求远电子推出一种基于MP2796的ESS户储BMS方案

立功科技·求远电子推出的ESS户储BMS方案，基于MPS的MP2796电池管理芯片设计，支持7~16节电池管理，支持主动均衡和被动均衡。

因为当前锂电池单体的容量限制，为了满足家庭储能系统对容量和电压的需求，必须将多个锂电池单体串联形成电池组，以增加容量和提升电压。然而，由于锂电池生产工艺的差异，电池单体之间往往存在性能差异，这就要求通过电路设计实现电池组的管理。

此外，锂电池在使用过程中容易发生过充或过放现象，这就需要一个综合管理系统来对电池的电压、电流、温度等关键参数进行实时监测、处理及数据存储和报告。本解决方案旨在针对上述挑战提供专业的解决策略。

方案设计

该方案采用两片MP2796芯片作为电池采集模拟前端，每片MP2796支持7~16串电池组，可在18～75.2V的电压范围下工作。为满足不同串电池包的需要，方案支持按需增加或减少MP2796芯片级联，只需通过隔离SPI总线挂接在主控处理器上即可，方案采用的是HC32F460处理器，可以满足对通讯接口及其他控制的需求。

根据规范要求，每片MP2796会搭配模拟开关扩展NTC采集接口数，以保证NTC采集与电池数可以达到1:1。

针对不同储能市场的需求，我们的方案支持被动和主动两种电池均衡方式。被动均衡在4V电池电压下，最大电流可达121mA；主动均衡则提供boost和buck两种模式，分别支持最大3A和1.42A的均衡电流。

数据存储方面，方案内置了128Mbit Flash，使用FAT文件系统以文本的形式存储电池状态和配置信息，这样可以不需要专用的软件操作，方便日志读取和分析。

通信接口包括RS-485和CAN各一路，其中可利用RS-485通过MODBUS协议实现与上位机的交互，使用户能够实时监控电池信息并根据具体场景设定系统参数。

此外，方案还提供了六路隔离的I/O和一个继电器控制，以方便与其他系统或设备进行交互。

图1  功能框图    

方案特点

数据采集和输入

兼容18V至75.2V（7~16节电池）的广泛电池组电压范围；

电压电流采样周期<100ms，电流误差<0.5%，电压误差<10mV；

支持温度采集探头与电池个数1比1；

电池均衡

支持被动均衡，电池4V的情况下，最大均衡电流121mA；

主动均衡支持boost和buck两种方式，均衡电流分别最高可达3A和1.42A；

对外控制和通信

支持RS-485和CAN各一路，接口速率最高可达到1M；

支持使用MODBUS协议进行通信，读取电池电压、温度信息、设置阈值；

支持六路隔离（2出4进）的I/O和一路继电器；

存储

板载128Mbit Flash可供存储数据；

保护功能

支持电池组的过压和欠压保护(UVP/OVP)检测与报警。

硬件设计

硬件采用分体设计，由主控通信接口板、前端AFE采集板、主动均衡板三种PCB板组成。可以根据需求进行组合，实现主动均衡和被动均衡两种方式。

1. 主控通信接口板

主控通信接口板主要负责数据处理和外围芯片控制的任务。该板的核心是一个微控制单元（MCU），负责执行方案中几乎所有的数据处理和控制逻辑。除了基本的模拟前端（AFE）芯片控制接口，以及用于外部通信的RS-485和CAN接口外，该板还设计了六路光耦隔离的I/O接口和一路继电器控制，确保了方案的灵活性。

此外，还预留了直连MCU引脚的接口，该接口包含六路可用于普通I/O输入输出的引脚，这些引脚同样支持模拟信号的输入采集。这样的设计留出了充足的扩展空间，为后续的开发和使用提供了极大的便利。

 图2  主控通信接口板  

2. 前端AFE采集板

前端AFE采集板以MP2796芯片为核心，主要负责执行对电池的电压和温度等信息的采集任务，以及实现电池组的被动均衡。MP2796通过SPI总线与MCU通信。此外，它还配备了一个平衡开关的输出端。该输出端由主控通信接口板上的MCU控制MP2796芯片来实现控制，旨在为主动均衡板提供均衡控制信号，从而实现电池管理方案中的主动均衡功能。

图3  前端AFE采集板  

3. 主动均衡板

主动均衡板主要由多个主动均衡芯片MP2641组成。该板不具有对电池信息采集的能力，主要作用是接收AFE芯片和MCU的控制信号，实现电池之间的能量转移。

图4  主动均衡板

4. 连接示意图

可以根据不同需求将多块PCB进行连接组合，实现不同的效果。

如果需要实现被动均衡，需要将电池组直接连接到前端AFE采集板的电池输入端，然后连接对应的NTC电阻，最后将MCU的控制信号与前端AFE采集板相连接即可。

图5  被动均衡套件示意图  

如果需要实现主动均衡，连接方式与被动均衡差异不大，不同的是需要将主动均衡板串联到电池组和前端AFE采集板之间，同时将前端AFE采集板上的平衡开关输出和主控通信接口板上的主动均衡控制输出连接到主动均衡板对应接口即可。

图6  主动均衡套件示意图

上位机说明

上位机负责提供电池信息数据的可视化和管理系统相关参数的设置。软件通过表格形式能够一次性显示16个电池的信息，数据一览无余，同时保持界面的清晰和简洁设计。此外，软件支持自定义串口端口设置，并允许多实例运行，这意味着用户可以通过单一电脑同时连接多个独立的下位机，无需担心端口冲突问题。

图7  上位机软件界面图

上位机特点

支持多实例运行，可以一台电脑控制多个下位机；

可实时观测到电池的电压、温度，电池组电压的数值（自动刷新率周期500ms，手动刷新取决于手速）；

可以实时观测到电池电压的异常状况，比如：电池欠压、超压、电池不匹配，会以红字特别提醒，一目了然；

在选择手动均衡模式下，可直接在表格上选择要开启的开关，如同操作excel一样便利；

可动态设置电池保护阈值，实时修改，实时生效，实时更新。

审核编辑：刘清