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图1 直流配电系统储能装备电路原理
图2 储能电池系统BMS硬件部分
双向DC/DC限流充电模块直接挂载在48V直流母线上,参数为为:DC500W(48V/10.4A),可根据锂电池电压动态调整充电电压、电流。DC/DC充电模块为两段充电的形式,当电池组端电压低于47.5V时为大电流充电,电池电压高于47.5V时,采用涓流充电,电流逐渐减少到0,同时电池端电压逐渐增加到48V。
2.2 BMS弱电部分
弱电部分是BMS的核心部分,与强电部分和电池组相连,由电池组供电。如图2所示,BMS弱电部分由主控芯片模块、电池管理芯片模块、RS485/RS422串口通信模块,电池均衡模块以及外围电路等组成,用于采集锂电池组电压、温度,电池充电均衡、实时监控锂电池的工作状态并反馈给上位机。考虑到硬件的广泛兼容性需求,BMS弱电部分设计为6~16串的18650电池进行通用管理。
如图3所示,温度探头在电池包中设置在电池PACK内的五个温度敏感位置,分别为通信口,充放电口,箱体正中,弱电部分芯片板,强电部分控制板处,以充分了解电池PACK的各个敏感位置的温度状态。
图3 温度传感器位置
均衡模块硬件部分采用的是被动均衡模式(有损均衡),电路简单,成本较低。在电池堆上并联一个由分流电阻和开关MOS管组成的均衡模块;均衡模块的软件部分由主控芯片控制,电源管理芯片执行。当采集到电池的最高电压Vmax和最低电压Vmin满足。
由电池管理芯片将最高电压的电池堆上并联的MOS管栅极导通,电流经过分流电阻,起到均衡的作用。均衡电流应合理选择,均衡电流过小则效果不明显,均衡电流过大则系统的能量损耗大,导致均衡效率低。此处设计均衡电流Iblc为50~100mA;设计电池最高电压Vmax为4.3V,最低电压Vmin为2.8V,在充电时均衡开启,分流电阻Rsnt将成为电池的旁路负载,因此有:
因此有:
按照元件规格选取分流电阻为47Ω。
串口通信模块同时支持RS485与RS422两种通信模式,用于将电池状态数据传输给上位机。对于以上两种通讯方式分别选取MAXIM 485/488芯片,均采用半双工的工作模式。电路中采用NEC R2561光耦进行光电隔离,增强通信模块的抗干扰能力,通信模块与主控芯片系统不共地,有效抑制高共模电压的产生,降低芯片损坏率,从而提高系统的稳定性。
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