【導讀】2022年nian
，在zai政zheng策ce扶fu持chi和he市shi場chang需xu求qiu的de雙shuang重zhong刺ci激ji下xia
，儲chu能neng一yi下xia子zi成cheng為wei了le最zui為wei炙zhi手shou可ke熱re的de產chan業ye之zhi一yi，這zhe背bei後hou實shi質zhi是shi可ke再zai生sheng能neng源yuan裝zhuang機ji量liang的de不bu斷duan攀pan升sheng。和he火huo電dian等deng可ke以yi主zhu動dong控kong製zhi發fa電dian量liang的de機ji組zu不bu同tong，可ke再zai生sheng能neng源yuan的de發fa電dian受shou自zi然ran環huan境jing影ying響xiang，具ju有you很hen強qiang的de不bu確que定ding性xing，甚shen至zhi無wu法fa與yu電dian網wang兼jian容rong，因yin此ci需xu要yao配pei套tao儲chu能neng係xi統tong以yi解jie決jue消xiao納na、調峰、調頻、穩定電網等各類問題。

2022年nian，在zai政zheng策ce扶fu持chi和he市shi場chang需xu求qiu的de雙shuang重zhong刺ci激ji下xia，儲chu能neng一yi下xia子zi成cheng為wei了le最zui為wei炙zhi手shou可ke熱re的de產chan業ye之zhi一yi，這zhe背bei後hou實shi質zhi是shi可ke再zai生sheng能neng源yuan裝zhuang機ji量liang的de不bu斷duan攀pan升sheng。和he火huo電dian等deng可ke以yi主zhu動dong控kong製zhi發fa電dian量liang的de機ji組zu不bu同tong
，可ke再zai生sheng能neng源yuan的de發fa電dian受shou自zi然ran環huan境jing影ying響xiang，具ju有you很hen強qiang的de不bu確que定ding性xing
，甚shen至zhi無wu法fa與yu電dian網wang兼jian容rong，因yin此ci需xu要yao配pei套tao儲chu能neng係xi統tong以yi解jie決jue消xiao納na、調峰、調頻
、穩定電網等各類問題。

根據國家能源局的數據顯示，2016-2021年間，我國平均棄風率和棄光率已經分別從17.0%和10.3%降至3.1%和2.0%，zhelimianchuledianwangyunyingyouhua
，jishujinbudeyuanyinzhiwai，yelibukaichunengdefazhan。erqiezhongkeyuandiangongyanjiusuochunengjishuyanjiuzuzuchangchenyongchongriqianbiaoshi，jinguanwoguodechunengzhuangjiguimoshijiediyi，danchunengyufengdianguangfuxinnengyuanzhuangjiguimodebili（簡稱“儲新比”）不到7%；相對而言
，其他國家和地區的平均儲新比已達15.8%。隨著新能源發電規模的快速增加，我國儲新比還有很大的增長空間。

zaichunengjishushang，suiranmuqianchoushuixunengzhanjulejueduizhudaodeshichang
，danzhexiangyiyoushangbainianlishidejishuzhengrangweiyuliyongdianchizuoweihuanchongcunchujiezhidedianhuaxuechuneng（簡稱BESS），後者因為不受自然條件限製
，並且具有快速響應、靈活部署等特性，與可再生能源容量小、布局分散、數量多的特點完全吻合，可在戶用側、工商業側及網側實現靈活部署。據中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會發布的《2022儲能產業應用研究報告》統計數據顯示
，2021年中國新增儲能項目個數146個
，電化學儲能項目就達131個，其中鋰離子電池儲能項目120個。與此同時，大型項目之外，更多以工商業和戶用為代表的小微型儲能站正在多點開花。

雖然從長遠來看
，BESS的發展是大勢所趨，但在現階段，成本
、安全性、使用壽命、環保等問題還在一定程度上對產業有所阻礙，技術方麵的發展成為很重要的因素。BESS簡而言之就是直流與交流間的電力轉換、電池充放電以及整個工業係統的控製過程

，自然離不開電力電子技術來確保儲能係統的安全和高效率。因此，一般而言
，典型的BESS包含以下幾部分：PCS（power conversion system，功率轉換係統）負責電池直流鏈路和逆變器交流母線（即電池和電網）之間的功率變換，BMS（電池管理係統）負責監控電池的各項關鍵信息，以及EMS（能源管理係統）負責操作和控製整個係統。

無論是儲能係統的任何部分，都離不開芯片的支持。本文將通過具體的產品和方案，讓大家了解BESS係統的關鍵組成，以及如何克服所麵臨的挑戰。在該領域，電力電子的主要供應商之一德州儀器（TI）有著數十年相關技術積累
，同時對於電池管理以及工業控製
，TI也有著豐富的產品及係統經驗，可以為整個ESS係統構建完整的信號及能量傳遞鏈路
，因此本文選取了TI幾款具有代表性的產品和方案。

雙向功率轉換係統

在zai以yi往wang沒mei有you配pei套tao儲chu能neng的de時shi代dai
，可ke再zai生sheng能neng源yuan的de電dian力li流liu向xiang往wang往wang都dou是shi單dan向xiang直zhi接jie傳chuan至zhi電dian網wang側ce。在zai這zhe種zhong架jia構gou下xia添tian加jia儲chu能neng係xi統tong
，顯xian然ran一yi個ge雙shuang向xiang係xi統tong優you於yu兩liang個ge單dan向xiang係xi統tong。因yin此ci需xu要yao為wei儲chu能neng側ce增zeng加jia雙shuang向xiangDC/DC充放電管理，同時在AC/DC側也需要更改為雙向架構，集成PFC（power factor correction，功率因數校正）和he逆ni變bian器qi。這zhe種zhong更geng靈ling活huo的de雙shuang向xiang結jie構gou，有you助zhu於yu實shi現xian更geng好hao的de削xue峰feng填tian穀gu
，在zai電dian價jia便bian宜yi或huo者zhe發fa電dian量liang多duo的de時shi候hou存cun入ru電dian能neng
，而er在zai有you需xu求qiu時shi候hou及ji時shi釋shi放fang。

一般而言，這種雙向架構就意味著兩套彼此獨立的轉換係統，包括功率、控製、保護等等，這帶來了更高的係統成本
，更複雜的布局布線以及更大的體積。

雙向PFC與逆變級

由於拓撲結構中的功率器件基本相同，因此可將二者結合，從而實現係統的高效和小尺寸。其中雙向DC/DC功率級是專為儲能逆變器所打造的，雙向 DC/DC 功率級的常見拓撲是 CLLLC和DAB。而對於離網/並網雙向逆變器/PFC 功率級而言，並不需要特殊的拓撲來實現
，因為標準組串式逆變器中常用的逆變器功率級，如兩級 H 橋、HERIC、三電平 TNPC、三電平 NPC 和三電平 ANPC 等都能夠實現雙向轉換。

這(zhe)些(xie)複(fu)雜(za)的(de)拓(tuo)撲(pu)
，給(gei)電(dian)源(yuan)的(de)轉(zhuan)換(huan)和(he)控(kong)製(zhi)帶(dai)來(lai)了(le)諸(zhu)多(duo)挑(tiao)戰(zhan)。同(tong)時(shi)

，對(dui)於(yu)大(da)功(gong)率(lv)逆(ni)變(bian)器(qi)而(er)言(yan)，可(ke)能(neng)存(cun)在(zai)數(shu)個(ge)並(bing)聯(lian)情(qing)況(kuang)，因(yin)此(ci)也(ye)需(xu)要(yao)彼(bi)此(ci)間(jian)和(he)與(yu)電(dian)網(wang)間(jian)的(de)同(tong)步(bu)需(xu)求(qiu)。

同tong時shi，為wei了le實shi現xian更geng高gao的de轉zhuan換huan效xiao率lv和he儲chu能neng密mi度du，儲chu能neng係xi統tong正zheng在zai越yue來lai越yue多duo地di引yin入ru寬kuan禁jin帶dai半ban導dao體ti作zuo為wei其qi功gong率lv器qi件jian，相xiang比bi傳chuan統tong矽gui器qi件jian
，寬kuan禁jin帶dai半ban導dao體ti可ke以yi實shi現xian更geng高gao的de開kai關guan頻pin率lv
，從cong而er提ti高gao轉zhuan換huan效xiao率lv並bing降jiang低di尺chi寸cun，但dan這zhe種zhong更geng高gao的de開kai關guan頻pin率lv也ye給gei從cong驅qu動dong設she計ji到dao布bu局ju布bu線xian、EMI、熱管理等方麵帶來了挑戰。

效率、tijihechengbenguranzhongyao，dankekaoxingheanquanxingyongyuanshidiyiweide。biruduiyubingwangdeshuangxiangnibianqieryan，xuyaojubeijiancehegeligongneng，zaidianwangchuxianguzhang（如停電、掉電、過壓等）時，應及時斷開。

正zheng如ru以yi上shang種zhong種zhong挑tiao戰zhan
，無wu論lun對dui哪na類lei電dian源yuan拓tuo撲pu，設she計ji都dou絕jue非fei易yi事shi。因yin此ci最zui佳jia方fang案an是shi盡jin可ke能neng的de選xuan擇ze一yi套tao優you化hua的de參can考kao設she計ji方fang案an，以yi及ji一yi站zhan式shi供gong應ying商shang。TI提供了多種拓撲參考方案
，從而滿足各類功率轉換係統的需求。

TIDA-010210參考設計

以TI的基於 GaN 的 11kW 雙向三相 ANPC 參考設計TIDA-010210為例，此參考設計提供了用於實現基於氮化镓 (GaN) 的三電平三相 ANPC 逆變器功率級設計模板。使用快速開關型功率器件可實現 100kHz 的更高開關頻率，不僅減小了濾波器磁性元件的尺寸，還提高了功率級的功率密度。多級拓撲允許在高達 1000V 的較高直流總線電壓下使用額定電壓為 600V 的功率器件，這是在其他拓撲中無法實現的。同時
，較低的開關電壓應力可降低開關損耗，從而使峰值效率達到 98.5%，並且也可提升係統的可靠性。

該方案集成了TI的多款明星產品，包括C2000 32位MCU、集成驅動、保護和溫度報告的GaN FET、柵極驅動器、開關轉換器等電源類產品以及數字隔離器、放大器等信號鏈產品。

通過多級拓撲可以使用低電壓開關器件，但也意味著需要驅動更多開關，並且即使在異常操作期間也需要避免過壓。在此參考設計中TI僅用一顆C2000就在有限的PWM下控製18個功率元件
，並通過集成的CLB實現基於硬件的連鎖保護，從而無需使用外置的FPGA或CPLD。並且隻需軟件控製，就可實現換向功能。

高可靠電池管理係統

與功率轉換係統相類似，電池管理係統首先要保證足夠的安全可靠
，其次則是在效率、體積和成本方麵進行優化，而BMS是確保電池安全的最重要的係統。

典型的儲能BMS係統大致可分為BMU
、BDU以及BCU，其中BMU實現單獨電池信息采集，BDU進行電池簇的管理，BCU則負責整體的控製和通信。

由於電池管理係統更關注電池充放電管理
，所以需要詳細收集各類信息，包括電池信息存儲
、采集、均衡控製、充放電管理等。因此一個高性能AFE是實現高水平BMS的關鍵，應在精確性、魯棒性、安全性以及係統成本等方麵解決客戶的痛點。

BQ7961x簡化係統框圖

TI的BQ7961x係列精密電池監控器
、平衡器和集成硬件保護器
，就是一款迎合儲能客戶需求的AFE。首先在精度上，可以實現2mV以內的電壓采樣精度以及小於0.3%的電流采樣精度，16位ADC對16串電池的掃描時間僅為128μS，並且集成數字濾波，幫助客戶實現更高精度的電池SoC和SoH計算，從而對電池進行更好管理。在可靠性上，TI增強了引腳耐壓，可以承受高達80V電壓。由於儲能係統內部的EMC幹擾強


，很可能進入異常狀態，有上電重啟需求。BQ79616內部提供硬件複位
，更加穩定耐用。更重要的是，TI的BQ7961xxiliecaiyonggelishichafenjuhualiantongxin，keyishixianshuangxiangtongxinjishuangxianghuanxing

，zaimougejiediansunhuaideqingkuangxia，rengrankeyishixiantongxin，bingqiezaidianchicuguanlishang，yecaiyongjuhualianfangshi
，lianjiebaokuohuoerchuanganqi、保險絲、風扇
、繼電器等監控。

在安全性方麵，BQ7961x-Q1符合ASIL-D車規級安全
，完全可以滿足儲能係統的安全性需求。提供雙ADC冗餘采樣
，可對電壓、電流、溫度、通信狀態等進行監測與保護，並且具有自我診斷功能
，相比軟件檢測更加準確高效。

TI通過高級集成，降低係統的開發門檻和成本。比如BQ7961x係列集成了內部均衡MOSFET
，最高支持250mA電流，並且可以自動對電池進行均衡。此外
，BQ7961x係列提供了豐富的產品種類，在引腳兼容的情況下支持不同的電池串數
，從而根據實際需求進行成本優化。

迎接儲能市場新機遇

在zai中zhong國guo堅jian定ding不bu移yi地di發fa展zhan新xin能neng源yuan和he電dian力li體ti製zhi改gai革ge的de大da背bei景jing下xia
，儲chu能neng是shi電dian力li電dian子zi產chan業ye一yi顆ke冉ran冉ran升sheng起qi的de新xin星xing
，無wu論lun從cong產chan品pin及ji商shang業ye形xing態tai還hai是shi其qi本ben身shen的de科ke技ji含han量liang，都dou在zai快kuai速su變bian化hua發fa展zhan中zhong，未wei來lai甚shen至zhi每mei輛liang車che都dou可ke以yi成cheng為wei一yi個ge移yi動dong的de儲chu能neng站zhan。在zai不bu斷duan地di變bian化hua中zhong，選xuan擇ze經jing過guo大da量liang市shi場chang驗yan證zheng
、靈活可靠
、且一站式交付的供應商，是確保產品開發及量產的重要保障。

推進可再生能源發展，打造更環保的電網是TI助力中國能源行業發展的初心
，這其中也包括了儲能產業。TI正在通過廣泛的模擬和嵌入式處理產品、豐富的參考設計、強大且全方位的本地支持，包括本地研發

、本地銷售和應用團隊以及完全本地化的 TI.com.cn

，幫助儲能行業實現高可靠

、高效率、小尺寸及更高性價比，以滿足未來能源創新需求。

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