ESS-HVBMS 架构及方案介绍

前言

        之前大肥雪的博文已经给大家介绍了 NXP 800V HVBMS 参考设计及 MC33774 AFE ，大家可以参考此链接：https://www.wpgdadatong.com.cn/blog/detail/73362，那么今天我就来给大家介绍下 HVBMS 的架构及 WPI 做的 HVBMS 方案。

ESS-HVBMS 架构

        在 ESS 储能系统中，HVBMS 一般会采用两级或三级架构，从而实现从电池模组到电池簇，再到电池堆的分级管理和控制。HVBMS 架构如下图所示。

        第一级为电池模组，其上会用到 CMU（Cell Monitoring Unit），即电芯检测单元，也有厂商会称为 CSC（Cell Supervision Circuit），这一级主要负责监测电池模组中单体电池的电压、电池模组温度以及通过均衡功能保持电池的一致性。信息采集经通信链路与第二级进行通信，通常采用 CAN 或者菊花链的通信方式。

        第二级为电池簇，其上会用到 SBMU（Slave Battery Management Unit），即为从电池管理单元，也有厂商会称为 BCU（Battery Cluster Management Unit），这一级主要是实现电池簇电压、电流、绝缘信息的采集、电池模组保护用接触器的控制、对第一级 CMU 信息的采集、实现电池状态（SoX）估算分析等。信息采集后经通信链路与第三级进行通信，通常采用 CAN 或者 Ethernet 的通信方式。

        第三级为电池堆，其上会用到 MBMU（Master Battery Management Unit），即为主电池管理单元，也有厂商会称为 BSU（Battery Stack Management Unit）。这一级的主要功能是采集第二级 SBMU 传输的信息，对信息进行存储、显示等、具备实时告警功能、具备总断路器的控制和触点反馈功能、具备与 PCS、EMS 和就地监控的实时通信功能。另外，MBMU 也实现对空调、消防等动环设备信息的透传和控制功能。MBMU 与 EMS 通常采用 Ethernet 进行通信，与 PCS 通常采用 Ethernet、RS-485 或 CAN 进行通信。

ESS-HVBMS 方案

        目前 WPI 基于 CAN BUS 通信方式，构建了 HVBMS 两级架构，其中包含 BMU 和 CMU 两个层级。其中 BJB 功能被包含在 BMU 中，BJB（Battery Junction Box）为电池接线盒，负责对电池模组总电流的检测、充放电接口等高压检测以及绝缘检测等。


        以下为 BMU 方案规格：

• 通过 NXP MC33772C 实现 BJB 功能，可支持 8 个高压点检测；
• 通过2 个 NXP MC33XS2410EL 高边驱动，可输出 8 路负载；
• 通过 NXP TJA1043 可实现与 MBMU、CMU 进行 CAN 通信；
• 通过 NXP PCF85063A 可实现实时时钟计时；
• 通过 Novosense NCA3485 可实现 RS-485 通信；
• 通过 Novosense NSPAS1 压力传感器可实现电池鼓包检测；

        从而 BMU 实现电压、电流监测、电量估计、故障诊断、充放电控制、安全保护功能。

        下图为 CMU 的方案框图。

       
        以下为 CMU 的方案规格：

• 可实现与 BMU 进行 CAN 通信；
• 通过 Novosense NSI8241C 可实现 MCU 与 AFE 进行隔离 SPI 通信；
• 单颗 NXP MC33774 AFE 支持 4~18 串电池检测，方案最多支持监测 54 串电池状态；
• 支持单体电池过压、欠压检测，阈值可设，测量误差小于 2mV，支持 ASIL D；
• 支持 4 路电池高、低温检测，阈值可设；
• 电池电压采样周期 50ms 以内，温度采样周期 500ms 以内；
• 最大支持 300mA 的均衡电流，平均均衡电流 150mA；
• 方案外挂 512Kb onsemi CAT24C512 EEPROM；
• 深度休眠模式下功耗低至 100uA；

        以上就是 ESS-HVBMS 架构及方案介绍，后续我会向大家介绍 WPI 在 ESS 应用上有代理的相关产品及方案~欢迎大家多多关注！

参考资料

        【1】NXP 400V/800V 可切换式 HVBMS 架构介绍：https://www.wpgdadatong.com.cn/blog/detail/72919

        【2】NXP HVBMS Reference Design Helps Developers Get Ahead of the Curve - White Paper - HVBMSRDWP.pdf, NXP Semiconductor;

        【3】NXP 800V HVBMS 参考设计及 MC33774 AFE 介绍：https://www.wpgdadatong.com.cn/blog/detail/73362