新唐科技高安全性高串数 AFE 产品在电网侧储能系统的应用分析

1万 · 2023-12-22 14:07

新唐科技高安全性高串数AFE产品
在电网侧储能系统的应用分析

“双碳”是一场广泛而深刻的经济社会变革，对于能源行业既是艰巨挑战又是难得机遇。2021年全国非化石能源发电装机首次超过煤电装机容量，高达11.2亿千瓦，水电、风电、光伏装机均超过3亿千瓦。随着可再生能源发电规模不断增大，电力系统输送消纳可再生能源压力迅速加剧，储能技术的发展对未来能源供应体系具有至关重要的意义。储能技术作为公认的第三次工业革命的战略性技术，也是新能源大规模发展的必要手段和支撑技术。除了中国外，美国、欧盟和日本等在2017～2018年先后发布了储能技术发展路线图，将锂离子电池确定为重点关注的技术类型之一，并加大了技术研发投资。

在用户侧储能需求爆发后，发电侧储能可能成为市场的下一个爆点。新能源发电波动性大，要想大规模稳定并网就必须加快推动 “源网荷储一体化”模式，实现新能源平稳并入公共电网。新能源电站自建储能模式多配置锂离子电池储能，尤其是当下电化学储能采用磷酸铁锂电池后，集毫秒级响应、灵活多变、充放电频率高等诸多优势于一身。“新能源+储能”配置模式是当前新能源指标竞配中常见要求，在政府鼓励和市场需求的双重加持下，预计至2025年“新能源＋储能”将形成千亿级市场。

综上所述，储能作为未来电力行业发展的选择是必然的，市场前景尤其是发电侧储能的市场前景是广阔的。储能产品走向大容量化、应用场景复合化以及循环可利用的特点。然而，随之而来的技术挑战也亟待突破。
（1）安全性：
随着装机容量从兆瓦级提升到吉瓦级，系统稳定性、电池循环寿命和产品全生命周期关系到项目收益的指标在持续提高，其中系统的安全性和稳定性是一切的基石。BMS系统作为储能系统的核心组件之一，它的安全性也是必不可少的一环。
（2）性价比：
储能系统的高能效是实现最优性价比的方式之一。除了通过电芯本身能效的提升，储能系统的能效则是另一个提升通道。其中，BMS系统的性价比会是其中的核心之一。
（3）运行控制策略
储能运行策略是一个系统考量，涉及机械框架、电子系统、大数据、通信和计算机等方方面面。无论采取任何运营策略，通讯系统运是控制策略得以及时准确执行的核心环节，BMS的通讯是其中重要的一部分。
（4）产业链闭环
储能产业链尚未形成闭环，储能废旧设施回收利用环节仍有待建立完善。新唐科技将在2025年前完善的内嵌电池劣化诊断技术的AFE产品将补上这一环。

有鉴于此，在电网侧储能设计中新唐科技推荐采用更高规格的车规级AFE产品，尤其是新唐科技推出的高安全性高串数AFE产品。新唐科技一直致力于在电池全产业链中提供自身的价值，比如，业界最高25通道AFE产品以及即将推出的电池劣化诊断技术（Battery Deterioration Diagnosis）将为业界持续提供优质的解决方案。

安全性

新唐科技提倡“本质安全”和“功能安全”并举，并认为两者的有效结合才是“真正的安全”。
在“功能安全”部分，新唐科技推出的汽车级AFE产品符合业界最高的汽车功能安全等级ASIL-D。基于在全球各主流汽车厂商成熟应用超过10年的功能安全技术和产品积累，新唐科技的产品可以十分方便的支持客户储能BMS系统达到SIL 4的最高工业安全等级。

而所谓“本质安全”，简而言之就是芯片本身的鲁棒性。新唐科技将SOI（Silicon On Insulation）工艺成熟应用到BMS AFE产品中，来达成“本质安全”的目标，并已经量产上车超过超千万片。SOI工艺相比于传统的EPI工艺需要更高的工艺电压和对应的工艺技术，更高的工艺要求也带来了更好的产品特性，除了显而易见的更高的电压冲击耐受裕量。从下图3-1所示SOI工艺后的示意图，我们还可以清楚的看到芯片内部的功能模块被DTI（Deep Trench Isolation）工艺分隔到单独的绝缘区间，因此在芯片内部的寄生分量、噪声以及漏电流方面有更好的表现。

其次，新唐科技各系列电池管理相关产品，包括汽车级AFE产品，均采取完全冗余设计，可以十分有效的避免共模失效。完全镜像的设计不仅仅方便客户设计，方便电池安全策略设计，而且工程师们由两套镜像的采集系统衍生出的创新设计可以提供新的价值点。新唐科技认为“SOI工艺 +完全冗余”，才可以真正实现“安全的冗余”。

第三，新唐科技推出的汽车级AFE产品具有±2.5mV ~ ±1.5mV不同等级的高精准测量精度并同时提供全生命周期精度（即老化后精度）的保障，从而有效的监控全生命周期内电池和电芯的状态，为电池稳定可靠的运行提供了强有力的基础。

最后，通讯的安全性新唐科技也不会忽略，除了支持更大范围的通讯安全层设计、支持双向菊花链、更快速更多样的通讯速率设置等特性，可以有效兼顾通讯安全性和高速率外，新唐科技汽车级AFE产品也同时支持其他的通讯总线选项，比如SPI总线直连，以适应业界对于非菊花链BMS系统的要求。

性价比

任何产品的商业化肯定离不开性价比的评估维度。对于电网侧储能产品及相关的BMS系统的性价比评估，新唐科技认为必须是在高安全性和高稳定性的前提下来实施。
以下图为例，在电网侧储能BMS系统构成时高串数AFE可以明显降低BOM成本。

以目前电网侧储能市场上流行的 40-60S，甚至100-100S储能电池包，新唐科技的20串和25串AFE产品都可以方便的构成最优解。例如，
40-60S 电池包 ← 2* KA84950UA (2*25S)+ 1* KA84930UA（1*20S）
100-110S电池包 ← 2* KA84950UA (2*25S)+3*KA84930UA(3*20S)
为什么新唐科技可以实现灵活的组合呢？首先是因为新唐科技提供了管脚兼容设计（仅新唐科技同代系AFE产品之间），其次相关采集通道支持Bus-bar直连并提供负压监测功能，最后新唐科技的AFE产品内部模块大多为模块化设计，方便沿用和移植。与此同时，高串数设置也方便客户扩大电芯模组选用，有利于保供的同时更可以灵活选择当前市场最优性价比的电芯模组用于电池组装并有效管理既有库存，从而优化产品和管理上的性价比。以新唐科技的20串AFE KA84933UA为例，由下图我们可以非常清晰的看到20串AFE相较于18串AFE产品的优势。

另一方面，从储能电池本身而言，最大化电池电芯的使用率、循环寿命和能效管理，也可以从侧面增加储能系统运维的性价比。这就要求BMS系统必须做深度的SOC测算和更准确的SOH估算，即要求AFE产品提供高精准采集精度和尽可能高度一致的V-I同步测量。新唐科技汽车级AFE产品具备在10us范围内实现V-I同步的功能，10us是当前已知业界最快同步记录。此外，新唐科技汽车级AFE产品内嵌的反向唤醒功能，可以实现在MCU处于低功耗休眠的状况下实施精准测量和异常侦测诊断，同时兼顾能耗和安全性。

产业链闭环

新唐科技一直致力于成为电池全产业链价值的提供者，除了致力于传统的电池安全的改进外，还致力于从供应链和价值链维度来构建与实现电池价值循环性利用的机制。梯次利用电池及电池的循环回收也一直处于新唐科技规划的技术路线上。随着在这一方面领先的欧洲陆续提出碳足迹和电池护*的概念，并逐步加以开始实施。

新唐科技也将于2025年前推出内嵌电池劣化诊断技术（Battery Deterioration Diagnosis）的AFE产品，支持和协助客户应对这一市场变化，完成产业链闭环。新唐科技汽车级AFE产品所提供的10us V-I同步测量机制，可以让客户较快速准确完成电芯内阻和电池健康度的评估，初步协助客户实现相关功能。

综上所述，新唐科技基于高压SOI工艺、完全冗余、全生命周期高采集精度、高串数、反向唤醒的设计而推出的KA849xx 系列汽车级AFE产品以及未来产品开发路图是满足电网侧储能BMS系统现阶段所需和符合未来技术发展趋势的。新唐科技期待与更多的客户携手合作，一同构建更多更符合“双碳”政策规划的产品。

新唐科技长期耕耘BMS AFE产品，并形成了完善的产品和技术路图。更多产品，请持续关注新唐科技官网网站（www.nuvoton.com）相关信息

只看该作者 · 2023-12-27 14:59

储能业务未来应该很好。

新唐科技高安全性高串数 AFE 产品在电网侧储能系统的应用分析

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