BMS組成示意圖
圖中所示為億能BMS,采用主從結(jié)構(gòu)(Master-Slave),包含一個(gè)主控多個(gè)從控,每個(gè)從控最多管理60支電池。
主控與充電機(jī)、車輛控制器通過外部CAN總線通信,主控與手持設(shè)備通過RS232通信,主從之間通過內(nèi)部CAN總線級(jí)聯(lián)。
從控實(shí)現(xiàn)電壓采集、溫度采集、熱管理,主控兼顧電流測量、絕緣檢測以及與其他設(shè)備通信等功能。
高側(cè)與低側(cè)電池保護(hù)
設(shè)計(jì) BMS 時(shí),重要的是要考慮電池保護(hù)斷路器的放置位置。通常,這些電路采用 N 溝道 MOSFET 實(shí)現(xiàn),因?yàn)榕c P 溝道 MOSFET 相比,它們的內(nèi)阻較低。這些斷路器可以放置在高壓側(cè)(電池的正極端子)或低壓側(cè)(電池的負(fù)極端子)。
高側(cè)架構(gòu)確保接地 (GND) 始終得到良好參考,從而避免出現(xiàn)短路時(shí)出現(xiàn)潛在的安全和通信問題。此外,干凈、穩(wěn)定的 GND 連接有助于減少參考信號(hào)波動(dòng),這對(duì)于 MCU 的精確操作至關(guān)重要。
然而,當(dāng) N 溝道 MOSFET 放置在電池正極端子時(shí),驅(qū)動(dòng)它們的柵極需要高于電池組電壓的電壓,這使得設(shè)計(jì)過程更具挑戰(zhàn)性。因此,集成到 AFE 中的專用電荷泵通常用于高側(cè)架構(gòu),這會(huì)增加總體成本和 IC 電流消耗。
對(duì)于低側(cè)配置,不需要電荷泵,因?yàn)楸Wo(hù) MOSFET 放置在電池的負(fù)極。然而,在低側(cè)配置中實(shí)現(xiàn)有效通信更加困難,因?yàn)楫?dāng)保護(hù)打開時(shí)沒有 GND 參考。
MP279x 系列采用高側(cè)架構(gòu),可提供強(qiáng)大的保護(hù),同時(shí)最大限度地減少 BOM。此外,高精度電荷泵控制可實(shí)現(xiàn) N 溝道 MOSFET 軟開啟功能,無需任何額外的預(yù)充電電路,從而進(jìn)一步最小化 BOM 尺寸和成本。軟開啟是通過緩慢增加保護(hù) FET 的柵極電壓來實(shí)現(xiàn)的,從而允許小電流流過保護(hù)以對(duì)負(fù)載進(jìn)行預(yù)充電(見圖 )??梢耘渲枚鄠€(gè)參數(shù)以確保安全轉(zhuǎn)換,例如最大允許電流或保護(hù) FET 關(guān)閉而不觸發(fā)故障的時(shí)間。
圖 :MP279x 系列的軟啟動(dòng)方案
電池管理系統(tǒng)(BMS)設(shè)計(jì)中的高側(cè)與低側(cè)電池保護(hù)是確保電池安全、高效運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這兩種保護(hù)策略各自具有不同的特點(diǎn)和優(yōu)勢,并在BMS設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要作用。
高側(cè)電池保護(hù)通常涉及將保護(hù)電路放置在電池的正極(高側(cè))處。這種設(shè)計(jì)可以確保始終保持良好的接地(GND)參考,從而避免出現(xiàn)短路時(shí)的潛在安全和通信故障。然而,這種設(shè)計(jì)也面臨一些挑戰(zhàn),例如當(dāng)N溝道MOSFET置于電池正極時(shí),其柵極驅(qū)動(dòng)電壓需高于電池組電壓,這對(duì)設(shè)計(jì)提出了較高要求。為了解決這一問題,可以采用專用電荷泵集成到AFE中的方法,但這會(huì)增加總成本和IC電流消耗。
相比之下,低側(cè)電池保護(hù)將保護(hù)電路放置在電池的負(fù)極(低側(cè))。這種配置不需要電荷泵,因此成本相對(duì)較低。然而,在低側(cè)配置中實(shí)現(xiàn)有效通信可能更加困難,因?yàn)樵诒Wo(hù)開啟時(shí)沒有GND參考。因此,在設(shè)計(jì)低側(cè)電池保護(hù)時(shí),需要特別關(guān)注通信的穩(wěn)定性和可靠性。
無論采用高側(cè)還是低側(cè)電池保護(hù)策略,BMS設(shè)計(jì)的核心目標(biāo)都是確保電池的安全運(yùn)行和延長使用壽命。通過實(shí)時(shí)監(jiān)控電池的電壓、電流、溫度等狀態(tài)參數(shù),BMS能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患,并采取相應(yīng)的保護(hù)措施,如斷開充放電回路、發(fā)出告警等。
如何正確選擇BMS
正確選擇電池管理系統(tǒng)(BMS)需要考慮多個(gè)因素,包括電池類型、應(yīng)用場景、電池組的電壓和電流值、電池倍率等。以下是一些建議,以幫助您正確選擇BMS:
確定電池類型和規(guī)格:
根據(jù)您的應(yīng)用場景和需求,確定所需的電池類型(如鋰電池、鉛酸電池等)和規(guī)格(如容量、電壓等)。
確認(rèn)電池組電壓和電流值:
根據(jù)電池的單串電壓和電池的串?dāng)?shù),計(jì)算出電池組的總電壓。不同類型的鋰電池,其標(biāo)壓是不同的,因此要確保選擇合適的保護(hù)板電壓。
電流值的選擇也十分重要。不同的應(yīng)用場景所需的鋰電池保護(hù)板電流不同,應(yīng)選擇有余量的保護(hù)板電流值。例如,兩輪電動(dòng)車通常選擇理論值的2倍以上,三輪電動(dòng)車選擇理論值的3倍以上。
考慮電池倍率:
電池的放電倍率會(huì)影響保護(hù)板的選擇。如果電池的放電倍率高于保護(hù)板的承受范圍,可能會(huì)造成電池的損傷。
評(píng)估BMS的功能和性能:
選擇BMS時(shí),應(yīng)考慮其是否能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電池組的狀態(tài)監(jiān)測、均衡控制、充放電控制等功能。
BMS還應(yīng)具備實(shí)時(shí)調(diào)整充放電策略的能力,以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景和需求。
考慮兼容性和集成性:
確保所選BMS硬件與其他設(shè)備(如充電樁、電動(dòng)汽車等)的兼容性。
測試BMS系統(tǒng)與其他系統(tǒng)(如充電系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)等)的集成效果,以確保整體運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。
考慮安全性和可靠性:
評(píng)估BMS的安全性能,如防雷、防火等。
進(jìn)行可靠性測試,包括在各種環(huán)境下的模擬測試和長時(shí)間運(yùn)行測試,以確保BMS的穩(wěn)定性和可靠性。
參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范:
在選擇BMS時(shí),可以參考相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),如GB/T《電動(dòng)汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》等。
考慮成本和服務(wù):
根據(jù)預(yù)算選擇合適的BMS產(chǎn)品,同時(shí)考慮供應(yīng)商的服務(wù)質(zhì)量和售后支持。
審核編輯:黃飛
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