关于物联网:参考设计16芯串联电池包储能系统

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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。

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