关于物联网:参考设计16芯串联电池包储能系统

电池包的利用与技术问题

为了取得更大的能量密度,锂离子和磷酸铁锂电池在电池包中的应用越来越多,比方:电信机房的UPS单元,移动式电站,储能零碎等。

锂离子和磷酸铁锂电池在提供更高的功率和能量密度的同时也须要更精确和简单的监测和爱护。比方:欠压爱护 (CUV)、电芯过压 (COV)、过热 (OT)、 充电过流 (OCC) 和放电过流 (OCD)、 短路放电 (SCD)。这些方面呈现轻则会减速电池进化,重大的可能导致热失控和爆炸。

零碎须要良好的测量精度来晓得电芯电压、电池包电流和电芯温度,以实现精确的爱护以及电池包充电状态 (SoC) 和电池运行状况 (SoH) 计算。同时还须要在运输模式和待机模式下,放弃更低的待机功耗,以保障长时间存储的状况下,电池不会过放电。

电池包储能零碎的设计

设计应用 BQ76952 作为电池监控器和保护器,用于监控每个电芯的电压、温度和电池包电流。

MOS管驱动器UCC27524反对5A灌电流和拉电流,可能驱动更多MOSFET 以反对更大的电池容量。五对N沟道MOSFET位于电池负极中,作为管制充电和放电过程的开关。防止出现电芯过压、电芯欠压、过热、充电和放电过流以及短路放电等状况。

设计应用低功耗MCU,MSP430FR2155反对隔离式 RS-485 通信,以传输电池包数据和接管命令,保留隔离式 CAN 收发器来测试辅助电源性能。

设计应用100V输出、0.5A、超低IQ同步降压直流/直流转换器LM5163来升高电池电压,从而为MOSFET 驱动器供电。Fly-Buck转换器TPS54308用于生成非隔离式 3.3V电源为MSU供电,隔离式5V电源为隔离式通信收发器供电。低IQ LDO TPS7A24 可使隔离式输入电压保持稳定。应用具备正温度系数和0603封装 TMP61 的 ±1%、10kΩ 线性热敏电阻通过MCU ADC来监测 MOSFET 温度。

辅助电源架构可实现非常低的功耗,运输模式 (10μA) 和待机模式 (100μA) 。

零碎框图

辅助电源的设计

为了保障在待机模式和运输模式下的低功耗,及失常工作时设施的良好热性能,须要针对辅助电源针对性做低功耗策略设计。

辅助电源架构

待机模式下降低功耗:通过EN引脚禁用LM5163,可实现TPS54308、UCC27524、UCC27517 掉电节能。BQ76952通过稳压器输入3.3V电压,为处于低功耗模式的MCU供电。在待机模式下如须要疾速放电,LM5163仍可为UCC27524和UCC27517提供12V供电,MOSFET导通以实现疾速响应放电。此时仍可通过EN引脚敞开TPS54308,敞开隔离通信性能,降低功耗。

运输模式下降低功耗:当零碎遇到重大的电芯欠压状况且必须进入运输模式时,MCU将配置BQ76952进入关断模式,并通过EN引脚禁用LM5163 输入。零碎将进入超低电流耗费模式。设计反对充电器连贯唤醒性能,连贯充电器后BQ76952会唤醒并启用失常的5V稳压器输入,MCU上电并通过EN引脚启用LM5163,整个零碎回到失常模式。

参考设计材料下载

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