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        淺析鋰電池保護板(BMS)系統設計思路(一)
        2017-05-11 14:28:19 瀏覽次數:3240

        淺析鋰電池保護板(BMS)系統設計思路(一)
        什么是BMS?
        首先必須弄懂一個定義,什么是BMS?

        BMS其實就是BATTERY MANAGEMENT SYSTEM的縮寫,中文名字叫電池管理系統,顧名思義,是專門用來進行鋰電池運行管理的模塊,對象是鋰電池。

        對于一般的終端用戶而言,鋰電池保護板其實并不存在,或者說,他們并不知道正在自己使用的產品中還有這么一個東西。比如說電動車,100%的用戶都知道電動車上面有電池,因為電池提供了能源,但我敢保證,最多有1%的用戶知道還有鋰電池保護板這個東西的存在。

        BMS的存在感之所以如此低,完全是因為它并不能和用戶產生直接的交流,也并不能與用戶發生頻繁的交互,就算是偶爾產生了一些數據,不過這些數據也是通過某些儀表盤傳遞給用戶觀測,當用戶看見儀表盤上的紅燈時只會說:“嗯,車子好像是壞掉了,質量真差!

        話說回來,BMS雖然存在感低,不過它存在的意義卻是絲毫不亞于儀表,甚至可以說是比儀表還重要,因為他可以檢測出這輛車子的能源系統是否壞掉了,只有擁有BMS系統,用戶才可能在不冒險的情況下知道這輛車到底是好是壞。

        如果有一個行業內的嵌入式工程師要買一輛電動車,在一輛沒有顯示儀表和BMS板子的電動車中進行選擇,那么他肯定不敢選后者,因為如果電動車沒有了儀表,那么用戶體驗會極差,但如果電動車沒有了BMS……與其說是一輛電動車,還不如說是一輛隨時可能發生被激活的炸彈。

        那么BMS在能源領域為什么如此重要?BMS的存在到底有什么意義?

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        本文便從一個底層工程師的角度,以電動車用的BMS模塊作為例子專門對鋰電池的保護板設計進行一些探討,并且會給出一個參考方案,當然由于筆者能力有限,水平一般,如果文中出現了錯誤或者紕漏,請直接指出。

        BMS的大體需求是什么?
        當設計團隊拿到一個項目,開始開發的時候,首先必須要搞清楚的便是項目的需求,這個需求可不僅僅是老板口頭上說幾句話,而是需要一個切實的、詳細的、標準的文檔,文檔要以1、2、3為結構,明確的把所有的需求點給羅列出來。

        我們現在拿到了一個項目:低速電動車的BMS板。

        只要項目立項成功,那么作為產品經理,或者團隊leader,則列出需求文檔是必須要做的事情。

        鋰電池管理系統,其中重點二字在于“管理”,要想實現管理功能,必然需要兩個模塊,第一:監測。第二:控制。只有在我能夠監測這個系統的前提下,我才能控制這個系統。

        由此為核心點,我便可以慢慢的羅列出大致需求:

        監測能源系統,能夠實時讀出鋰電池的所有狀態。
        控制能源系統,根據鋰電池的狀態,在需要的時候進行干預(比如斷開/閉合充放電回路的MOS管)。
         

        保護功能如何實現?
        數據采集

        電池系統的大致需求分為采集和控制,那么采集的都會有什么數據?

        電壓
               電流
        溫度
        作為一個以管理鋰電池的系統而言,以上3點是我們要重點監測的數據,如果系統超級簡單,采集的點只有3、4個,那么直接使用MCU的AD接口進行讀取信息便可,但在實際中幾乎不可能存在這種情況,通常所用的采集的方式一般是使用模擬前端。

        系統信息
        電壓:鋰電池本身的化學特性決定了我們必須要對電壓進行保護,所謂的電壓保護,是我們必須要保證鋰電池的電壓永遠在合適的范圍之類,不能讓電壓過低,因為其內部存儲電能是靠電化學一種可逆的化學變化實現的,過度的放電會導致這種化學變化有不可逆的反應發生,因此鋰電池最怕過放電,一旦放電電壓低于2.7V,將可能導致電池永久性損壞,也就是報廢。同時也不能讓電壓過高,因為電池一旦過度充電,導致的危害遠遠大于過放,過放最多損壞電池,不會對周圍造成危害,而過充則可能導致電池溫度升高,以至于發生自燃甚至爆炸,這種危害是致命的。

        電流:所謂的電流保護,也是我們必須要保證,無論是充電還是放電,電流都不能過大,大家都清楚的短路便是過流的一種體現,當系統正負極直接接觸,導線電阻極小,導致電流極大,極大的電流又會產生大量的熱,從而引發的燃燒和爆炸是很致命的。其實,就算不是短路,但過大的電流依然會導致電池內部發熱,這樣也極有可能會造成永久性的損害。

        溫度:溫度保護不用多言,除開鋰電池本身的化學特性導致它不能在極端溫度下使用之外,我想任何一個類似的系統,為了安全起見都應該考慮到溫度。

        看到這里大家也應該明白了,鋰電池保護系統的邏輯其實很簡單,無非就是一些判斷,以及MOS管的控制,這些東西只要是有過軟件基礎的大學生應該都能實現。

         



         

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