恩智浦储能系统BMS解决方案

截至2022年，全球新能源储能累计装机量超过40GWh，达到45.7GWh，而中国储能市场也首次突破10GWh，并达到13.1GWh，并首次超过美国，成为全球最大的新能源储能市场。电化学储能是锂离子电池应用的重要场景，为了迎合全球及国内外储能产业的发展，助推储能系统快速技术迭代，提升安全性能，保证系统产品的可靠性能，NXP一直在加速新产品的研发和布局。

一般来说，储能系统包括集中式储能和分布式储能，集中式储能通俗讲就是大型储能，包括发电侧储能、电网侧储能、工商业应用的储能；而分布式储能典型的应用是户用储能、通讯基站储能、不间断备用电源等。

通常集中式储能的BMS系统采用三级架构，包括电芯监控（CMU）、电池簇控制（SBMU）、整个储能电池系统的总控（MBMU）,如下图。而户用储能等分布式储能的BMS架构可以等同为集中式储能电池簇一级的应用。

图1：储能BMS系统典型架构

在储能应用领域，NXP以高精度、高可靠性、高性价比、多方案匹配的模拟前端（AFE）为基础，提供全套的储能系统电池管理系统（BMS）方案，适应集中式储能电池簇内控制及户用储能控制的不同需求。

从集中式到分离式，从低压应用到高压应用，从有线通讯到无线通讯，NXP均可以提供完整的解决途径。NXP的储能解决方案将根据市场的需求不断更新迭代。

NXP典型应用ESS BMS方案

CMU端可以选择18通道的AFE MC33774，或者14通道的AFE MC33771、MC33775, 保持全生命周期、全电压范围、全温度范围的高性能、高精度电芯采样性能。集中式CMU可选4*MC33771、4*MC33775、3*MC33774, 可支持目前比较畅行的储能52串液冷电池pack的应用。另外为了保证系统安全，对电芯温度进行充分监控，提供基于MC33774的18个温度采集点的分布式CMU方案。

BJB端采用高性价比battery sensor芯片MM9Z1638, 包含16 bit的高精度电流采集通道、4路高压检测通道、5路GPIO、8路IO, 具有充足的资源执行电流检测、绝缘检测、高压点检测、NTC采样温度校准等。与BMU在一起，做成BJB + BMU的方案，通过隔离SPI进行通讯。

BMU端，支持CAN、Ethernet、UART、SPI等多种通讯方式，采用MC33665作为连接电芯端的Gateway接收菊花链的上传数据，支持4个菊花链接口，与MCU通讯除了支持SPI，还支持CAN/CAN-FD、UART。

图2：典型应用的ESS BMS方案系统框架

图3：典型应用的ESS BMS方案软硬件展示

NXP高性价比ESS BMS方案

在高性价比ESS解决方案中，CMU端采用NXP储能专属AFE BMx7318, 18个电芯采样通道，支持电流采样，内置SPI转菊花链通讯桥，Busbar连接无通道限制，功能安全等级SIL-2, 在性能方面深入解决储能应用痛点，出色的性价比将加速储能BMS技术的向前推进。

BJB端延用MM9Z1638, 也可根据应用对功能安全的需求，需用MC33772执行BJB的功能。SBMU端，沿用MC33665作为桥接收发器，收集电芯采样数据，主MCU根据储能应用对于通讯类型的需求、对于数据处理能力的最新需求，以及对于安全机制处理能力的需求，选用合适的NXP MCU S32K314。

图4：高性价比ESS BMS方案系统框架

NXP 的无线通讯ESS BMS方案

无线通讯BMS在储能系统上的应用，可以有效的提升电池pack的生产效率，降低系统组装成本，提高维护效率，降低人力成本。但是传统的基于2.4G频段的无线通讯技术，成本较高，抗干扰、抗屏蔽能力较差，在电磁环境复杂的储能系统中，很难确保通讯的正常进行。

为此，NXP提供基于红外的无线通讯解决方案，较好的解决了无线通讯BMS成本高、抗干扰能力差的问题，自带高隔离电压性能，并且与菊花链通讯的节点共用一套软件，节省软件开发成本，并可以实现红外、菊花链的兼容，混合使用。该方案基于NXP支持红外通讯的AFE与收发器进行开发。

图5：无线通讯ESS BMS方案的系统框架

图6：无线通讯ESS BMS方案的软硬件展示

（本文作者贾晓峰，恩智浦应用工程师）

 　　审核编辑：汤梓红