分析世平基于晶丰明源 MCU 和 AFE 的便携式储能 48V BMS 应用方案

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大联大世平集团针对便携式储能的电池保护系统，推出基于晶丰明源(BPS)的MCULKS32MC453和AFEBM81710H的48V高边BMS方案。NMOS采用芯迈(SiliconMagic)的SDN10N3P5B-AA。PMOS采用华润微（Crmicro）的CRTM900P10LQ。方案还配备一个纳芯微的气体压力传感器NSPGS2。此方案具有电芯电压采集、电流采集、温度采集、被动均衡、充放电控制、高边开关、充放电同口等功能特点，支持：过压欠压保护、高低温保护、断路保护、过流保护等保护机制。

二、硬件说明


主控

BPS的LKS32MC453MCU，192MHz32位CortexM4F内核，具有丰富的DSP指令，硬件浮点运算单元。内置高达256KB的Flash存储器，支持加密保护，比较大40KB的SRAM。集成了高性能模拟器件、多种IO端口和丰富的外设。内置12MHz高精度RC时钟和低速32kHz低速时钟，可外挂12~24MHz外部晶振，内部PLL可提供比较高192MHz主频。


256KBFlash，40KBSRAMB。
包含3路14BitSARADC，2Msps采样及转换速率。
包含2路12bitDAC数模转换器。
3个通用16位Timer、2个通用32位Timer、1个24bitsystick定时器。
2个I2C接口、2个SPI接口、1路CAN接口和3路UART接口
1路单独DMA引擎,共8个通道,支持8、16、32bit传输
ADC自检模块，支持开路短路检查
1个CRC模块


AFE-BM81710H

BM81710H是一款高集成高精度锂电池监控及全方位的安全保护芯片，且具有高边NMOS充放电管道驱动控制，适用于10-17串元锂或磷酸铁锂等多种电池包应用。主要有以下功能特点：


支持10~17串电池；
输入电压：5V~95V；
电池电压采集ADC：14-bit16-bitΔΣ，精度：±5mV@2~425V25℃；
4路温度检测ADC：14-bit16-bitΔΣ，精度：±1℃@-40℃~85℃；
母线电流采集ADC：16-bitΔΣ，精度：±20uV@±5mV25℃，±50uV@±200mV25℃，±150uV@±200mV(-40℃~85℃)；
带库仑计，精度：±5%uVh，范围：±291271uVh；
支持充电、放电的高边NMOS管道控制；
支持预充电、预放电的高边PMOS管道控制；
通过400kHzI2C总线与MCU通讯，CRC-8校验；
支持过流保护、过压欠压保护、短路保护、高低温度保护；
支持断线检测、负载和充电器接入检测；
支持0V禁充保护；
支持被动的硬件自主控制均衡和软件控制均衡；
支持外部ECTRL管道脚控制放电管道；
支持电子锁；
耗电参数：130uA@fullpowermode25℃，
60uA@Normalsleepmode25℃，
10uA@deepsleepmode25℃，1uA@shuntdownmode25℃；
工作环境温度：-40~125℃
封装：LQFP-48。


N-MOSFET

充放电开关控制部分，方案的开关管道N-MOSFET采用芯迈的SDN10N3P5B-AA来做充电、放电控制开关。该MOS管道的漏源电压（VDS）能够达到100V，其连续漏电流（ID）可达120A@25℃，113A@100℃。当VGS=10V时，RDS(on)的比较大值为35mΩ。体二极管道正向压降为09V左右。


P-MOSFET

预充放电开关控制部分，方案的开关管道P-MOSFET采用华润微的CRTM900P10LQ来做预充电、预放电控制开关。该MOS管道的漏源电压（VDS）能够达到-100V，其连续漏电流（ID）可达-17A@25℃，-12A@100℃。当VGS=10V时，RDS(on)的典型值为74mΩ。体二极管道正向压降为09V左右。


DC-DC

DC-DC部分，方案采用杰华特的JWH40F来对BAT+的电压进行降压处理，使DC-DC输出6V。JWH40F的特点如下：


工作输入范围为6V至100V。
拥有6A输出电流，且内部具备软启动功能。
可调节开关频率。
在轻载下的强制连续导通模式（FCCM）。
支持短路保护。
支持高温保护。
封装：DFN4X-4-8。


LDO

LDO部分，方案采用杰华特的JW7806来对DC-DC的输出电压进行再一步的降压处理使LDO输出33V。JW7806的特点如下：


输入电压范围：2V-55V。
输出电压范围：2V-45V。
输出电压精度：±2%。
输出电流：300mA。
低压差：120mV（典型值）。
电源抑制比（PSRR）：82dB@1kHz。
需噪声旁路电容器。
低输出电压噪声：12uVRMS。
限流保护。
过温保护。
工作温度范围：-40℃-125℃。
封装：SOT23-5。


NSPGS2

压力检测部分，方案采用纳芯微的NSPGS2,NSPGS2系列用于操作压力范围为-100kPa至350kPa，其特点如下：


0°C至60°C范围内于±15%（模拟）。
-40°C至70°C范围内于±25%（模拟）。
0°C至60°C范围内于±1%（数字）。
-40°C至70°C范围内于±2%（数字）。
温度范围：-40°C~70°C。
比率绝对模拟输出。
24位I2C。
带空气喷嘴的SOP封装，易于组装。

、方案原理图

1MCU

2压力检测

3BM81710H

4电源



5充放电控制

6均衡电路

PCBLayout：TOPLayer：

BOTTOMLayer：



四、软件说明

PES-BMS方案的软件架构如下图所示，包含驱动层、中间层和应用层。

驱动层：是MCU的底层驱动，直接与硬件交互，控制和管道理MCU的硬件资源。主要负责初始化、配置和管道理硬件资源。PES-BMS方案涉及到的外设包括：GPIO、SPI、UART、TIMER、ADC、FLASH、IWDG、AON等。

中间层：在MCU软件架构中扮演着重要的角色，它为上层应用提供必要的服务和功能接口，处理应用程序与硬件之间的通信‌。同时隔离系统软件与底层硬件的直接交互，从而简化了硬件的复杂性‌。包括AFE和BM81710H驱动、TIMER中断处理、Flash的存取、LED的开关、与PD面板通讯相关的串口处理等等。

应用层：包括对AFE的管道理和控制、充放电控制、电池异常状态的处理、SOCSOH、用户界面（PDPanel）相关通讯协议、低功耗管道理等等，确保系统与PES-BMS应用相关的功能正常运行。





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?场景应用图?展示板照片?方案方块图?核心技术势1MCU：
主频192MHz，32位CortexM4F内核，具有丰富的DSP指令，硬件浮点运算单元。内置高达256KB的Flash存储器，支持加密保护，比较大40KB的SRAM。
2AFE:
1)电池电压采集ADC：14-bit16-bitΔΣ，精度：±5mV@2~425V25℃；
2)4路温度检测ADC：14-bit16-bitΔΣ，精度：±1℃@-40℃~85℃；
3)母线电流采集ADC：16-bitΔΣ，精度：±20uV@±5mV25℃，±50uV@±200mV25℃，±150uV@±200mV(-40℃~85℃)；
4)带库仑计，精度：±05%uVh，范围：±291271uVh；
5)耗电参数：130uA@fullpowermode25℃，60uA@Normalsleepmode25℃，10uA@deepsleepmode25℃，1uA@shuntdownmode25℃。
3高边开关。
4支持过流保护、过压欠压保护、短路保护、高低温度保护。
5支持断线检测、负载和充电器接入检测。
6支持0V禁充保护。
7支持被动控制均衡。
8支持外部ECTRL管道脚控制放电管道。
9支持电子锁。
10支持SOC、SOH。
?方案规格1支持10~17串元锂电池、磷酸铁锂电池。
2输入电压：85V~95V。
3持续充放电电流可达到84A。
4高边开关：支持充电、放电的高边NMOS开关和预充电、预放电的高边PMOS开关。
5支持过流保护、过压欠压保护、短路保护、高低温度保护。
6支持断线检测、负载和充电器接入检测。
7支持0V禁充保护。
8支持被动控制均衡。
9支持外部ECTRL管道脚控制放电管道。
10支持电子锁。
11支持SOC、SOH。
12充放电同口。
13支持串口通讯。
14支持外部按键开启关闭输出，并且通过LED灯指示输出状态。
15支持外部按键复位重启。
开发板尺寸:125*87mm。