储能中的“监察官”——能量计量芯片

电子发烧友网报道（文/黄山明）顾名思义，能量计量芯片是一种专门设计用于测量和监控电能流动的IC，也被广泛应用于各种电子设备和系统中，如智能电表、BMS、储能系统、电源监控设备等。能量计量芯片的主要功能是精确测量电能的消耗或生成，以及监控电力系统的运行状态。
 
比如在储能系统中，能量计量芯片主要用于精确测量和监控储能设备的电能消耗、优化能源使用、提高系统效率等。它通过采集和分析数据，为管理者提供做出决策所需的可靠信息。
 
从该芯片的工作原理来看，包括信号的采集、转换与处理，此外还包括对数据的计算与分析以及存储与通信。具体表现上，电能计量芯片首先从电网中采集电流和电压信号，再通过ADC将模拟信号转换为数字信号，对这些信号再进行滤波、放大和校正等处理，最后根据处理后的信号计算电能消耗，再将计算结果通过通信接口输出到外部设备。
 
在储能系统中，能量计量芯片可以实时监测储能系统的充放电状态，包括输入输出功率、累积能量等关键参数。同时记录能量存储量和剩余容量，这对于确保系统的可靠性和延长电池寿命至关重要。
 
此外，还可以记录储能系统的运行数据，如充放电循环次数、效率等，以便于后续的性能评估和优化，并分析历史数据以预测未来的储能需求和系统性能。
 
由于拥有数据处理能力，能量计量芯片能通过精确的计量和控制减少能量损耗，提高整个储能系统的整体效率，这有助于平衡储能系统与电网之间的能量流动，从而减少能量浪费。
 
当然，对于当前市场中的能量计量芯片而言，想要实际应用在储能系统中，除了上述功能外，还需要允许远程监控储能系统的状态，便于维护和故障排除，并通过网络接口实现数据的远程访问和控制，使得储能系统更加智能化。
 
最好还能与智能电网中的其他设备（如智能电表、逆变器等）协同工作，实现系统的无缝集成。同时支持多种通信协议，确保与不同品牌和型号的储能设备兼容。
 
市场中的能量计量芯片方案
 
市场中有不少企业都推出了能量计量芯片方案，比如TI的ADS131M04，集成了AFE和DSP，能够提供高精度的电能测量解决方案，该芯片还提供多种通信接口，包括SPI和UART，方便与其他系统或设备进行数据交换。
 
此外如ADI的ADE7758ARWZ，这是一款高精度的三相多功能电能计量IC，具备串行接口和两个脉冲输出功能。ADE7758集成了二阶Σ-Δ ADC、数字积分器、基准电路、温度传感器以及所有进行有功、无功和视在电能计量以及有效值计量所需的信号处理元件。
 
ADE7758ARWZ芯片的电源电压范围是4.75至5.25V，工作温度范围为-40°C到85°C，适用于多种应用场景，包括智能电表、能源管理系统、工业自动化和楼宇自动化等。
 
还有Microchip的PAC1934，具备电流传感器放大器和总线电压监测器，它们向高分辨率ADC提供信号。数字电路执行功率计算和能量累积。
 
PAC1934能够实现从1毫秒到36小时的长时间能量监测。总线电压、感测电阻电压和累积的比例功率都存储在寄存器中，供系统主控或嵌入式控制器检索。采样率和能量积分周期可以通过SMBus或I2C进行控制，并且可以配置活动通道选择、单次测量以及其他控制。PAC1934使用实时校准来最小化偏移和增益误差，无需为该设备输入滤波器。
 
国内也有不少厂商推出了相应的解决方案，如芯海科技的CSE7761单相多功能电能计量芯片，拥有3路Σ-Δ ADC，可用于高精度的电压和电流信号采集。有功率计算器，用于计算有功功率、无功功率等。具备一路SPI接口和一路UART接口，用于数据通信。
 
上海贝岭BL0939也是一款电能测量芯片，它具备三路独立的Sigma-Delta ADC，用于测量两路电流和一路电压。这款芯片支持两路测量，可以同时进行计量和漏电故障检测，具有体积小、外围电路简单、成本低廉的优点。BL0939能够测量电流和电压的有效值，有功功率以及有功电能等参数，并且可以通过UART/SPI接口输出数据。
 
BL0939芯片具有专利防潜动设计，配合合理的外部硬件设计，可以确保在无电流时噪声功率不被计入电能脉冲。这使得BL0939非常适合用于储能系统中，进行电能的精确计量和管理。此外，它还具备温度传感器和波形输出功能，可以为储能系统提供更多的监测和保护功能。
 
小结
 
能量计量芯片不仅提高了系统的可靠性和效率，还增强了对能源使用的智能管理能力。随着技术的进步，这些芯片的功能将进一步增强，为储能解决方案提供更多价值。国内外已经推出了许多能量计量芯片，这些芯片具有高精度、集成度高、易于集成的特点，能够满足储能系统对能量计量的需求，选择合适的能量计量芯片取决于具体的应用场景和技术要求。