1 系统说明

目前，电池储能系统 (BESS) 在住宅、商业和工业、电网储能和管理领域发挥着重要作用。BESS 具有多种高压系统结构。商业和工业以及电网 BESS 包含多个机架，每个机架都包含多个堆叠的电池包。住宅 BESS 仅包含电池包。

电池包 是构成 BESS 的基本模块。电池包 由串联和并联的电池电芯组成。电芯通道数量从 12 到 64 不等。由于电池电芯需要适当的工作和贮存温度、电压范围和电流范围，以确保生命周期和安全，因此设计人员必须监测并保护电池包级别中的电池电芯。

电池管理单元 (BMU) 是一种控制器，用于在整个生命周期内监控电池包 中每个电池电芯的电压和温度。BMU 需要具备高测量精度来进行电压和温度监测。BMU 收集的信息将传输到机架级控制器电池控制单元 (BCU)，以进行安全和充电管理。BMU 和 BCU 之间还需要稳健且快速的通信。

出于安全、法规和成本方面的考虑，需要在 BESS 中使用磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池的充电或放电曲线在大约 85% 至 100% 的充电状态 (SOC) 范围内保持相当高的线性，但曲线在大约 10% 至大约 85% 的 SOC 范围内会突然发生斜率变化。在选择 BESS 设计中可接受的电压精度时，这一点非常重要。大多数情况下，测量精度需要为 3mV 至 5mV，以计算高 SOC 精度和宽放电深度 (DOD)。

对于通信接口，传统上广泛使用控制器局域网 (CAN) 来确保通信的稳健性。CAN 结构控制器需要一个微控制器单元 (MCU)、一个数字隔离器和一个隔离式电源模块来运行 CAN 通信功能。

菊花链可以替代 CAN 设计。与 CAN 接口相比，BMU 中只需要几个变压器。因此，菊花链设计在成本上优于 CAN，尤其是在大容量电池包应用中，因为在由许多 BMU 节点和 CAN 接口器件组成的大容量 BESS 中，成本是 CAN 结构的一个问题。绝缘要求还会提高成本，因为 BMU 和 BCU 通信接口之间所需的增强型绝缘要求采用数字隔离器和隔离式电源模块。

该设计侧重于大容量电池包应用和适用于住宅、商业和工业、电网 BESS 等领域的应用。该设计使用两个 BQ79616 器件（电池监测器、平衡器和集成硬件保护器）来监测每个电芯的电压和 32 芯电池包的温度，并在电芯过压、电芯欠压和过热等情况下保护电池包。该设计包含四个具有 8:1 GPIO 扩展比的 TMUX1308 器件（用于测量多达 32 个电芯的温度）和一个用于串行外设接口 (SPI) 扩展的 TMUX1574 器件，以在外部电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM) 中恢复电池包信息。该设计使用内部电芯均衡 (CB) 来获得每个电芯通道 100mA 的均衡电流，并保留一个外部 CB 电路，以处理潜在的更大均衡电流。

两个 BQ79616 器件之间的板载通信采用电容隔离式菊花链。BMU 和 BMU 或 BCU 之间的非板载通信采用变压器隔离式菊花链。该设计还为可用于 CAN 结构的非板载 MCU 保留了一个隔离式 UART 接口。