參考設(shè)計(jì) | 16芯串聯(lián)電池包儲(chǔ)能系統(tǒng)

電池包的應(yīng)用與技術(shù)問(wèn)題

為了獲得更大的能量密度，鋰離子和磷酸鐵鋰電池在電池包中的使用越來(lái)越多，比如：電信機(jī)房的UPS單元，移動(dòng)式電站，儲(chǔ)能系統(tǒng)等。

鋰離子和磷酸鐵鋰電池在提供更高的功率和能量密度的同時(shí)也需要更準(zhǔn)確和復(fù)雜的監(jiān)測(cè)和保護(hù)。比如：欠壓保護(hù) (CUV)、電芯過(guò)壓 (COV)、過(guò)熱 (OT)、 充電過(guò)流 (OCC) 和放電過(guò)流 (OCD)、 短路放電 (SCD)。這些方面出現(xiàn)輕則會(huì)加速電池退化，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致熱失控和爆炸。

系統(tǒng)需要良好的測(cè)量精度來(lái)知道電芯電壓、電池包電流和電芯溫度，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的保護(hù)以及電池包充電狀態(tài) (SoC) 和電池運(yùn)行狀況 (SoH) 計(jì)算。同時(shí)還需要在運(yùn)輸模式和待機(jī)模式下，保持更低的待機(jī)功耗，以保證長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)的情況下，電池不會(huì)過(guò)放電。

電池包儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)使用 BQ76952 作為電池監(jiān)控器和保護(hù)器，用于監(jiān)控每個(gè)電芯的電壓、溫度和電池包電流。

MOS管驅(qū)動(dòng)器UCC27524支持5A灌電流和拉電流，能夠驅(qū)動(dòng)更多MOSFET 以支持更大的電池容量。五對(duì)N溝道MOSFET位于電池負(fù)極中，作為控制充電和放電過(guò)程的開關(guān)。防止出現(xiàn)電芯過(guò)壓、電芯欠壓、過(guò)熱、充電和放電過(guò)流以及短路放電等情況。

設(shè)計(jì)使用低功耗MCU,MSP430FR2155支持隔離式 RS-485 通信，以傳輸電池包數(shù)據(jù)和接收命令，保留隔離式 CAN 收發(fā)器來(lái)測(cè)試輔助電源性能。

設(shè)計(jì)使用100V輸入、0.5A、超低IQ同步降壓直流/直流轉(zhuǎn)換器LM5163來(lái)降低電池電壓，從而為MOSFET 驅(qū)動(dòng)器供電。Fly-Buck轉(zhuǎn)換器TPS54308用于生成非隔離式 3.3V電源為MSU供電，隔離式5V電源為隔離式通信收發(fā)器供電。低IQ LDO TPS7A24 可使隔離式輸出電壓保持穩(wěn)定。使用具有正溫度系數(shù)和0603封裝 TMP61 的 ±1%、10kΩ 線性熱敏電阻通過(guò)MCU ADC來(lái)監(jiān)測(cè) MOSFET 溫度。

輔助電源架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)非常低的功耗，運(yùn)輸模式 (10μA) 和待機(jī)模式 (100μA) 。

系統(tǒng)框圖

輔助電源的設(shè)計(jì)

為了保證在待機(jī)模式和運(yùn)輸模式下的低功耗，及正常工作時(shí)設(shè)備的良好熱性能，需要針對(duì)輔助電源針對(duì)性做低功耗策略設(shè)計(jì)。

輔助電源架構(gòu)

待機(jī)模式下降低功耗：通過(guò)EN引腳禁用LM5163，可實(shí)現(xiàn)TPS54308、UCC27524、UCC27517 掉電節(jié)能。BQ76952通過(guò)穩(wěn)壓器輸出3.3V電壓，為處于低功耗模式的MCU供電。在待機(jī)模式下如需要快速放電，LM5163仍可為UCC27524和UCC27517提供12V供電，MOSFET導(dǎo)通以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)放電。此時(shí)仍可通過(guò)EN引腳關(guān)閉TPS54308，關(guān)閉隔離通信功能，降低功耗。

運(yùn)輸模式下降低功耗：當(dāng)系統(tǒng)遇到嚴(yán)重的電芯欠壓情況且必須進(jìn)入運(yùn)輸模式時(shí)，MCU將配置BQ76952進(jìn)入關(guān)斷模式，并通過(guò)EN引腳禁用LM5163 輸出。系統(tǒng)將進(jìn)入超低電流消耗模式。設(shè)計(jì)支持充電器連接喚醒功能，連接充電器后BQ76952會(huì)喚醒并啟用正常的5V穩(wěn)壓器輸出，MCU上電并通過(guò)EN引腳啟用LM5163，整個(gè)系統(tǒng)回到正常模式。

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