ADI打造太阳能光伏、电池储能和电动汽车充电基础设施解决方案

日期:2018-06-28

 
在PCIM Asia 2018上海国际电力元件、可再生能源管理展览会上,记者采访了ADI中国区能源行业市场总监程勇先生,他介绍了专门为太阳能光伏、电池存储和电动汽车基础设施应用打造的一系列解决方案。他表示,ADI一直致力于能源领域的技术研发,包括电源转换(如功率控制器、隔离和栅极驱动器、电流感测)、电池管理、隔离接口,以及相关系统参考设计。通过对Linear Technology的收购加强和补充了ADI的功率器件产品,客户也可以获得更加完整的解决方案。
 
ADI之于能源
程勇首先介绍了他所在的行业市场部,他的团队主要面向所有与电力或能源相关的应用市场,包括三大板块,一是输配电;二是智能电表,三是新能源应用,包括太阳能光伏和储能。他解释说,有两个原因促使储能市场变得比较火,一是新能源发电大量的并网有储能的需求,二是电动汽车动力电池的退役,包括电动汽车电池的发展,导致锂电池成本逐渐下降,储能的成本也在相应下降。此外,新能源还涉及到电动汽车充电桩,公司有相应的信号链可以提供,包括这次展出的30千瓦直流到直流双向转换模块。
他与记者分享了能源转换方面的关注点和发展趋势。首先,随着储能的应用发展,它可能带来电压等级越来越高的要求,电压等级一旦升高,对所有隔离器件的要求也会相应提高,包括对它的安全要求就会提高。第二,新型开关器件也在逐步影响生态环境或者产品形态。今天很多演讲的主题都是集中在碳化硅、氮化镓这些新型开关器件。ADI本身不做这些器件,但关注怎么让它用好,就是怎么去配合这样一些功率器件,完成客户最终系统的高可靠性、高性能的提升。这包括器件的驱动和管理控制。一个是隔离驱动,第二个是主控芯片,比如太阳逆变器里的主控芯片、充电桩里的处理器,这些都是ADI目前关注的能量转换内容。
在电池管理方面,也就是储能应用,ADI在汽车动力电池的管理上有非常好的口碑和非常高的份额,所以要借助这样的优势用于储能电池管理应用。
在充电桩这块,ADI通过引入一些新开关器件帮客户去减少它的成本和体积,包括用其产品配合碳化硅器件去降低整体体积和成本。ADI试图在这些应用中引入设备健康状况诊测等功能,包括通信隔离。ADI的可再生能源解决方案有助于实现生活和移动的清洁电气化。
 
下一代应用的电源转换解决方案
程勇说,ADI为下一代光伏逆变器、存储和eV基础设施提供完整的“电源转换平台”。ADI不做功率器件,但是做驱动和控制,包括开关器件和处理器。之前客户的电源转换可能用DSP比较多,但是专用DSP核厂家的升级换代速度会变得越来越慢,或者说后续的更新将会越来越少。一个趋势是用户更多倾向于通用平台,它的一个好处是在不同供应厂商的产品方案之间切换的时候,切换成本会比较低,否则从一个DSP类型切到另外一个DSP类型或者切到另一个处理器平台的的成本非常高。另外,电机控制以前是以DSP为主的主控芯片,过去几年越来越多的基于MCU,就是基于ARM的MCU控制。ADI认为,在电源转换这个环节,主控芯片也会走这样一条路线。
 

 
他介绍说,ADSP-CM41x系列就是面向下一代逆变器的“硬件辅助”的双核电源控制器。基于Coretex-M4内核和M0内核的双核MCU针对电源转换应用做了特别定制。加上ADI特有的磁隔技术门极驱动器,组成了电源转换的主要信号链路,其中还有一些充电器件,以及隔离的RS485和CAN总线通信接口,这些ADI的完整系列组成了针对新能源应用的特有产品系列。
例如光伏应用,它相比其他能源转换有具有挑战性的需求,就是电弧检测(Arcing Detection)。直流高压系统如果一旦发生绝缘破损,就可能产生电弧,电弧就会产生火灾。因此,电弧检测比较大的挑战就是怎么去判断它是电弧,还是正常的电流?所以ADI做了一些加速引擎,专门针对这个问题设计了一些算法,能比较快速、方便地帮客户去实现这样的功能,而这恰恰是现有的产品很难做到的。
 
 

 
ADI的处理器有非常丰富的资源,相比同类产品或目前在市场上大量使用的同类产品,在ADC的精度上有大幅度的提升,解决了在太阳能光伏上对控制精度的要求。此外,PWM驱动也做了很多优化,这样更便于产生更可靠、更稳定的多路输出。
在介绍用于多级开关结构和IGBT、SiC和GaN技术的隔离栅极驱动器路线图时,程勇表示,传统的隔离是用光耦,光隔存在先天性的问题,就像灯一样,时间长了慢慢就暗了,功耗也高。ADI是基于磁隔的技术,有很多专用芯片,比如隔离的485接口,这些在电源转换、储能系统里都会有用到,包括后续会有更多更高耐压等级以及更好EMC性能的相应产品。
目前,很多客户在尝试用一些碳化硅器件,但遇到的一个挑战是碳化硅的驱动非常困难,碳化硅虽然有它的优点,比如说能做到比较高的频率、比较低的导通电阻,这样它的功率密度也可以做到比较大。但同时它的成本比较高,驱动有些特别的要求。所以,ADI在这方面做了很多的研究,还跟很多厂家合作做成了板极的单板,就是为了验证ADI的驱动器件和其他器件的配合。这样用户在使用时就可以进行借鉴,直接使用。
 

 
电流感测也是电源转换的一个主要方面,ADI可以提供取代昂贵和低精度模块的AD740x、可以驱动SINC3滤波器的更高性能测量Σ-Δ ADC,以及隔离Σ-Δ精密电流测量器件AD7403。
 
先进的电池管理系统
谈到电池管理系统(BMS),程勇介绍道,LTC6811已经是ADI的第4代电池监视器。公司拥有完整系列的产品,有不同通道数选择,所以用户的使用非常灵活,包括独创的菊花链结构,在行业里树立了标杆。客户如果从LTC6804转到引脚兼容的LTC6811,可以降低25%的成本,同时获得更高性能和新的功能。
 

 
他说,在储能电池管理方面,ADI也在关注针对锂电池用于储能的特点对系统进行优化,因为储能用的电池系统和电动汽车用的电池系统比较接近,但它们本质上有些要求不同,比如温度范围、精度要求不一样,它的特性不一样,甚至电池本身的质量也不一样。这也是开发储能电池管理系统的一个重要课题。
除了电池监控之外,ADI还有主动均衡控制产品,如LT8584,也可以应用于储能,这个要看具体其BMS系统,或者其整个电池系统是怎么设计的。
ADI还有无线BMS产品系列,它基于Dust Network技术,可以实现ISO CAN总线、isoSPI菊花链和SmartMesh网络。而LTC2949电池计可以测量和监控电池组电压、电流、功率、电荷、能量和温度。
程勇最后表示,早期ADI更多关注器件,例如,想办法把器件精度做得越来越好,性能做得越来越高。在过去8-10年的时间里,ADI做了很多转变,除了关注器件级,花了更多精力去关注系统级。ADI拥有来自于各个行业的系统设计专家,在系统设计、终端产品设计上积累了很多年的经验。ADI在系统级上想办法去简化各方面的设计,除了从硬件上跟功率器件厂家合作,结合其所有器件去搭成一个子系统,还做了软件框架。用户如果要测试其方案非常简单,只需要简单的飞线,就可以验证很多性能和功能。这样,客户完成初步验证之后,再去重新画自己的板子,调试的程序,做起来就会非常快。这是ADI在系统级的创新思路。
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