電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文 / 吳子鵬）隨著光伏、風(fēng)電等間歇性電源裝機(jī)量的激增，電網(wǎng)調(diào)峰壓力顯著加大。儲(chǔ)能系統(tǒng)作為平抑功率波動(dòng)、提升間歇性電源消納率的核心手段，需在功率密度與儲(chǔ)能容量上實(shí)現(xiàn)同步升級(jí)。

由于光伏行業(yè)已從 1000V 向 1500V 直流電壓轉(zhuǎn)型，這一變化直接推動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)電壓等級(jí)隨之匹配。1500V 儲(chǔ)能系統(tǒng)可與光伏系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接，不僅能減少變流器的使用數(shù)量，還能降低線(xiàn)纜損耗，進(jìn)而提升系統(tǒng)整體效率，目前已成為大型儲(chǔ)能電站的主流選擇。在 1500V 電池儲(chǔ)能系統(tǒng)領(lǐng)域，半導(dǎo)體廠(chǎng)商通過(guò)創(chuàng)新功率器件與系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，推出了一系列高可靠性、高效率的參考方案，能夠幫助設(shè)計(jì)人員快速實(shí)現(xiàn)方案落地。

高壓儲(chǔ)能時(shí)代的 BMS 設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

儲(chǔ)能系統(tǒng)電壓等級(jí)從 1000V 邁向 1500V，并非簡(jiǎn)單的參數(shù)數(shù)值提升，這一轉(zhuǎn)變帶來(lái)了效率優(yōu)化與安全保障的雙重挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)普遍面臨電池簇并聯(lián)環(huán)流損耗、系統(tǒng)壽命受限于最弱電芯性能以及設(shè)備冗余配置成本高等問(wèn)題。1500V 系統(tǒng)通過(guò)提高電壓等級(jí)，可顯著降低系統(tǒng)工作電流，不僅能減小線(xiàn)纜截面積，還能降低布線(xiàn)成本，但同時(shí)也對(duì)電池管理系統(tǒng)（BMS）提出了更高要求。

在 1500V 電壓等級(jí)下，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需滿(mǎn)足更高的絕緣等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)需預(yù)留更長(zhǎng)的爬電距離。傳統(tǒng) BMS 的采樣與通訊模塊難以適配這類(lèi)高壓環(huán)境，而電池?cái)?shù)據(jù)采集既需保證高精度，又需控制低延遲，否則可能降低安全判斷的準(zhǔn)確性，埋下安全隱患。

此外，電弧檢測(cè)的誤差與滯后問(wèn)題也較為突出。在工商業(yè)儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景中，若接觸器老化、電纜磨損等問(wèn)題未能及時(shí)檢測(cè)，極易導(dǎo)致電弧長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)且無(wú)法快速切斷，進(jìn)而引發(fā)安全事故。

TIDA-HVBMS-ESS-PLTFRM

首先推薦的是德州儀器（TI）推出的 TIDA-HVBMS-ESS-PLTFRM 平臺(tái)方案，該方案是一款 1500V 電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)，包含三種針對(duì)高壓鋰離子（Li-ion）和磷酸鐵鋰（LiFePO4）電池組的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)參考指南描述，該架構(gòu)整合了三大核心參考設(shè)計(jì)，分別是電池管理單元（BMU）TIDA-101279、高壓管理單元（HMU）TIDA-010272 以及電池控制單元（BCU）TIDA-010253。該設(shè)計(jì)可實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)電芯的電壓、電芯溫度、總線(xiàn)電壓、并聯(lián)電流及絕緣阻抗，并對(duì)電池組進(jìn)行保護(hù)，確保其安全運(yùn)行。

三塊電路板的整體連接方式如下：?
TIDA-101279 作為 BMU，是一款針對(duì) 52 芯鋰離子（Li-ion）、磷酸鐵鋰（LiFePO4）電池組的全面解決方案，具備電芯溫度傳感與高電芯電壓精度監(jiān)測(cè)功能。該設(shè)計(jì)可實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)電芯的電壓和溫度，并對(duì)電池包進(jìn)行保護(hù)以保障安全使用；TIDA-101279 收集的電壓與溫度信息，可通過(guò)通用異步收發(fā)器（UART）或菊花鏈傳輸至 BCU 電路板。

TIDA-010272 作為 HMU，能夠監(jiān)測(cè)四個(gè)高壓總線(xiàn)輸入信號(hào)、一個(gè)分流電流與溫度數(shù)據(jù)，以及電池的絕緣阻抗，以此確保電池架安全運(yùn)行；其檢測(cè)到的高壓數(shù)據(jù)和絕緣采樣信息，可通過(guò)串行外設(shè)接口（SPI）或菊花鏈傳輸至 BCU。

TIDA-010253 作為 BCU，主要負(fù)責(zé)計(jì)算和處理來(lái)自 HMU 與 BMU 電路板的信號(hào)，并提供對(duì)外的 RS-485、CAN 及以太網(wǎng)通信接口，實(shí)現(xiàn)與外部系統(tǒng)的信息交互。

RD-BESS1500BUN

恩智浦（NXP）推出的 RD-BESS1500BUN 是一款量產(chǎn)級(jí)電池管理系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)。該架構(gòu)設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵循 IEC61508 和 IEC60730 標(biāo)準(zhǔn)，支持最高 1500V 的電壓等級(jí)，適用于公用事業(yè)、商業(yè)、工業(yè)及住宅儲(chǔ)能領(lǐng)域的各類(lèi)高壓電池管理解決方案。

RD-BESS1500BUN 具備多項(xiàng)出色特性，包括強(qiáng)可擴(kuò)展性、高安全性與精準(zhǔn)測(cè)量能力等。在可擴(kuò)展性方面，其適配各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景的高壓 BMS 芯片解決方案，能夠幫助企業(yè)降低開(kāi)發(fā)成本，加快產(chǎn)品上市進(jìn)程；在安全性方面，該系統(tǒng)采用的架構(gòu)已通過(guò)預(yù)認(rèn)證，符合 IEC61508 SIL 2 和 IEC60730 Class B 標(biāo)準(zhǔn)，可滿(mǎn)足包括 UL9540、UL1973、IEC62933 及 IEC62619 在內(nèi)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)功能安全的要求；在精準(zhǔn)測(cè)量方面，通過(guò)精確且同步的測(cè)量技術(shù)，能夠充分發(fā)掘電池的性能潛力，從而在提升系統(tǒng)效率、增強(qiáng)功能穩(wěn)定性、維護(hù)電池健康狀態(tài)及優(yōu)化投資回報(bào)等方面實(shí)現(xiàn)良好效果。

作為一款量產(chǎn)級(jí)電池管理系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)，恩智浦 RD-BESS1500BUN 采用了多款高性能器件，具體包括：電芯控制器方面，6 通道鋰離子電池控制器 IC MC33772C、18 通道鋰離子電池控制器 IC（滿(mǎn)足 ASIL D 等級(jí)）MC33774；電池通信 IC 方面，通用 BMS 通信 TPL 收發(fā)器及 CAN FD 網(wǎng)關(guān) MC33665A；此外，還包括 S32K 汽車(chē)通用 MCU S32K3、FS26 功能安全系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片等。

集成羅姆 2kV SiC MOSFETs 的模塊

今年 5 月，全球先進(jìn)的太陽(yáng)能發(fā)電及儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)專(zhuān)業(yè)企業(yè) SMA Solar Technology AG 宣布，在其太陽(yáng)能系統(tǒng)新產(chǎn)品 “Sunny Central FLEX” 中，采用了內(nèi)置羅姆（ROHM）新型 2kV SiC MOSFETs 的賽米控丹佛斯（Semikron Danfoss）功率模塊。

賽米控丹佛斯的 SEMITRANS? 20 功率模塊專(zhuān)為大功率應(yīng)用場(chǎng)景與高速開(kāi)關(guān)工況設(shè)計(jì)，是下一代大型轉(zhuǎn)換器用功率模塊的代表性產(chǎn)品；其中，內(nèi)置羅姆 2kV SiC 器件的 SEMITRANS? 20，更是 SMA Sunny Central FLEX 的核心組件。

目前，SEMITRANS? 20 產(chǎn)品系列包含兩種版本：其一為 SEMITRANS? 20 TRACTION，專(zhuān)為鐵路機(jī)車(chē)應(yīng)用設(shè)計(jì)，可提供極致的運(yùn)行可靠性；其二為 SEMITRANS? 20 INDUSTRIAL，針對(duì)風(fēng)電、太陽(yáng)能及驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，能夠支持 1500V 直流電壓的儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商的代表產(chǎn)品

基本半導(dǎo)體推出的 1500V/360A SiC 模塊 BMF360R15E2G3，適用于高壓光儲(chǔ)一體化儲(chǔ)能變流器（PCS），支持 1.5kV 直流側(cè)電壓，在 150kW 滿(mǎn)載工況下效率可達(dá) 98.8%，且成本相較國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品降低 40%。

瞻芯電子推出的 1500V SiC 驅(qū)動(dòng)芯片 IVCR1401 與 1200V/30mΩ MOSFET IVCS120R030，是面向高性能電力電子應(yīng)用的碳化硅（SiC）分立器件解決方案。這兩款產(chǎn)品協(xié)同工作，可為光伏逆變器、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)汽車(chē)及充電樁等對(duì)效率、功率密度要求較高的場(chǎng)景，提供靈活且可靠的器件支持。其中，1500V SiC 驅(qū)動(dòng)芯片 IVCR1401 支持 1500V 母線(xiàn)電壓，VCC 供電范圍達(dá) 18-35V，可適配高壓系統(tǒng)中 SiC MOSFET 與 IGBT 的驅(qū)動(dòng)需求。

結(jié)語(yǔ)

從行業(yè)發(fā)展邏輯來(lái)看，1500V 電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的崛起并非偶然 —— 它既是光伏電壓等級(jí)升級(jí)催生的適配產(chǎn)物，更是破解電網(wǎng)調(diào)峰壓力、提升間歇性電源消納率的關(guān)鍵路徑。相較于 1000V 系統(tǒng)，1500V 架構(gòu)通過(guò)降低電流，減少了線(xiàn)纜損耗與變流器需求，顯著提升了系統(tǒng)整體效率，但同時(shí)也帶來(lái)了多重挑戰(zhàn)，包括 BMS 的絕緣等級(jí)適配、采樣精度提升、電弧檢測(cè)優(yōu)化，以及功率器件的耐壓性能與開(kāi)關(guān)效率升級(jí)等。

而這些參考設(shè)計(jì)的價(jià)值，不僅在于破解了 1500V 儲(chǔ)能的技術(shù)痛點(diǎn) —— 既滿(mǎn)足了高壓環(huán)境下的安全與可靠性要求，又通過(guò)集成化、模塊化設(shè)計(jì)幫助企業(yè)降低開(kāi)發(fā)成本、加快產(chǎn)品上市進(jìn)程；更在于推動(dòng) 1500V 儲(chǔ)能從 “概念” 走向 “規(guī)?；涞亍?，為大型光伏風(fēng)電電站配套儲(chǔ)能系統(tǒng)提供了高效、成熟的技術(shù)路徑。