韩国电池储能再起火！这项技术降低风险必不可少

电子发烧友网报道（文/李诚）在“双碳”目标的助推下，能源领域衍生出了更多的新能源优化组合，储能产业成为了备受关注的焦点。在储能产业快速扩张的背后，潜藏着一个令人担忧的问题，那就是安全。
 
据外媒报道，1月12日上午，位于韩国SK能源公司的一座安装了50MW电池储能系统的三层建筑突发大火。韩国蔚山消防局表示，这场火灾共抽调了119名消防员，46台救火设备用于紧急救援，历时约2小时40分钟最终将大火扑灭，具体起火原因还在调查中。
 

 
图源：蔚山消防局

 
据悉从2011年至今，韩国的储能项目已发生火灾近30余起，其中有很大一部分储能项目从投入运营到发生火灾时间间隔不足一年。虽然此次火灾原因尚未能定性，不过从此前发生的多起储能电站火灾事件来看，起火的诱因无非就是：电池质量问题、储能设备工作环境问题、人为操作不当以及安全保障工作不到位等。
 
人们对新能源的重视以及双碳目标日期的临近，国内外的储能建设项目激增。一再发生的火灾让人陷入沉思，安全隐患得不到解决，储能产业的爆发也将会受到限制。
 
储能产业火灾的风险该如何避免？以目前来看，最行之有效的办法就是在电池储能系统中加入高精度的BMS，用于对电池组、电池簇的充、放电过程进行管理，实现电池电压、温度、充/放电电流变化的实时监测，从源头上管理储能系统，避免电池的“热失控”降低火灾风险。此前ADI就推出了专门针对与储能系统应用的BMS解决方案，用于保证电池储能的可靠性。
 
ADI电池储能解决方案
 
集中式储能系统架构主要分三个部分，分别为电池包、电池簇、储能系统，作为在模拟信号、混合信号和数字信号处理芯片等领域造诣颇深的ADI为这几个部分分别推出了相应的解决方案。
 
电池包是储能系统中最基础的部分，每个电池包由多个电芯组成一个整体的能量存储单元，每个电池包内部都会有一个BMS用于监控每个电芯电压及温度的变化。在储能系统内中仅有电池包是不足以支撑起整个储能系统的。在集中式储能系统中，通常会将多个电池包通过串联的方式连接起来形成一个储能容量较大的电池簇，在将多个电池簇连接起来形成一个容量更大的储能系统。同时在电池簇这一级也会加入BMU，通过总线的方式对整簇电芯的电流、电压、温度的监控，避免整簇储能系统出现过流、过压或过温的现象发生。
 
 
ADI电池包BMS
 
在电池包这一级中，ADI对传统的BMS设计进行了优化，传统的BMS设计一般多以电池电芯控制器（AFE）搭配MCU的方式，完成对电芯电压、温度的实时监测，同时MCU还会完成BMS的整体均衡、电压检测的分析工作。
 
其实在大型的储能系统中每个电池包的电压都是统一的。因此，ADI在BMS方面的设计方面提出了新的思路，采用AFE单芯片独立工作的方式，通过菊花链将AFE与BMU连接形成一种级联的方式。在这一架构中，AFE不仅能对电芯电压进行实时监控，还能测量电芯的实时温度变化，最重要的一点是无需MCU也能实现储能的被动均衡。针对这一设计，ADI推出了ADBMS1818、ADBMS6830等多个解决方案，下面将针对ADBMS1818这一款芯片进行详细解读。
 

 

图源：ADI

 
ADBMS1818是一款高精度的多单元电池监控器，最高可实现18个单元的串联电池单元检测，在实际应用中可根据情况对检测单元进行配置。
 
在数据测量精度方面，ADI在该芯片集成了一个16位内置三阶噪声滤波器的Δ-Σ ADC，以及一个具备高稳定性的参考源，通过二者的结合ADBMS1818能在全温度范围内实现总测量精度3mV的误差。
 
在储能系统中电池温度是一项非常关键的参数，为此ADI在ADBMS1818中内置了9个通用的GPIO实现模拟的输入，每个GPIO可分别对两组串联电池单元进行温度检测。
 
同时，ADBMS1818在电压检测引脚旁还配置了被动均衡引脚，该引脚与电阻相连，能够将高电压或者高荷电量电芯的能量消耗掉，达到减小不同电芯之间差距的目的。在充电时通过均衡电路来控制每节锂动力电池的电压，能够尽可能地将每一个电芯保持在相同的状态，以此保证锂动力电池的性能和寿命。
 
在通信方面，ADBMS1818自带一个隔离型的isoSPI接口，多个器件以菊花链形式连接，并为所有器件连接一个主机处理器。该菊花链可双向操作，即使通信路径出错，也能确保通信完整性。
 
ADI电池簇BMU
 
在电池簇这一级中，ADI推出了LTC2949作为电池簇的监控器，该监控器可同时监测两个待测电阻的压降以及电池簇电压的变化，并推断出电池实际流入或流出的电能及功率。为提升电流、电压监测的精度，LTC2949与ADBMS1818一样内置了一个Δ-ΣADC。
 

 
图源：ADI

 
LTC2949共有4个电流监测通道和7个电压采样通道，其中4个电流监测通道在实际应用中可以进行采样精度为0.3%双电流检测。7个电压采样通道，可分别在电池簇侧或电能输出侧进行实时电压的监测，电压采样精度为0.9%。同时，电压采样通道还可以连接在电池与储能系统的金属外壳或地之间，通过测量二者之间的阻抗，判断储能系统的绝缘性，以此保障储能系统的安全，避免安全事故的发生。
 
LTC2949是一款可编程的数字型电池簇控制器，用户可以通过自定义阈值实现溢出报警功能。当LTC2949监测到电池容量、电压或电流超过一定额定值或充放电时间过长时，LTC2949会自动发出溢出警报提醒主机控制器停止电池的充放电任务，以此提升储能系统的安全性和电池的寿命。
 
结语
 
集中式储能火灾事故不绝于耳，韩国此次事故再度敲响警钟。在目前发生的多起集中式储能火灾事故中，级联热失控成为了多起火灾事故的导火索，储能电池的过充、过放是级联热失控的一大诱因。在储能系统中加入高精度、高可靠性的BMS，能够对储能电芯的数据进行实时访问，以确保电芯的充放电流、电压、温度在合理范围内，同时通过设定阈值还能有效地避免电池过充、过放现象的发生，进而降低电池自身起火的风险。