便携式储能电源的技术要点及应用方案

【导读】便携储能设备采用内置高能量密度的锂离子电池来提供稳定交、直流电输出的电源系统。被视为“大型户外充电宝”，带电量通常为0.2-2kWh，同时具有更大的输出功率 100-2200W，配有 AC、DC、Type-C、USB、PD等多种接口，可匹配市场上主流电子设备。中国是全球便携储能设备第一大生产国，占据了90%以上的生产量。据统计，2023年上半年，市占率前五的厂商中四家来自中国，排名为：正浩创新（35%），华宝新能（8%），德兰明海（8%），Goal Zero（5%），安克创新（3%）。随着户外运动、应急市场的普及和技术的进步，预计将迎来更加广阔的发展前景。

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技术要点

1.电池管理系统(BMS)技术

BMS技术是便携式储能电源模组的关键技术之一。BMS需要实时监测电池组的电压电流、温度等参数，并根据监测结果进行电池均衡和保护控制。BMS还需要具备故障诊断和故障处理能力，以确保电池组的安全运行。

2.DC-DC变换器技术

DC-DC变换器技术是便携式储能电源模组的核心技术之一。DC-DC变换器需要实现高效率、快速响应和稳定输出等要求。常用的DC-DC变换器拓扑结构包括升压、降压和升降压等，根据具体的应用场景和需求选择合适的拓扑结构。

3.控制电路技术

控制电路技术是便携式储能电源模组的智能控制技术。控制电路需要实现电池状态显示、电池充放电控制、输出电压调节和保护等功能。控制电路还需要与 BMS 和DC-DC 变换器进行通信，实现对整个系统的精确控制。

方案一：基于极海APM32F030系列MCU的户外电源应用方案

极海户外电源应用方案采用了三颗APM32F030系列MCU芯片，协同实现对方案显示面板及功率板的驱动控制，并配置了多种保护功能及智能LCD屏显交互功能，支持多种接口连接，可提供安全稳定的充放电性能。

极海APM32F030户外电源应用方案介绍

● 采用隔离型DC-DC升压电路纯正弦波输出，采用推挽谐振变换结构；

● 推挽级无漏感吸收回路额定500W功率；

● 支持DC 21V~27±0.5V充电、以及高达300W输入功率的PV太阳能板充电，可实现更长的户外续航时间；

● 输出电压：220VAC±1%，额定输出电流：2.5A，输出频率：50Hz±0.1Hz；

● 配置智能LCD屏显，可以显示实时工作状态，并配合实现异常报警；

● 具备3个USB-A充电接口，其中12V的输出接口，支持12V车载充电；

● 具备开机软启动输出逆变保护，直流母线电压过压和欠压保护，输出过载保护，输出过流保护，PCB过温保护，IGBT过温保护以及输出短路保护等功能。

极海APM32F030户外电源方案框图

极海APM32F030芯片介绍

● 极海APM32F030系列工业级基础热门型MCU，采用Arm® Cortex®-M0+内核，工作主频48MHz；

● 内置2路PWM输出的定时器连接驱动电路和功率管实现推挽谐振输出控制；

● 16路12-bitADC，可实现电池电压和电流实时采样需求，配合外部运放，可获得更稳定的电流环控制及母线电压欠压/过压/过流/过载等保护功能；

● 集成SPI/I2C/USART等外设接口，可实现与多种外部器件的通讯要求，满足更广泛的设计应用需求。

● 适用于-40~+105摄氏度的工业应用环境。

方案二：先楫HPM5361便携式储能MPPT板方案

在光伏系统中，根据光伏系统是否接入电网，可以分为离网型光伏系统和并网型光伏系统。MPPT控制器作为系统的前端部分，对光伏电池转换的电能进行预处理，提升能量的利用率，并使用电池作为储能设备，将多余的电能储存起来。本方案以先楫HPM5361为核心，实现电压电流ADC采集和PWM检测，内置过流保护功能。

方案特色

● 配有高精度PWM用于IGBT驱动

● 16bADC实现输入输出电压精准采样

● 内置过流保护功能

● 双AC适配器在2-25小时内快速充电

● 灵活的5种充电方式

MCU特点

● 主频480MHz，288KRAM，1MFlash

● 16bADC,DAC,ACMP,OPAMP

● 支持各类位置传感器磁感应和旋转变压器包括光电式、磁感应和旋转变压器

● 灵活的编码器输入输出，硬解码，兼容总线型、”模拟类和脉冲型

● 运动控制协处理器

● PLB可编程逻辑单元

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