火設備用于緊急救援，歷時約2小時40分鐘最終將大火撲滅，具體起火原因還在調(diào)查中。

圖源：蔚山消防局

據(jù)悉從2011年至今，韓國的儲能項目已發(fā)生火災近30余起，其中有很大一部分儲能項目從投入運營到發(fā)生火災時間間隔不足一年。雖然此次火災原因尚未能定性，不過從此前發(fā)生的多起儲能電站火災事件來看，起火的誘因無非就是：電池質(zhì)量問題、儲能設備工作環(huán)境問題、人為操作不當以及安全保障工作不到位等。

人們對新能源的重視以及雙碳目標日期的臨近，國內(nèi)外的儲能建設項目激增。一再發(fā)生的火災讓人陷入沉思，安全隱患得不到解決，儲能產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)也將會受到限制。

儲能產(chǎn)業(yè)火災的風險該如何避免？以目前來看，最行之有效的辦法就是在電池儲能系統(tǒng)中加入高精度的BMS，用于對電池組、電池簇的充、放電過程進行管理，實現(xiàn)電池電壓、溫度、充/放電電流變化的實時監(jiān)測，從源頭上管理儲能系統(tǒng)，避免電池的“熱失控”降低火災風險。此前ADI就推出了專門針對與儲能系統(tǒng)應用的BMS解決方案，用于保證電池儲能的可靠性。

ADI電池儲能解決方案

集中式儲能系統(tǒng)架構主要分三個部分，分別為電池包、電池簇、儲能系統(tǒng)，作為在模擬信號、混合信號和數(shù)字信號處理芯片等領域造詣頗深的ADI為這幾個部分分別推出了相應的解決方案。

電池包是儲能系統(tǒng)中最基礎的部分，每個電池包由多個電芯組成一個整體的能量存儲單元，每個電池包內(nèi)部都會有一個BMS用于監(jiān)控每個電芯電壓及溫度的變化。在儲能系統(tǒng)內(nèi)中僅有電池包是不足以支撐起整個儲能系統(tǒng)的。在集中式儲能系統(tǒng)中，通常會將多個電池包通過串聯(lián)的方式連接起來形成一個儲能容量較大的電池簇，在將多個電池簇連接起來形成一個容量更大的儲能系統(tǒng)。同時在電池簇這一級也會加入BMU，通過總線的方式對整簇電芯的電流、電壓、溫度的監(jiān)控，避免整簇儲能系統(tǒng)出現(xiàn)過流、過壓或過溫的現(xiàn)象發(fā)生。


ADI電池包BMS

在電池包這一級中，ADI對傳統(tǒng)的BMS設計進行了優(yōu)化，傳統(tǒng)的BMS設計一般多以電池電芯控制器（AFE）搭配MCU的方式，完成對電芯電壓、溫度的實時監(jiān)測，同時MCU還會完成BMS的整體均衡、電壓檢測的分析工作。

其實在大型的儲能系統(tǒng)中每個電池包的電壓都是統(tǒng)一的。因此，ADI在BMS方面的設計方面提出了新的思路，采用AFE單芯片獨立工作的方式，通過菊花鏈將AFE與BMU連接形成一種級聯(lián)的方式。在這一架構中，AFE不僅能對電芯電壓進行實時監(jiān)控，還能測量電芯的實時溫度變化，最重要的一點是無需MCU也能實現(xiàn)儲能的被動均衡。針對這一設計，ADI推出了ADBMS1818、ADBMS6830等多個解決方案，下面將針對ADBMS1818這一款芯片進行詳細解讀。

圖源：ADI

ADBMS1818是一款高精度的多單元電池監(jiān)控器，最高可實現(xiàn)18個單元的串聯(lián)電池單元檢測，在實際應用中可根據(jù)情況對檢測單元進行配置。

在數(shù)據(jù)測量精度方面，ADI在該芯片集成了一個16位內(nèi)置三階噪聲濾波器的Δ-Σ ADC，以及一個具備高穩(wěn)定性的參考源，通過二者的結合ADBMS1818能在全溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)總測量精度3mV的誤差。

在儲能系統(tǒng)中電池溫度是一項非常關鍵的參數(shù)，為此ADI在ADBMS1818中內(nèi)置了9個通用的GPIO實現(xiàn)模擬的輸入，每個GPIO可分別對兩組串聯(lián)電池單元進行溫度檢測。

同時，ADBMS1818在電壓檢測引腳旁還配置了被動均衡引腳，該引腳與電阻相連，能夠?qū)⒏唠妷夯蛘吒吆呻娏侩娦镜哪芰肯牡?，達到減小不同電芯之間差距的目的。在充電時通過均衡電路來控制每節(jié)鋰動力電池的電壓，能夠盡可能地將每一個電芯保持在相同的狀態(tài)，以此保證鋰動力電池的性能和壽命。

在通信方面，ADBMS1818自帶一個隔離型的isoSPI接口，多個器件以菊花鏈形式連接，并為所有器件連接一個主機處理器。該菊花鏈可雙向操作，即使通信路徑出錯，也能確保通信完整性。

ADI電池簇BMU

在電池簇這一級中，ADI推出了LTC2949作為電池簇的監(jiān)控器，該監(jiān)控器可同時監(jiān)測兩個待測電阻的壓降以及電池簇電壓的變化，并推斷出電池實際流入或流出的電能及功率。為提升電流、電壓監(jiān)測的精度，LTC2949與ADBMS1818一樣內(nèi)置了一個Δ-ΣADC。

圖源：ADI

LTC2949共有4個電流監(jiān)測通道和7個電壓采樣通道，其中4個電流監(jiān)測通道在實際應用中可以進行采樣精度為0.3%雙電流檢測。7個電壓采樣通道，可分別在電池簇側或電能輸出側進行實時電壓的監(jiān)測，電壓采樣精度為0.9%。同時，電壓采樣通道還可以連接在電池與儲能系統(tǒng)的金屬外殼或地之間，通過測量二者之間的阻抗，判斷儲能系統(tǒng)的絕緣性，以此保障儲能系統(tǒng)的安全，避免安全事故的發(fā)生。

LTC2949是一款可編程的數(shù)字型電池簇控制器，用戶可以通過自定義閾值實現(xiàn)溢出報警功能。當LTC2949監(jiān)測到電池容量、電壓或電流超過一定額定值或充放電時間過長時，LTC2949會自動發(fā)出溢出警報提醒主機控制器停止電池的充放電任務，以此提升儲能系統(tǒng)的安全性和電池的壽命。

結語

集中式儲能火災事故不絕于耳，韓國此次事故再度敲響警鐘。在目前發(fā)生的多起集中式儲能火災事故中，級聯(lián)熱失控成為了多起火災事故的導火索，儲能電池的過充、過放是級聯(lián)熱失控的一大誘因。在儲能系統(tǒng)中加入高精度、高可靠性的BMS，能夠?qū)δ茈娦镜臄?shù)據(jù)進行實時訪問，以確保電芯的充放電流、電壓、溫度在合理范圍內(nèi)，同時通過設定閾值還能有效地避免電池過充、過放現(xiàn)象的發(fā)生，進而降低電池自身起火的風險。