金开盛产品在储能BMS系统可靠性上的评测和选型

2020-03-31 14:31:25浏览:324 来源:芯闻路1号 | 蜥蜴哥   
核心摘要:本文蜥蜴哥将向大家介绍BMS的可靠性策略,并针对系统结构,使用金开盛保护器件进行评测,最后给出选型建议。

楚汉相争时期,韩信被刘邦封为齐王,率30万大军和彭越的军队会师,把项羽围困在垓下,他采取十面埋伏的战术,逼使项羽在乌江自刎,取得决定性的胜利。十面埋伏成语由此而来,意思是设伏兵于十面以围歼敌军。

电池管理系统(BMS)通常面对高倍率放电和过度充电的威胁,此时开发人员也要十面埋伏,布下天网,使用熔断器、TVS二极管和二极管阵列等器件,让BMS组装、维护和正常运行均保持安全性和稳定性。本文蜥蜴哥将向大家介绍BMS的可靠性策略,并针对系统结构,使用金开盛保护器件进行评测,最后给出选型建议。
一、储能BMS市场分析
由于锂电池储能系统具有调度响应快、配置灵活、控制精准、环境友好等先天优势,越来越多用户将锂电池储能系统用于提高设备的运行效率和可靠性,以及作为应急备用电源。
新能源汽车飞速发展,新能源汽车动力蓄电池容量衰减至80%以下时,将不能完全满足汽车动力需求,但可梯次利用于其他领域,例如储能领域。欧洲尤其是德国高昂的电费,以及渗透率较高的户用光伏市场,推动了储能产业的发展。欧洲电力市场可再生能源渗透率已达到了25%-30%,单独安装光伏或是光储一体化的系统,能够有效地降低用户电力费用支出。图1是2040年全球储能累计装机瓦数的预估。
【蜥蜴测评】金开盛-图1
图1
锂电储能市场发展迅速,国内外出现多个储能项目公开招标或者投运,应用场景包括储能电站、风场调频、太阳能发电存储、用户侧、通信基站等,吸引了大批电池企业入局。锂电池在储能领域的市场渗透率将逐渐提升,进一步推动锂电储能市场规模增长,给锂电企业提供新的发机会。
储能系统需要具备很高的可靠性、稳定性,如何提高储能BMS系统可靠性?下文我们将进一步分析探讨。
二、BMS应用框图分析和可靠性策略
图2是一个典型的48V锂电池储能系统框图,包括AFE(模拟前端)、MCU、负极关断控制架构。


图2
AFE的电压采样线:最高耐压为9V,内部ESD防护为250V。在装配过程,产线作业员工是有机会接触电压采样线的。测试中,在电压采样线间加入金开盛TVS CSPJLB0510D2,可以有效抑制线束连接电压尖峰以及作业过程产生的ESD。CSPJLB0510D2的VC电压为7.8V,小于采样线的最高耐压9V,并且采用CSP晶圆级封装,体积小、IPP高、VC低、阻抗小,测试结果符合IEC 6100-4-2(ESD)、IEC61000-4-5(Lightning)标准。
I2C通讯、SPI通讯:此类通讯芯片一般是基于CMOS或TTL工艺,CMOS的ESD等级为250V,TTL的ESD等级为300V。受限于芯片内部空间限制,通讯口的ESD防护等级比较弱,此外通讯线与外部相连,更容易受到ESD影响。测试使用金开盛ESD

ESD0521P,测试结果满足标准IEC 61000-4-2(ESD)±15KV(空气)、±8KV(接触)IEC61000-4-4(EFT)40A(5/50nS),可以显著改善I2C通讯、SPI通讯的ESD问题。
CAN通讯:CAN是一种高可靠性通讯网络,对抗干扰要求比较高,但由于是基于CMOS工艺,ESD等级为250V。测试使用金开盛TVS JULC24DT3,测试结果满足标准IEC 61000-4-2(ESD)±25KV(空气)、±15KV(接触)。
R485通讯:R485通讯距离比较长,传输线通常暴露于户外,因此极易遭受雷击影响。R485收发器一般工作电压为5V,耐压范围为-7V至+12V。所以R485要具备防雷击功能,测试以金开盛陶瓷气体放电管JK SMD5-3R90、可恢复保险丝JK mSMD050FESD SM712组合,结果显示可以满足一级1.5KV防雷要求。
系统P+和P-之间:测试在P+和P-之间添加TVS SMDJ75,结果显示可有效抑制充电接入瞬间浪涌。
此外,出口北美国家的储能系统要求通过UL2054认证,认证中有项要求,当所有主动元器件失效后,必须还有一重保护装置。在主回路P+串入一次性保险丝PB06080,起二次保护作用,对于产品通过UL2054认证很有帮助。
对于MCU供电电路,有经验的客户要求ESD防护。在供电系统端加上ESD0521P(5V供电)或者LC03CI(3.3V供电),使系统供电更加稳健。
以上的推荐型号应用,在金开盛BMS客户中均已批量使用,取得了很好的效果,金开盛实验室设备齐全,可以现场对比测试。
三、TVS选型原则
以下是JKSEMI(金开盛)对TVS选型几点建议:
●确定被保护电路的各种极限参数,如:最大直流或连续工作电压、电路的额定标准电压和“高端”容限等。
●TVS额定反向关断Vrwm应大于或等于被保护电路的最大工作电压。电路正常工作时,TVS应该是高阻态。若选用的Vrwm太低,器件可能进入雪崩击穿,或因反向漏电流太大影响电路的正常工作。一般会Vop
●TVS的最大箝位电压VC应小于被保护电路的损坏电压。
●对于数据接口电路的保护,还必须注意选取具有合适电容CPP的TVS器件。
●Vc、Ipp反映了TVS器件的浪涌抑制能力。抑制电路的瞬间功率不宜超过TVS额定功率的80%。
●环境温度的考量。TVS也是半导体器件,当TVS用于高温环境下,要做相应的降额处理。TVS的温度系数为10×10-4/°C,由此我们可以计算出某个温度下的Vc值,例如85°C环境温度下,VC85°C=VC25°C×(1+10×10-4/°C×(TJ-TA)),TJ=85°C,TA=25°C。

(责任编辑:小编)
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