如何在储能安全竞速中拔得头筹?

高老桩新能源

2025-03-27

全球储能已经按下快进键。

根据国际能源署 (IEA) 发布的《全球能源回顾报告》,2024年全球年度可再生能源装机容量达到约700GW,创下了连续第22年的增长纪录。太阳能光伏新增容量达到约550GW,使全球太阳能光伏总容量达到约2.2TW,而风能新增容量保持约120GW。

《联合国气候变化框架公约》第二十八次缔约方大会(COP28)达成的"阿联酋共识",包括各国就“转型脱离化石燃料”的路线图达成一致。要在2030年实现阿联酋共识 ”所设定的“2030年将全球可再生能源装机容量增至三倍、将能源效率提高一倍的目标”,全球范围内正在不断扩大在可再生能源、电网、灵活性资源和储能方面的投资。

伴随全球储能需求快速爆发、储能使用功能愈来愈多样化,当前储能产业已经从粗放的规模比拼,步入了技术比拼的“新纪元”。安全、可靠成为全球储能可持续发展的“压舱石”。

伴随中国强制配储闸门放下、储能步入大出海时代,2025年或将成为关键转折。如何实现储能安全可靠,已经成为众多上下游储能产业链企业“竞速”的关键。

这其中有一家全球性半导体企业——德州仪器(Texas Instruments, 以下简称TI)。

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TI 成立于1930年,总部位于德克萨斯州达拉斯,从事设计、制造和销售模拟和嵌入式处理芯片,广泛用于工业、汽车、个人电子产品、通信设备和企业系统等市场。

TI 一直聚焦于储能电池管理系统安全的提升,赋能储能安全可靠性发展。

在这一领域,TI 可以提供25.6-1500V电压储能BMS解决方案,覆盖了户用、工商储、源网侧储能等储能领域全系产品设计,可以为全球电网侧、用户侧储能等针对性提供高性价比的储能BMS设计方案。


01
储能安全难题,并非完全无解


事实上,如同其他产业一样,储能领域的技术竞速一直聚焦在三大板块:
一是产品安全的竞争。在全球范围内,储能安全事故频发。安全难题已经成为电池储能的“生命线”,包括美国加州、中国江浙均在出台更为严格的消防政策或者法规,其中部分法规对储能产品设计提出了更高的要求,以保障储能产业安全稳定运行。
二是性能的竞争。储能如何支撑电网、实现更好的全生命周期收益?性能成为重要的关键指标。简单来说,性能既然包括一套储能系统的使用循环寿命,也包含系统的长期可靠性。
三是成本的竞争。为了赋能大规模电站的发展,储能电芯、系统的容量越来越大。以储能电芯为例,其发展代际交替明显,280Ah被称为“第一代储能电芯”;314Ah则被称为第二代储能电芯。尽管314Ah储能电芯尚处于快速渗透的过程中。而第三代储能电芯已经呼之欲出,电芯企业、系统企业加速发布对第三代电芯的研判。
在储能产品容量、电站规模不断变大的当下,电池管理系统(BMS)作用常常被低估。
事实上,一套安全高效的电池管理系统(BMS)已经不仅仅关乎单个电站的安全,更是保障储能产业安全高效发展的“定海神针”。
比如,针对最为棘手的热失控,储能BMS(电池管理系统)作为核心监控中枢,通过预防-监测-抑制-隔离的全链条技术路径,实现对热失控的精准防控。


02
安全可靠的储能“TI解法”



在BMS和系统方案设计上,TI可以提供系统级高精度、高安全可靠和成本优化型等多样化解决方案,如同为各领域客户“量身定制”的解决方案。TI 系统经理檀瑞安向高工储能表示,TI 还搭建囊括整套储能电池BMS硬件和软件的系统平台方案(TIDA-HVBMS-ESS-PLTFRM),以助力客户加速1500V 高压储能系统产品设计。

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TIDA-HVBMS-ESS-PLTRM 方案(TI 官网)

该系统方案主要以三大核心理念出发,从半导体技术护航储能系统安全、可靠运行。

一是,TI 具有广泛丰富且性能优异的产品分类,具备设计系统方案的能力。

以TI 1500V 高压 BMS系统方案中的电池管理单元 BCU (TIDA-010253)为例,其包含主控MCU、供电、通信、隔离、实时时钟、继电器驱动等十几种半导体器件。通过协同各个功能模块和软硬件设计,使参考设计方案的功能更加贴近客户储能产品的真实需求。同时支持通用性好CAN 和RS485的接口,方便储能客户评估和测试。

二是,TI 的系统团队在设计储能系统方案之前,会参考国标、欧标、美标等储能常用标准,针对某些核心性能指标通过TI 的半导体技术和系统方案进行优化,从而开发出达到甚至高于行业标准的储能系统参考设计方案。

以储能簇电流检测精度为例,储能国标GB/T 34131-2023的要求为为充放电低于200A 时采样误差小于±2A,充放电电流超过200A时采样误差小于±1%,而TI的储能高压监测单元 HMU (TIDA-010272) 在500A充放电电流的检测范围内实现了充放电电流低于10A时±10mA采样误差,充电电流超过10A时±1‰的采样误差,大幅度提高了簇电流的采样精度。

三是,TI 和储能客户开展长久且深入的合作交流,从芯片和系统方案设计之初,就会考虑储能系统在存储,运输,运行以及安装和维护过程中实际会遇到的一些实际工况。

比如在基于TI 最新电池管理IC BQ78706的电池监测单元BMU方案(TIDA-010279)中,实现了全电芯温度检测并且支持对温度采样的诊断,从而提高电池热管理的可靠性。同时,TIDA-010279 还兼容了模组间菊花链和支持1500V安规要求的隔离CAN 通信两种不同的通信架构,并对系统的绝对功耗以及电池模组间功耗一致性进行了优化设计,以适配更广泛更灵活的储能应用需求。

芯片作为储能BMS功能实现的核心,决定了储能BMS对电池数据采样的精度和速率、系统功耗和各功能可靠性,对应则影响了一套储能系统的安全性。

檀瑞安表示,为了提高储能系统的安全和精度,TI 的产品设计以嵌入、模拟两大产品体系出发,通过自带安全诊断的高精度电池管理芯片,在保证储能电芯电压、温度、簇电流和簇电压高精度采样的同时,还集成了一系列的安全诊断机制,搭配相应算法让系统可以及时发现储能系统采样回路中任何器件的失效错误,从而更放心地相信采样数据,并据此作出相应的电池容量和电池健康估算,均衡控制以及系统安全控制。“保障大电芯以及搭载大电芯的储能系统全生命周期的安全可靠性,且更大限度的发挥储能系统的充放电能力。”

据高工储能了解到,TI整体产品和方案设计贴合当前储能领域的核心安全难题,从而获得了全球范围内储能头部企业的青睐。

另外,针对户用储能低压电池包集成化简单化的系统特点, TI 推出了更具性价比优势,集成度更高的BQ76972 电池管理芯片和结合基于ARM® Cortex®-M0的MCU MSPM0G3519 的系统参考设计——适用于低压户用储能与高压储能电站的可堆叠、低成本电池管理单元 (TIDA-010247),提高了低压BMS的系统集成度,并降低了系统成本。

如今全球储能已经加速爆发,以技术为导向的TI将持续在光储领域深耕,为储能各细分领域提供针对性的高精度、高安全、高效率的产品设计或解决方案。TI希望,携手更多中下游企业共同跑赢这场“马拉松”。