在"双碳"目标加速落地的产业背景下,工商业储能作为电化学储能的核心应用领域正迎来爆发式增长。据相关机构统计,2024年1-10月,我国新增并网的工商业储能项目近950个,规模达2.37GW/5.31GWh。随着峰谷电价机制深化、电力应急需求攀升及可再生能源消纳压力加剧,储能系统在工业园区、数据中心等场景的渗透率快速提升,成为新型电力系统的重要组成部分。
然而,锂离子电池固有的热失控风险,叠加电池簇、BMS等多设备协同控制的技术复杂性,使安全可靠运行成为行业发展的核心挑战。在行业对安全解决方案需求迫切之际,兆易创新产品市场经理毛明歌近期发表了"基于 GD 新一代 MCU 的工商业储能 BMS 方案"专题演讲,该方案由兆易创新和深圳中电港技术股份有限公司联合开发,并采用了兆易创新GD32F527、GD32VW553和GD32C113系列MCU。演讲围绕硬件设计优化、安全保障机制等关键环节,提出了兼具技术前瞻性与工程实用性的安全解决路径,为破解行业痛点提供了新的思路。
技术优势突出、架构灵活的BMS方案
功能齐全-三级系统架构
在硬件架构设计上,该BMS方案采用三级系统架构:BMU部分采用GD32C113,BCU部分采用GD32F527,同时集成GD32VW53无线通信模块。毛明歌指出,方案提供标准化开发基础,客户可基于此快速开展二次开发,研发周期较传统模式缩短近 6个月。
该方案具备灵活适配性,可覆盖多种电压应用场景。其无线通讯模块支持设备状态远程监控,主控芯片GD32F527集成屏幕显示接口,可直接呈现电芯电压、电流等核心信息,便于维修人员直观掌握系统状态,无需额外外接设备。在通讯能力上,方案配置丰富接口,支持多机并联场景下的CAN与以太网连接,满足不同规模系统的组网需求。
功能齐全-烟&气&压检测
安全防护层面,方案集成环境传感器,可实时监测烟雾等异常状况;配套的高效管理平台兼具状态监控与数据分析功能,支持通过CAN和以太网实现数据交互,为系统安全运行提供多重保障。
毛明歌指出,整个方案具备四大技术优势:
首先是 BMS 方案支持自动编址技术,无需传统拨码开关,在节省硬件成本的同时,还能避免因拨码开关老化导致的系统寻址失效问题。
其次是实现电池智能均衡管理。方案通过采集每个电池单元的电压、电流等信息,可根据预设均衡策略自动调整各电池的充放电状态。值得一提的是,单节电芯的均衡电流可达 150毫安,实现高效能量均衡。
第三个优势是支持灵活扩展架构。该方案可在二级架构和三级架构之间灵活切换,BCU 与 BMU 设备数量支持自由配置,单个BCU最多可连接16个BMU,充分满足1500V系统的实际应用需求。
在升级方式上,方案支持云端升级与本地升级两种模式。其中云端升级无需人工现场操作,大幅提升运维便捷性。
安全可靠
安全性方面,该工商业储能BMS方案具备多级故障保护机制,可支持20余项分级故障保护。数据存储上采用本地与云端双重机制,本地可保存一周数据,云端则长期存储电芯历史数据,便于后续大数据分析。
方案还支持多路继电器粘连检测。毛明歌强调,继电器粘连作为一种长期故障,可能导致系统持续供电或无法关断,进而引发重大事故,该检测功能可实时预警此类风险。同时,方案支持高压互锁功能,确保高压系统在非安全状态或连接未完全时不会启动。
毛明歌表示,整套方案基于兆易创新GD32 MCU开发,核心IP完全自主,并采用国内供应链生产,包括边缘部件也选用国产品牌,实现从芯片到系统的自主可控。
为确保方案性能可靠,兆易创新开展了多维度测试验证,涵盖过流、短路、并机、ESD及EMC 等关键项目。以短路测试为例,团队完全参照实际应用场景,模拟全工况输入输出条件,确保所有保护功能均能在微秒级响应时间内阻断系统故障,实现对异常状态的极速响应。
该方案应用场景广泛,覆盖光伏储能、通信基站、家庭储能、便携储能、车载储能及UPS等领域,无论系统规模大小,均可通过多级架构的灵活适配实现高效应用。
核心芯片可为多应用场景赋能
GD32F527
GD32F527作为整套方案的核心,是兆易创新高性能产品线的新一代主力芯片。相比前代产品,其1MB SRAM与7.5MB Flash的存储配置,尤其适合代码量庞大或算法复杂的应用场景。该芯片集成丰富外设资源,包括两路CAN-FD 接口,完全契合BMS行业的通信协议要求;同时配备屏幕扩展接口,可直接满足能源领域储能设备的多页界面显示需求。传统方案中显示屏常需外挂 PSRAM,而 GD32F527的1MB片上SRAM足以支撑监控数据与显示界面的同步运行,为客户省去外部存储芯片的采购成本与布局空间。
在可靠性设计上,该芯片采用增强型ESD防护方案,不仅满足工业与能源领域的常规 ESD 要求,更能应对电力场景中严苛的辐射型 ESD 挑战。值得一提的是,GD32F527已通过 IEC 61508功能安全认证,兆易创新的安全工程师团队可协助客户将 STL 软件库嵌入主代码,据实测经验,这一支持能为客户节省 60%-70%的功能安全认证研发时间。此外,芯片提供多种封装选项,灵活适配不同形态的终端设备。
GD32VW553 主要特性
另一核心组件 GD32VW553集成 2.4GHz Wi-Fi 6与 Bluetooth LE 5.2双射频模块,在提供先进基带与射频性能的同时,内置 4MB Flash 及 320KB SRAM。客户完成协议层开发后,仍可释放 200KB 左右的 SRAM 空间用于自定义功能。针对能源与工业领域客户普遍采用模块方案的习惯,兆易创新提供芯片级与模块级两种交付形式供选择。
兆易创新基于上述两颗芯片构建了能源监控通信方案,采用分层协作架构:GD32F527通过 AT 指令与 Wi-Fi模组通信,由模组承载协议层的透传与连接功能,GD32F527专注运行应用层逻辑。这种设计使客户无需额外适配其他 Wi-Fi 模组即可满足 USB、以太网等扩展需求,且应用层接口标准化后,模块选择不再受单一供应商限制,显著提升方案的兼容性与灵活性。
毛明歌最后总结,该工商业储能BMS方案致力于攻克储能系统运行中的全场景挑战,从硬件架构到软件算法构建多层防护体系,为储能设备的安全稳定运行提供全周期保驾护航。
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