? 背景概述
戶用光伏儲能系統(tǒng)的發(fā)展受到多種因素的推動,包括電價波動、環(huán)境保護意識的增強、政策支持和補貼、建設(shè)成本的下降、技術(shù)成熟度的提高、消費者行為的變化以及融資方案的多樣化。這些因素共同作用,使得戶用光儲系統(tǒng)能夠通過自產(chǎn)自用和削峰填谷策略顯著降低家庭電費支出,同時符合減少碳足跡的趨勢。此外,政府出臺的激勵政策如上網(wǎng)電價補貼、稅收減免等,降低了戶用光儲系統(tǒng)的初期投資成本,提高了投資回報率。太陽能光伏板和電池儲能技術(shù)的不斷進步,導(dǎo)致成本顯著下降,使得戶用光儲系統(tǒng)變得更加經(jīng)濟可行。隨著光伏板的效率提高和儲能電池壽命的延長,系統(tǒng)更可靠和高效,滿足了消費者對能源自主性和可控性的追求。戶用光伏儲能系統(tǒng)的發(fā)展前景樂觀,預(yù)計將繼續(xù)保持健康、可持續(xù)的增長勢頭,同時有效助力碳達峰和碳中和等國家重大戰(zhàn)略的實現(xiàn)。
?BMS(電池管理系統(tǒng))在儲能系統(tǒng)中的重要性不言而喻,它扮演著至關(guān)重要的角色,確保電池組的安全運行,提升電池的使用效率,延長電池的使用壽命,并優(yōu)化整個儲能系統(tǒng)的性能。?
BMS的主要功能和作用包括:電池參數(shù)監(jiān)測;?故障診斷與預(yù)警?;?充放電管理?;??電池均衡;??熱管理?;??遠(yuǎn)程監(jiān)控與通信管理。
? BMS拓?fù)浞诸?/h2>
按拓?fù)浼軜?gòu)分:BMS分為集中式(Centralized)和分布式(Distributed)兩類。
- 集中式BMS將所有電芯統(tǒng)一用一個BMS硬件采集,適用于電芯少的場景,具有成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的優(yōu)點,一般常見于容量低、總壓低、電池系統(tǒng)體積小的場景中。
- 分布式硬件架構(gòu)包括主板和從板。這種硬件架構(gòu)優(yōu)點是采樣線束距離均勻;缺點是成本較高,需要額外的芯片將各個模塊的信息整個發(fā)送給BMS主板。
? 戶用光伏儲能和BMS拓?fù)?/h2>
分立器件為戶用光伏儲能及其BMS中的核心器件,無論是戶用光伏儲能還是電池模塊都在往高功率密度、高效率的趨勢發(fā)展,同時要求安全可靠,給MOSFET在提出了更高的要求。
? SGT(Shield gate trench MOSFET)技術(shù)簡介
通過在柵極溝槽底部,引入屏蔽柵多晶硅場板,將絕大部分的Cgd轉(zhuǎn)化為了小值的Cgs,顯著地降低了米勒電容Cgd,加快了開關(guān)速度。
依靠屏蔽柵多晶硅場板側(cè)壁厚氧化層的電荷感應(yīng)效應(yīng),在傳統(tǒng)Trench MOSFET垂直耗盡(p-body/n-epi結(jié))上,引入水平耗盡,在深Trench底部引入一個新的電場尖峰,將漂移區(qū)電場由三角形分布改變?yōu)榻凭匦畏植迹趯崿F(xiàn)同樣的擊穿電壓時降低了漂移區(qū)電阻,顯著降低了器件的單位面積導(dǎo)通電阻,降低了FOM。
? 客戶案例應(yīng)用及MOS選型
針對客戶48V鋰電池保護板,短路保護對 MOSFET 選型的首先要考慮 MOSFET 的耐壓。一般經(jīng)驗值是電池包穩(wěn)態(tài)最高電壓的兩倍,即有100%的電壓余量。對 MOSFET 的電流,需要考慮短路時流經(jīng)每一個MOS的電流不超過規(guī)格書里的雪崩電流。如果短路電流非常大,需要考慮多個 MOSFET 并聯(lián)。
另外,對MOSFET 的選型,還需要綜合考慮驅(qū)動電路的驅(qū)動能力,以及 MOSFET 的 Cgs 和 Cgd 的影響。
客戶的方案使用了16顆龍騰的SGT MOS LSGE10R040HC。100V 導(dǎo)通內(nèi)阻最大值4mΩ,封裝 TO-263。
優(yōu)化的方案選用了TOLL封裝的LSGT10R018。數(shù)量從16顆減少到12顆。
?Toll封裝與TO-263封裝在BMS中的優(yōu)勢對比:
Toll封裝具有較小的尺寸,可以節(jié)省30%的PCB面積。這意味著在設(shè)計BMS時,Toll封裝可以減少電路板的占用空間,使得電路布局更加緊湊,這對于空間受限的應(yīng)用場景尤其有利。
熱性能方面,Toll封裝因其小體積設(shè)計,具有更低的封裝電阻和寄生電感,這帶來了更小的導(dǎo)通阻抗和更高的峰值電流,從而在高功率應(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)異的散熱性能。此外,Toll封裝的源極焊料接觸面積增加了4倍,有助于降低電流密度,避免因高電流和溫度導(dǎo)致的電遷移,提高產(chǎn)品的可靠性。
Toll封裝提供了比TO-263引線更好的熱性能和更低的封裝電感(2nH),這對于需要快速開關(guān)和高頻率操作的MOSFET來說非常重要。低電感意味著更快的開關(guān)速度和更高的效率,這對于BMS中的高功率轉(zhuǎn)換路徑至關(guān)重要。
Toll封裝由于其低寄生電感和出色的散熱性能,帶來了優(yōu)秀的EMI表現(xiàn)。這對于BMS而言非常重要,因為EMI的減少有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電磁兼容性。
盡管Toll封裝在材料成本和制造工藝上可能比傳統(tǒng)TO-263封裝復(fù)雜,但在高功率應(yīng)用中,其能夠減少所需的并聯(lián)MOSFET數(shù)量和散熱部件,從而節(jié)省長期成本。此外,由于其緊湊的尺寸,還可以節(jié)省PCB空間,進一步降低成本。
綜上所述,Toll封裝在尺寸優(yōu)化、熱性能、電感、EMI表現(xiàn)等方面展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢,特別是在BMS這樣的高壓和高功率系統(tǒng)中。這些優(yōu)勢不僅提高了系統(tǒng)的效率和可靠性,而且還通過減少所需的組件和簡化熱管理來降低成本。因此,對于追求高效率和緊湊設(shè)計的BMS應(yīng)用而言,Toll封裝是一個更具吸引力的選擇。
? 龍騰SGT MOSFET –BMS推薦料號
龍騰介紹
龍騰半導(dǎo)體股份有限公司 (lonten.cc) 2009年7月13日成立于西安,是一家致力于新型半導(dǎo)體器件研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)。 公司在以超結(jié)MOSFET為代表的高端功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域走出一條自主創(chuàng)新之路,形成了高壓超結(jié)MOSFET、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、屏蔽柵溝槽(SGT)MOSFET、低壓溝槽(Trench)MOSFET、高壓平面MOSFET,SiC JBS&MOSFET等6大產(chǎn)品系列,廣泛應(yīng)用于汽車電子、工業(yè)電子及消費電子等領(lǐng)域。
豐寶介紹
上海豐寶電子信息科技有限公司創(chuàng)辦于1998年5月,本土知名的元器件代理商??偛课挥谏虾?,在北京、深圳、蘇州、香港、臺灣設(shè)有分公司,并在廣州、東莞、廈門、南京、杭州、 武漢、西安等15個城市設(shè)有辦事處。公司主營電子元器件世界品牌在中國大陸的代理銷售,并致力于代理芯片產(chǎn)品的應(yīng)用設(shè)計開發(fā),整體解決方案在通訊、家電、工業(yè)控制得到廣泛應(yīng)用。公司的主要代理品牌有Bourns、Winbond、Omron、Knowles、U-blox 、Nuvoton、Digi和Torex等。
豐寶電子系上海市高新技術(shù)企業(yè),2003至2014年連續(xù)十二年被《國際電子商情》評選為“讀者最滿意的十家大陸電子元器件分銷商”。在2008至2011年三次獲得“Omron優(yōu)秀代理商銷售獎”,2009至2012年三次獲得“SGMC杰出成長獎”,2010年榮獲“Bourns杰出業(yè)績獎”,2011年榮獲“NXP年度增長最快ID獎”,2012年榮獲“NXP最佳FAE支持團隊獎”,2013榮獲 Torex合作伙伴獎。豐寶電子視誠信經(jīng)營為企業(yè)至高榮譽,一直致力于上海市“誠信創(chuàng)建企業(yè)”工作認(rèn)定,截止到2017年已榮升為五星級企業(yè)。
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