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、工业和电网 BESS 包含多个电池架，每个电池架的电池组中包含多个电池包。住宅 BESS 包含一个电池架。

电池架是组成 BESS 的集成模块。电池架由并联的电池包组成。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，因此必须在电池架级别监测并保护电池电芯。

电池控制单元 (BCU) 是一种设计为安装在电池架中以管理电池架或单个电池包电能的控制器。BCU 执行以下任务：

• 与电池系统管理单元 (BSMU)、电池电源转换系统 (PCS)、高压监测单元 (HMU) 和电池监测单元 (BMU) 进行通信
• 估计电池包 或电池架 充电状态 (SOC) 和健康状态 (SOH)
• 电池组均衡、热管理、电源（继电器）开/关
• 限制充电和放电电流
• 给其他系统供电

HMU 是一个控制器，设计为安装在电池架中，用于监测电池架和单个电池包的状态，包括电池架电压、电流、单次或累积充放电、循环时间和绝缘。BCU 与 HMU 配合使用，可在电池架上实现全面的保护和能源管理功能。BMU 是一个控制器，设计安装在电池包中，用于在整个生命周期内监测每个电池电芯的电压和温度。

HMU 和 BMU 收集的信息传输到 BCU 以进行安全和能源管理。BMU 与 BCU 或 HMU 与 BCU 之间还需要稳健且快速的通信。CAN 传统上广泛用于实现通信的稳健性。CAN 结构控制器需要一个 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。电池包侧隔离式接口和 MCU 的高效功耗管理对于 CAN 至关重要。

菊花链是取代 CAN 的可选方案。与 CAN 接口相比，BMU、HMU 和 BCU 中只需要几个变压器。因此，菊花链在成本上优于 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。绝缘要求也会增加成本。在 BMU、HMU 和 BCU 通信接口之间使用增强型绝缘会增加数字隔离器和隔离式电源模块的成本。

BCU 需要将 SOC、SOH 和电池架状态传输到 PCS 和 BSMU，以运行整个储能系统。CAN、RS-485 和以太网广泛用于通信接口。

BCU 会根据 SOC、SOH 和电池架状态（如电池架电流、电压、温度和绝缘状态）接通 或断开 继电器，以确保电池架安全。SOC 和 SOH 是根据电池包和电池架的准确信息估算的。

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。该设计使用连接到 TMDSCNCD263（AM263x 通用 controlCARD 开发套件基于 Arm® 的 MCU）的连接器接口来测试所有功能。采用外部看门狗 TPS3823 来确保 MCU 可靠运行。该设计包含一个 TPS4H160 和两个 ULN2803 器件，用于接通 或断开 继电器线圈的电源，并对继电器线圈进行全面诊断和高精度电流检测。该设计包含三个 ISO1042 器件、一个 ISO1410 器件、一个 DP83826E 器件和两个用于通信接口的 BQ79600 器件。UCC12050 和 SN6505 器件用于隔离式电源。该设计还连接实时时钟 BQ32002 来记录数据，并连接湿度传感器 HDC3020 来监测电池架或电池包的冷凝状态。