求遠電子推出一種基于MP2796的ESS戶儲BMS方案

立功科技·求遠電子推出的ESS戶儲BMS方案，基于MPS的MP2796電池管理芯片設計，支持7~16節電池管理，支持主動均衡和被動均衡。

因為當前鋰電池單體的容量限制，為了滿足家庭儲能系統對容量和電壓的需求，必須將多個鋰電池單體串聯形成電池組，以增加容量和提升電壓。然而，由于鋰電池生產工藝的差異，電池單體之間往往存在性能差異，這就要求通過電路設計實現電池組的管理。

此外，鋰電池在使用過程中容易發生過充或過放現象，這就需要一個綜合管理系統來對電池的電壓、電流、溫度等關鍵參數進行實時監測、處理及數據存儲和報告。本解決方案旨在針對上述挑戰提供專業的解決策略。

方案設計

該方案采用兩片MP2796芯片作為電池采集模擬前端，每片MP2796支持7~16串電池組，可在18～75.2V的電壓范圍下工作。為滿足不同串電池包的需要，方案支持按需增加或減少MP2796芯片級聯，只需通過隔離SPI總線掛接在主控處理器上即可，方案采用的是HC32F460處理器，可以滿足對通訊接口及其他控制的需求。

根據規范要求，每片MP2796會搭配模擬開關擴展NTC采集接口數，以保證NTC采集與電池數可以達到1:1。

針對不同儲能市場的需求，我們的方案支持被動和主動兩種電池均衡方式。被動均衡在4V電池電壓下，最大電流可達121mA；主動均衡則提供boost和buck兩種模式，分別支持最大3A和1.42A的均衡電流。

數據存儲方面，方案內置了128Mbit Flash，使用FAT文件系統以文本的形式存儲電池狀態和配置信息，這樣可以不需要專用的軟件操作，方便日志讀取和分析。

通信接口包括RS-485和CAN各一路，其中可利用RS-485通過MODBUS協議實現與上位機的交互，使用戶能夠實時監控電池信息并根據具體場景設定系統參數。

此外，方案還提供了六路隔離的I/O和一個繼電器控制，以方便與其他系統或設備進行交互。

圖1 功能框圖

方案特點

數據采集和輸入

兼容18V至75.2V（7~16節電池）的廣泛電池組電壓范圍；

電壓電流采樣周期<100ms，電流誤差<0.5%，電壓誤差<10mV；

支持溫度采集探頭與電池個數1比1；

電池均衡

支持被動均衡，電池4V的情況下，最大均衡電流121mA；

主動均衡支持boost和buck兩種方式，均衡電流分別最高可達3A和1.42A；

對外控制和通信

支持RS-485和CAN各一路，接口速率最高可達到1M；

支持使用MODBUS協議進行通信，讀取電池電壓、溫度信息、設置閾值；

支持六路隔離（2出4進）的I/O和一路繼電器；

存儲

板載128Mbit Flash可供存儲數據；

保護功能

支持電池組的過壓和欠壓保護(UVP/OVP)檢測與報警。

硬件設計

硬件采用分體設計，由主控通信接口板、前端AFE采集板、主動均衡板三種PCB板組成?？梢愿鶕枨筮M行組合，實現主動均衡和被動均衡兩種方式。

1.主控通信接口板

主控通信接口板主要負責數據處理和外圍芯片控制的任務。該板的核心是一個微控制單元（MCU），負責執行方案中幾乎所有的數據處理和控制邏輯。除了基本的模擬前端（AFE）芯片控制接口，以及用于外部通信的RS-485和CAN接口外，該板還設計了六路光耦隔離的I/O接口和一路繼電器控制，確保了方案的靈活性。

此外，還預留了直連MCU引腳的接口，該接口包含六路可用于普通I/O輸入輸出的引腳，這些引腳同樣支持模擬信號的輸入采集。這樣的設計留出了充足的擴展空間，為后續的開發和使用提供了極大的便利。

圖2主控通信接口板

2.前端AFE采集板

前端AFE采集板以MP2796芯片為核心，主要負責執行對電池的電壓和溫度等信息的采集任務，以及實現電池組的被動均衡。MP2796通過SPI總線與MCU通信。此外，它還配備了一個平衡開關的輸出端。該輸出端由主控通信接口板上的MCU控制MP2796芯片來實現控制，旨在為主動均衡板提供均衡控制信號，從而實現電池管理方案中的主動均衡功能。

圖3前端AFE采集板

3. 主動均衡板

主動均衡板主要由多個主動均衡芯片MP2641組成。該板不具有對電池信息采集的能力，主要作用是接收AFE芯片和MCU的控制信號，實現電池之間的能量轉移。

圖4主動均衡板

4. 連接示意圖

可以根據不同需求將多塊PCB進行連接組合，實現不同的效果。

如果需要實現被動均衡，需要將電池組直接連接到前端AFE采集板的電池輸入端，然后連接對應的NTC電阻，最后將MCU的控制信號與前端AFE采集板相連接即可。

圖5被動均衡套件示意圖

如果需要實現主動均衡，連接方式與被動均衡差異不大，不同的是需要將主動均衡板串聯到電池組和前端AFE采集板之間，同時將前端AFE采集板上的平衡開關輸出和主控通信接口板上的主動均衡控制輸出連接到主動均衡板對應接口即可。

圖6主動均衡套件示意圖

上位機說明

上位機負責提供電池信息數據的可視化和管理系統相關參數的設置。軟件通過表格形式能夠一次性顯示16個電池的信息，數據一覽無余，同時保持界面的清晰和簡潔設計。此外，軟件支持自定義串口端口設置，并允許多實例運行，這意味著用戶可以通過單一電腦同時連接多個獨立的下位機，無需擔心端口沖突問題。

圖7 上位機軟件界面圖

上位機特點

支持多實例運行，可以一臺電腦控制多個下位機；

可實時觀測到電池的電壓、溫度，電池組電壓的數值（自動刷新率周期500ms，手動刷新取決于手速）；

可以實時觀測到電池電壓的異常狀況，比如：電池欠壓、超壓、電池不匹配，會以紅字特別提醒，一目了然；

在選擇手動均衡模式下，可直接在表格上選擇要開啟的開關，如同操作excel一樣便利；

可動態設置電池保護閾值，實時修改，實時生效，實時更新。

審核編輯：劉清