“碳中和”加速能源变革,国产电源为动力、储能锂电发展添砖加瓦

文: 广州金升阳科技有限公司2022年第二期

多方需求提升,储能、动力锂电池前景广阔

  伴随更多厂商加入新能源大军,新能源发电比例提升,用电端充电桩、5G基站等高耗能行业快速发展,对电网储能也提出更高的要求。

  在这两大产业的催化下,全球锂电池产业规模正在持续增长,根据数据显示,2019年中国锂电子电池出货量达到131.6Gwh,预测至2025年,全球动力锂电池会成为千亿级市场,年化增长率可达14%以上。

  锂电池根据应用领域可分为三类,分别是消费类、动力类和储能类。消费类锂电是传统的应用领域,例如手机和笔记本电脑电池等;动力和储能是新兴领域,未来市场潜力巨大,动力锂电如新能源汽车等;储能锂电主要是储能电站、光伏储能等。

  电池的广泛应用,随之而来的就是电池安全的使用问题,电池的充放电使用管理、监控及回收都要有相应设备和安全防护措施。如何从产品参数、性能、交期、品质等方面匹配锂电行业的发展,是电源供应商需要考虑和做到的。

 

“超宽超高输入电压范围”与“小体积、轻重量”

  综合来看,目前锂电行业对电源的关键需求包括以下几点:

  1.关键需求一:输入电压范围

  动力锂电和储能的功率都比较大,组串起来的电压较高,且电压波动范围较大,要将这种高电压转为可用电,要求电源模块具有超宽超高的输入电压范围。

  对于锂电池来说,一节电芯的电压最低2.5V,最高4.2V,如32节串在一起组成一个模组,输入电压范围就达到了80-135VDC,8个模组再组合起来输入电压就高达1075V。为了要兼容1-8个模组的应用,电源的输入电压就要满足80-1075VDC输入。

  2.关键需求二:小体积、轻重量

  无论是电动自行车还是电动四轮车,对整车的体积和重量都有一定要求,特别是电池管理系统,整体的体积和重量的要求也更高。金升阳的小功率电源和485通讯模块被广泛应用于汽车BMS中。

 

基于市场需求的方案开发

  锂电行业电源典型方案一:光伏储能系统电池管理系统

  光伏储能系统通过光伏组件采集光能,转化为电能,这部分电能一部分经过电池管理给蓄电池充电,一部分由DC-AC逆变器转化给负载使用,负载可以是电网,也可以是电气设备。这里重点介绍电池管理模块,电池管理模块有三个功能,一是管理蓄电池的充放电,二是蓄电池串的均衡管理,三是蓄电池的状态检测。

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  电池管理模块电源方案如图所示:前端由光伏组件控制,目前组件串联最高电压在1000V-1100V之间,这里可以选择PV40-27B12产品,实现200V-1200V的工作电压范围。光伏组件低压时会非常不稳定,电压波动较大,而PV40-27B12具有欠压保护,并具有一定的回差,不会随波动而不断重启。PV40-27B12在整个系统除了给电池管理模块供电,还在为其他模块同时提供能量。

  F1203XT-1WR3用于电池状态检测芯片的供电,该芯片是信号隔离的,F1203XT-1WR3可以提供3000V的电源隔离,满足功能上的隔离。

  

     锂电行业电源典型方案二:两轮车BMS的电源方案

  两轮车动力锂电池保护板,主要应用14串电动自行车的电池包,可适用不同化学性质的锂电芯,如锂离子、锂聚合物、磷酸铁锂等。保护板具有过充电保护功能,过放电保护功能,过电流保护功能,短路保护功能,温度保护功能,充电电量平衡管理功能。

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    前级采用非隔离降压芯片从60V降到5V,后级ST的MCU以及我司模块供电,在电池采样部分应用了国产的采集芯片,此芯片直接从电池包取点;我司模块给485隔离供电;电源前级采用MOS管控制主要是实现了低功耗的要求,因为485通信功能只是在与前级充电管理中才能使用。

  

    锂电行业电源典型方案三:智慧电池云管理主控系统

  智慧电池云管理系统是一种移动互联网+时代解决蓄电池安全保护管理系统,能够利用云端数据处理与存储,达到解决蓄电池运行状态及寿命长期监控、巡查、数据提供、分析诊断与异常状态提醒服务目的,并且能够反向管理、调节均衡充电功能的系统,整个系统包含电池、电池管理系统、主控系统及云数据平台。

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  如图所示:智慧电池云管理主控系统应用方案框图,整个系统接入48VDC储能微电网电池中,由于电池存在放电及充电状态,所以要求电源模块具备宽输出电压范围特性。整机正常工作状态下功率非常小,只有3W左右,实际在GPS发送数据是最大功率10W,因此选用URB4815YMD-10WR3产品即可满足要求。同时整个主控制器需要实时与储能BMS系统的检测模块进行通信,以判定电池的状态,此处应用选择485通信。

 

洞察行业趋势、满足市场需求

  伴随着国内“新基建”的推动以及海外需求市场的刺激,储能电池行业加快建设。现阶段仍是新能源动力锂电池的上升时期,技术的改善尤为重要。新能源动力锂电池开发的核心概念就是安全性能、能源密度及环境保护。金升阳基于完善的电源研发平台快速响应,匹配锂电设备的应用需求,致力于给行业、客户提供最优质电源,推动行业发展更进一步。

 

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