Dec2021张松刚储能系统的BMS及电源系统设计28December1©2021AnalogDevices,Inc.Allrights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28December2©2021AnalogDevices,Inc.Allrights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28December3©2021AnalogDevices,Inc.Allrights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28December4©2021AnalogDevices,Inc.Allrights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28December5©2021AnalogDevices,Inc.Allrights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28December6©2021AnalogDevices,Inc.Allrights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28December7©2021AnalogDevices,Inc.Allrights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PCSPMUCurrentSensingCurrentSensingBMSBoardBMSBoardIso-InterfaceRACKProtectionBMU电池管理功率转换一级：电池包级（PACK）BMSBoard二级：电池簇级（RACK）BMU►三级：储能系统级PMURACK汇流28December8©2021AnalogDevices,Inc.Allrights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AFE28December9©2021AnalogDevices,Inc.AllrightsBBMU集中式储能的基本结构–ADI解决方案PCSProcessorCurrentSensingCurrentSensingFuelGaugeGatedriverBMSBMSBalanceIso-InterfaceISOSPIPowerProcessorRACKProtectionCurrent/Voltage电池管理功率转换RACK汇流28December10©2021AnalogDevices,Inc.Allrights►ADI的产品及方案–BMSMonitor:ADBMS1818,ADBMS6830–ISOSPI:LTC6820–BusMonitor:LTC2949/2950–Activebalancing:LT8584–Powersupply:►ADI的产品及方案–Gatedriver:ADuM413x,ADuM414x–Iso-Interface:ADM3050,ADM2484,ADuM315x,ADM276xE–CurrentSense:AD8418A,ADAF1080–Voltagedetection:AD7124,AD7606,AD7616ADBMS1818–18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DeltaSigma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►LQFP64引脚封装28December11©2021AnalogDevices,Inc.AllrightsADBMS6830–16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)28December12©2021AnalogDevices,Inc.AllrightsLTC6820–isoSPI™收发器►支持所有ADIisoSPI™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28December13©2021AnalogDevices,Inc.AllrightsADBMS1818评估系统EVAL-ADBMS1818ZDC2792BDualMasterisoSPIAdapterBMSDemoBoardDC2026(Linduino)orDC590BMicrocontrollerboardDualLTC6820isoSPISPIhttps://www.analog.com/en/design-center/evaluation-hardware-and-software/evaluation-boards-kits/EVAL-ADBMS1818.html#eb-overviewhttps://wiki.analog.com/resources/EVAL/EVAL-ADBMS1818电池模拟信号源28December14©2021AnalogDevices,Inc.Allrights或►EVAL-ADBMS1818+DC2026(Linduino)+DC2792A(LTC6820)+DC2472A(loadinterfaceboard)ADBMS1818设计资源ADBMS1818foxBMSboard•ADBMS1818(2x–36ch)SlaveBoardcompatiblewithfoxBMSMasterUnit(Linkhere)•EachADBMS1818measuresSOCof18cellsinseries•Passivebalancingcapability•isoSPIDaisychainconnectioninforwardandreversedirection•Schematicsanddesignfilesavailable•EvaluationboardfortheADBMS1818available•Cellvoltage,temperatureandSOCmonitored•GUItomanageallthecommunicationsandresults•SourcecodeandGUIavailablefromfoxBMSopen-sourceproject•TestedwiththeSDP-K1MCU•AppNotereleased(AN-2093)28December15©2021AnalogDevices,Inc.AllrightsLTC2949–整组电池总线监测►双电流测量ConfigurableforHighSideorLowSideOperation±124mVRange,237.5nVResolution(20-BitDS)3uVOffsetMax(-40°Cto125°C)FastOvercurrentDetectionw/DeglitchMax/MinValuesStoredOn-board►电压测量±5.5VRange,46µVResolution(18-BitDS)DedicatedStackMeasurement7DedicatedBufferedVoltageInputs5AdditionalBufferedVoltageInputsorDigitalOutputs(ConfigurableasHeartbeatMonitors)►内置isoSPI™接口►BMS芯片同步测量►4.5V~14V供电电压►温度范围：-40°Cto125°CLTC294968xx68xxLTC6820►实时处理28December16©2021AnalogDevices,Inc.Allrights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&Tempco校正因子主动均衡：LT8584–快速均衡►LT8584TheLT8584operatesasaboundarymodeflybackconverterProvides2.5Aaveragedischargecurrent.ScalablebyusingmultipleLT8584stobalanceeachcell.EachbatteryinthestackrequiresanLT8584activecellbalancer10AdischargetothestackwithLT3570/71withMosfetIntegrated6Aswitch►SafetyFeaturesReadBackviaADCofLTC681x:CellVoltageCellDischargeCurrentDieTempLT8584HandshakingVoltage(i.e.ReferenceV)LTC6811LTC6812LTC6813BatteryStackMonitors(12–18Channel)LT8584Module+Module+Module-Stack+Stack-LT8584Module+Module-LT8584Module+Module-C1S1C11S11C12S12V+Module-LT1999OCPGPIOGPIOStackDischargeEnableLT3750LT375128December17©2021AnalogDevices,Inc.Allrights16Cells#1ADBMS1818Upto18cellsinseries…MODULE-…BMULTC6820SPI16Cells#NADBMS1818…MODULE-OptionalLTC2949MODULE+MODULE+MCUBMSSW…BalanceStateofchargeStateofhealthSystemsafetyisoSPICoulombCounterOptionalLTC6820SPIRisoSPIisoSPIRACK电池包堆叠（串行通信）PACKNPACK1每个电池包5~20KWh48~52V16Cells电池架（RACK）电池管理单元（BMU）电池模块（PACK）LT8584PassiveBalanceLT8584…LT8584LT8584Passive…28December18©2021AnalogDevices,Inc.Allrights堆叠式解决方案--ADBMS1818+LTC6820+主动均衡功能安全设计思路MasterModuleLTC6820LTC6820StackControllerSTMF3241xEthernetCANMaster-SlaveCommunicationsWakeTemperatureMeasurementSlaveModuleEEPROMSafetyFailureBMS1.48VModules2.Stackableto1500V(27)3.FunctionalSafety1.IEC61508→SIL22.OT,OV/UV,OC4.EEPROM(Traceability&Maintenance)5.CurrentMeas28December19©2021AnalogDevices,Inc.Allrights1.IntheModulesorSOC2.BMSorCharger6.Typically1.4.2vcellse.g.Li-NMC,2.3.7Vcellse.g.LFP7.UniqueIDfeature1.OrderofParticipants8.ReversibleIsoSPI9.Reinforcedisolation1.betweenMaster&Slave10.Devices:1.ADBMS181x(18/16ch)2.DesignedtoIEC61508:202x3.NoRedundancy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家用储能系统户外及便携式电源28December20©2021AnalogDevices,Inc.Allrights基站电源后备储能双向电源设计家用储能基本结构及ADI解决方案DC/DCDC/ACGatedriverGatedriverDSP/MCUCurrentsensingCurrentsensingProtectionInterfacePVPanelBMSBoard储能电池包►ADI产品及解决方案–BMSMonitor:ADBMS181x(16-ch),ADBMS6830,MAX17852–Gatedriver:ADuM4135/36,ADuM4145/46,ADuM4177,ADuM412x,ADuM422x–Currentsensing:ADIamplifier–Interface:ADM3050,ADM2484–DCMeter:AD7779,ADuCM355,ADE9153A–Processor:ADSP-21489,ADSP-CM408逆变器28December21©2021AnalogDevices,Inc.AllrightsMAX17852–带电流检测的14单元电池监控器Features•AECQ-100Grade1TemperatureRange•OperatingVoltagefrom9Vto65V•ASILD–Voltage,Temperature,Current,Communication•OBDII-Voltage/temperaturemeasurementredundancy•RedundantMonitorandAlertpins•14Cell-VoltageMeasurementChannels>2mVAccuracy(0.2V-4.8V,5°Cto40°C)>4.5mVAccuracy(-20°Cto125°C)•14Cell-BalancingSwitches>Upto300mAperswitch>EmergencyDischargeMode>Automaticcellbalancingenablingmicrosleepmode•Currentsenseamplifier>7Selectableranges>10mAresolution@256gain•ImprovedAcquisitionTime•4SelectableGPIO/AUXINpins•PinSelectableSPI/UARTCommunicationInterface•DualUART,RedundantCommunications,Doublespeed•I2CMasterInterface•Ultra-LowPowerOperation(Standby2mA,Shutdown2µA)28December2©2021AnalogDevices,Inc.Allrights户外及便携式电源结构及ADI解决方案PVPanelBMSDC/DCLT8708Bi-DirectionDC/DCOrChargerDC/DCLT8708Chargingtobattery(12V/24V/48V)PC（Type-C）USBPorts►ADI产品及方案►双向DC/DC：LT8708，LT8228►IdealDiode：LTC435x►BMSMonitor:ADBMS181x，MAX1785x►Buck/Boost(MPPT):LT8491►GateDriver:LT7000/700148V/12VDC220VACIdealDiodeLT8228AC/DCGateDriveDC/ACGateDrive220VAC►输入源►输出28December23©2021AnalogDevices,Inc.AllrightsLT8708/8708-1–升降压双向DC/DC控制器28December24©2021AnalogDevices,Inc.AllrightsLT8491–带有最大功率点跟踪（MPPT）的双向升降压DC/DC控制器ValueProposition►MPPT:MaximumPowerExtractedfromPanel►Buck-BoostTopologyforlowVinOperation►I2CInterfaceProvidesValuableInformationKeyBenefits►Telemetry(VPANEL,VBAT,PIN,POUT,etc.)►ChargingStatus&FaultReporting►MoreChargerConfigurationOptions28December25©2021AnalogDevices,Inc.AllrightsLT8228:带保护的双向升降压DC/DC控制器28December26©2021AnalogDevices,Inc.Allrights基站备用电源结构及ADI方案AC/DCDC/DCLTC787x+LTC706x基站负载BMSBoard电池包BMSBoard电池包DC/DC48V直流母线(44-56V)LTC787x+LTC706x►ADI产品及方案►双向DC/DC：LT7871，LT7872►BMSMonitor:ADBMS181x,MAX1785x►GateDriver:LTC706x►Iso-Interface:ADM3050,ADM2484,ADM276xE可以是梯次利用的电池LTC787x+LTC706xLTC787x+LTC706xGateDrive28December27©2021AnalogDevices,Inc.AllrightsLTC7871:6相双向DC/DC控制器FeaturesandSpecifications6-PhaseforHighPowerDynamicRegulationofVIN,VOUTorCurrentOperateswithExternalGateDriversandMOSFETsVHIGHupto100V;VLOWupto60VSynchronousRectification:Upto98%EfficiencyProgrammableInductorCurrentMonitoringandRegulationSPICompliantSerialInterfaceOperationStatusandFaultReportProgrammableVHIGH,VLOWMarginingPhase-LockableFrequency:60kHzto750kHzSpreadSpectrumModulationOptionalMultiphase/Multi-ICsOperationUpto24Phases28December28©2021AnalogDevices,Inc.AllrightsLTC7872:4相双向DC/DC控制器FeaturesandSpecificationsUniqueArchitectureAllowsRegulationofInputVoltage,OutputVoltageorCurrentOperateswithExternalGateDriversandMOSFETsVHIGHupto100V;VLOWupto60VSynchronousRectification:Upto98%EfficiencyProgrammableInductorCurrentMonitoringandRegulationSPICompliantSerialInterfaceOperationStatusandFaultReportProgrammableVHIGH,VLOWMarginingPhase-LockableFrequency:60kHzto750kHzSpreadSpectrumModulationOptionalMultiphase/Multi-ICsOperationUpto24Phases28December29©2021AnalogDevices,Inc.AllrightsLTC7060:100V浮地半桥驱动FeaturesandSpecifications►Uniquesymmetricfloatinggatedriverarchitecture►Highnoiseimmunity,tolerates±10Vgrounddifference►MinimumSWvoltageis–10V►100VmaxVINindependentofICsupplyvoltageVCC►6Vto14VVCCoperatingvoltage►4Vto14Vgatedrivervoltage►0.8Ωpull-down,1.5Ωpull-upforfastturn-on/off►Shoot-throughprotection►Programmabledeadtime►Three-statePWMinputwithenablepin►DrivesdualN-channelMOSFETs►Thermallyenhanced12-leadMSOP►AEC-Q100automotivequalinprogress28December30©2021AnalogDevices,Inc.Allrights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电池内阻测试技术–EIS绝缘检测技术无线BMS28December31©2021AnalogDevices,Inc.Allrights烟感技术用于储能电池电化学内阻测试（EIS）►ADI的解决方案–CN0510可充电电池不仅需要电源管理设备来确保快速、安全充电，还需要监测其健康状态和预期寿命什么时候应该更换电池，现在还不得而知►该解决方案如何解决问题这个参考设计提供了一个完整的健康状态和预期寿命的锂离子电池的应用，这是目前市场上最常见的可充电电池电池制造商可以使用这个解决方案来测量和监控他们的电池，并制定健康电池和故障电池的外观，以改善客户的体验►特性和好处为客户提供有关电池更换的健康状态和充电状态信息分析功能，减少维护时间和成本真实和想象的阻抗数据集创建锂离子和其他电池化学成分的精确测量提供从毫赫兹到千赫兹范围的完整频率扫描Arduino开发环境使该设计可用于许多处理系统KeyPartsUsed/CompanionHardwareAD5941HighPrecision,Impedance,andElectrochemicalFrontEndAD8694LowNoise,Rail-to-RailQuadOpAmpADG6361pCChargeInjection,100pALeakageDualSPDT►Webpage►CompanionhardwareEVAL-ADICUP3029►CN-0510designsupportpackageSchematicsLayoutBOMAssembly►SoftwareADICUP3029+CN-0510Application►Userguidewiki.analog.com/resources/eval/user-guides/circuits-from-the-lab/cn0510►SupportCircuitsfromtheLab®EngineerZone®28December32©2021AnalogDevices,Inc.Allrights核心产品：AD594X►AD594x:用于电化学和EIS应用的第三代内阻测量AFEADUCM350/5:用于工业和医疗的AFE+MCUAD5940:通用市场，发布于2Q19AD5941:汽车应用，发布于4Q20►CN-0510：已于2019年11月发布发布评估系统和CFTL从1Hz到1kHz的误差小于1.5%多个厂家已评估并采用$10KBio-LogicEISBenchtopAD5941BatteryEISSystem0.0020.004-0.014-0.012-0.01-0.008-0.006-0.004-0.0020.02500.030.0350.040.0450.050.0550.06BIOLOGICEISVERSUSADIEISBioLogicEISStationAnalogEISBoard28December33©2021AnalogDevices,Inc.Allrights用总线管理芯片做绝缘电阻检测绝缘测量部分PackVoltageChassisGNDVoltageChassisGNDBiasSwitchQ1TwoMeasurements(Q1ON/OFF)toCalculateTwoUnknownsQ128December34©2021AnalogDevices,Inc.Allrights对外壳的等效绝缘电阻已知电阻:►Risop,Risonor►Risoand(Vp:Vn)►Riso总是可以等效成Risop,Rison绝缘电阻等效电路VBAT=Vp+Vn两个已知的电阻等效成单个绝缘失效阻抗28December35©2021AnalogDevices,Inc.AllrightsADI的短距离，微功耗无线组网产品系列F703xTCXOMXTAL(32kHz)JTAGF703xTCXOXTAL(32kHz)JTAGTCXOXTAL(32kHz)JTAGTCXOXTAL(32kHz)JTAG28December36©2021AnalogDevices,Inc.AllrightsF703xTCXOMXTAL(32kHz)JTAGF703xTCXOXTAL(32kHz)JTAGTCXOXTAL(32kHz)JTAGADISmartMeshIPWirelessHARTADIRapidNetIPADIAgileNet6T支持芯片LTC5800-IPMALTC5800-WHMADuCM3ADF0297023µControllerXcvrADuCM4ADF0507030-1µControllerXcvr频率和波段2.4GHzWorldwideband2.4GHzWorldwidebandSubGHzWorldwideregionalbandsSubGHzWorldwideregionalbands关键特点IEEE802.15.4兼容Mesh网可扩展到1000个节点250kbps数据带宽长电池寿命WirelessHART兼容Mesh网长电池寿命6LoWPAN兼容P2MP长距离网可扩展到12000个节点300kbps高下行链路BW长电池寿命长距离6TiSCH兼容Mesh网可扩展到1000个节点50kbps数据带宽长电池寿命长距离用途高密度网络在恶劣的工业环境中高密度网络在恶劣的工业环境中高密度的大型网络需要快速下载独特的消息。或需要低延迟警报消息的低密度网络低密度的网络分布在大面积或难以到达节点开发环境StarterKitDC9021BStarterKitDC9022BReleasein2H,2020ADADADF703xADFADuC703xTCXO4050ADuCMADuCM40504050ADuCMXTALADF4050(32kHz)703xADFADuCM703xTCXOJTAG4050ADuCMXTAL4050(32kHz)ADADADFmbed703xADFADuC703xTCXOmbed4050ADuCMADuCM40504050ADuCMXTALJTAG4050(32kHz)JTAG基于无线BMS的储能方案8-16Cells#1LTC6813/ADBMS1818Upto24cellsinseries…MODULE-…BMU8-16Cells#NLTC6813/ADBMS1818…MODULE-MODULE+MODULE+MCUBMSSWStateofchargeStateofhealthSystemsafetyRACKPACKNPACK1每个电池包2~5kWh25~52V8~16Cells优点更少的复杂电缆结构低的费用/kWh易于安装配置自组网技术缺点成本略高于有线解决方案LTC5800IPMSlave(Mote)CustomerSWLTC5800IPMSlave(Mote)CustomerSWLTC5800IPRANetworkManagerManagerSW1network1secupdaterate/PackMax32slave/manager2.4GWirelessLTC2949Pack-levelCurrentSensor28December37©2021AnalogDevices,Inc.Allrights能早期精准检测烟雾–安全及拯救生命60%因火灾导致的死亡发生在未安装烟雾报警器的建筑物内23%因火灾导致的死亡发生在安装了烟雾报警器，但因频繁误警而被禁用的情况下与20世纪70年代相比火灾逃生的时间减少百分比，这是因为现在居住和工作环境中存在许多合成材料28December38©2021AnalogDevices,Inc.Allrights83%►各地区用于烟雾报警的法规►北美地区–UL268–用于火灾系统的烟雾报警装置•第七版–预计于2021年6月30日生效–UL217–烟雾报警•第八版-预计于2021年6月30日生效主要更新了明火PU材料即汉堡烟（干扰烟）测试►欧洲–EN14604–烟雾报警装置(2006)–BSEN54-火灾检测及报警系统(2015)•第29章:多传感器火灾检测装置—提出结合热传感器和烟雾传感器结合的需求►国际标准–ISO7240-火灾检测及报警系统(2018)•第7章:规定检测器可采用散射光，透射光或电离等方式•中国国标采用了2003版国际标准的内容ADPD188BI-用于烟雾和气溶胶探测的光学模块►采用超小模块体积的完整光学解决方案：非常适合用于住宅和商业场所的烟雾探测污染监测气溶胶探测►全集成不同波长光发射器，光电接收器、、AFE、ADC、驱动器和时序内核►高度环境光抑制接收器和信号调理芯片光发射器►ADPD188BI：设计资源►评估板：EVAL-ADPD188BIZ-SK2需要采用处理器接口板：EVAL-ADPDUCZ►烟室需要评估许可►产品主页：ADPD188BIEVAL-ADPD188BIZ-S228December39©2021AnalogDevices,Inc.AllrightsADI获得评估许可的烟室可以直接向ADI的合作伙伴Accumold购买在线支持：骏龙科技现场应用工程师艾伟、梁少密、黄乐谟问题回答28December40©2021AnalogDevices,Inc.Allrights