基於 LPC5516 + MC33665 + MC33774 的 HVBMS 方案介紹

        儲能是電力體系重要構成部分。儲能主要是指能量的存儲，主要作用是將電能以各種形態存儲起來，在需要時釋放出來，實現時間維度上能源轉移。

        按照能量儲存方式，儲能可分為物理儲能、化學儲能、電磁儲能三類，其中物理儲能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等，化學儲能主要包括鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池等，電磁儲能主要包括超級電容器儲能、超導儲能。

        隨著新能源技術的發展，電池儲能也作為家庭儲能和工商業儲能的首選，但是電池由於其嚴格的充放電參數要求使其作為儲能應用必須增加電池管理系統，HVBMS 則為高壓電池管理系統，可對電池進行過充過放保護、過載保護、過流保護、短路保護以及電池故障保護，可以為核心儲能元件提供全方位的保護，使用起來更加安心。

        在 ESS 儲能系統中，HVBMS 一般會採用兩級或三級架構，從而實現從電池模組到電池簇，再到電池堆的分級管理和控制。HVBMS 架構如下圖所示。

        現世平集團推出基於 LPC5516 + MC33665 + MC33774 的 HVBMS 方案，基於 CAN-BUS 通信方式，構建了 HVBMS 兩級架構，其中包含 BMU 和 CMU 兩個層級。

        BMU 即為電池管理單元，它主要負責數據處理判斷和信息交互。CMU 即為電芯監測單元。BMU 接收、分析和處理其他單元 CMU，包括電壓值、溫度值等，為電池管理提供決策依據。同時，BMU 還負責與其他系統進行信息交互，如控制系統、充電系統等，實現電池的智能化管理。利用多個 CMU 可構建 400V~1500V 的高壓系統。

BMU 板介紹

        BMU 板是基於 NXP LPC5516 和 MC33665 設計，MCU 是 LPC5516 系列晶片，具有 96KB SRAM 和 256KB Flash，MC33665 網關則通過標準通信協議轉發來自不同 TPL（NXP 隔離菊花鏈協議）埠消息。同時板上搭載 CAN 收發器、RS-485 收發器、高邊驅動器、壓力傳感器等外設，提供板間通信、高邊驅動能力和壓力檢測。

        BMU 板的基本參數如下：

• 1 路 CAN 接口，默認 500Kbps
• 支持 TPL2、TPL3 菊花鏈通信協議
• 4 路 TPL 接口，最大傳輸速率 2Mbit/s
• 支持 2 個菊花鏈迴環，單個菊花鏈迴環支持最大 63 個節點
• DC/DC 24V輸入，輸出電流可達2A
• 8 路高邊輸出 24V@1.8A

CMU 板介紹

        CMU 板是基於NXP S32K118 和 MC33774 設計，MCU 採用 NXP FS32K118LAT0MLFT，該晶片為 Cortex M0+ 內核，主頻為48MHz，具有 25KB SRAM 和 256KB Flash，MC33774 是一款電池監測和保護晶片，具體型號為 MC33774ASP1AE，支持監測 4 ~ 18 串電池，最大供電電壓可達 90V，通過 ADC 監測電池電壓和溫度，測量範圍為 -3V~5V。-40℃~125℃ 條件下最大支持 360mA 的均衡電流，平均均衡電流 180mA；-40℃~150℃ 條件下最大支持 300mA 的均衡電流，平均均衡電流為 150mA。

        CMU 板的基本參數如下：

• 支持 CAN-BUS 架構，CAN-FD 速率高達 5Mbit/s
• 電池電壓檢測精度可達 ±0.8mV，考慮 PCB 差異誤差可在 ±2mV 範圍內
• 單顆 MC33774 深度睡眠功耗低至 15uA
• 最大支持 360mA 的均衡電流，平均均衡電流 180mA
• 支持 MCU 與 AFE 進行隔離 SPI 通信
• 擁有 I2C 主設備接口，可以控制片外 EEPROM 等從設備

        BMU 通過 J-Link 可實現與 PC 上位機 -- FreeMaster 相連，FreeMaster 可以顯示當前電池包的具體信息如電芯單體電壓、電池串電壓、均衡電壓、溫度、狀態信息等，也可以生成動態充放電曲線，可方便客戶快速進行評估測試。

 

方案鏈接

• 基於 NXP LPC5516 和 MC33665 的工業 BMU 方案：https://www.wpgdadatong.com/solution/detail/74396
• 基於 NXP S32K118 和 MC33774 的 ESS HVBMS CMU 方案：https://www.wpgdadatong.com/solution/detail/74594