BMS技術梳理

從事BMS軟件設計已有3年，自覺尚未真正的入門，不過仍是有一些心得是想能夠分享的，也是對本身的知識作一個梳理吧。

• 初稿

一個項目入手，個人理解：首先，必須明確項目的需求。只有真正的理解項目，從用戶的角度考慮，才能作出最爲適合的產品，畢竟產品最終仍是爲人服務的。

一聽到，新能源汽車，不少人的第一印象，不就是，以電池代替汽油給汽車提供動力嘛。是的，你們都是聰明人，一會兒抓住了事物的本質。對，就是這樣。就像小時候，咱們玩的四驅車，本質都是同樣的，不要聽別人忽悠，有多神祕似的。

那麼以電池代替汽油有什麼好處呢？這些都被專家們分析的雲裏霧裏，十分的高大上。其實，也就這麼幾個優勢，環保清潔（好像是一句廢話），其次仍是在這個國度電費比油費便宜。

概要

你們都知道要實現電池提供動力，控制終端就是電池管理系統（BMS）。

接下來，我會從信號採集，數據處理和控制邏輯，一一解析，我眼中的BMS

1、信號採集

顧名思義，電池管理系統，首先管理的對象是電池。咱們就必須對當前電池的狀態有一個細緻的瞭解，也不能什麼都不知道就用開始電池。電池的狀態，主要表現爲如下的幾個方面。

1. 電池的單芯電壓
2. 電池的溫度
3. 電池組的總電壓
4. 電池組的總電流
5. 電池組的絕緣電阻

下面，我就對電池信息的採集，作一簡單的說明：

1. 單芯電壓的檢測

電池的成組方式通常是串聯加並聯。以個人理解，串聯主要是加大整個電池模組的電壓，並聯就是增長電池的可充放電電流。

咱們都知道，想要能驅動電機工做，就必須給它必定的能量，能量怎麼來的，學過物理的都知道

P = V*I

想要 P 變大，不就得使電流電壓變大嗎？

再說電池，一節電池的最大放電電流和最大充電電流都是固定的。並聯簡單的就是將這兩個值成倍的放大。

那麼，單芯電壓到底怎麼測？就是將並聯的單芯當作一節電池使用，這節電池的兩端電壓，就是單芯電壓了。很簡單的，不是嗎？

原理雖說起來是很簡單，不過精度要求倒是挺高的，這是硬性要求。咱們通常的電池OCV曲線，是上下抖中間平的的樣子。電池的電壓稍有變化，SOC的變化就很大了。

因此呢，檢測芯片的要求也是很高的。我用到的有兩款芯片一塊是凌特的LTC6804，還有一塊是TI的EMB1428，有興趣的朋友能夠看看他們的數據手冊，瞭解一下。

2. 電池的溫度檢測

相對於電壓的高精度要求，溫度的檢測不是那麼的嚴格了。通常來講在2°的偏差內，都是可接受的。溫度的檢測，相對來講也是簡單多了，我瞭解的大多數作BMS的廠商，用的都是NTC來作檢測的。

NTC檢測溫度的原理，就是溫度值和對應溫度下電阻值一一對應，通常和另外一個電阻分壓一個標準電壓。使用單片機ADC功能就能夠簡單的獲得溫度值。

3. 電池的總電壓採集

總電壓，即觀察電池整個模組的電壓情況。通常來講，沒什麼太大的用處，只是做爲一個參考值，來用。總電壓除以電池的串聯數，就是一個大概的單芯電壓平均值。

總電壓的大小不定，這是由車輛自己的需求決定，就我所見到的電壓等級150V~800V不等。

那麼，總電壓如何採集？
經常使用的一種方法就是，將總電壓使用電阻等比例分壓，AD採集採樣電阻的兩端電壓。須要注意的是，動態電壓的變化是十分不穩定的，因此必須的消抖電路和消抖程序都是須要的。

4. 電池的總電流採集

工做模式有充有放，電流所以有正有負。

電流，我認爲這是全部電子設計中是最須要關注的一個參數。電流，是最容易引起故障，也是最爲危險的。

在BMS系統中，電流在SOC的計算，電池均衡策略中都有不可忽視的做用。

電流採集的精度和頻率都有很是高的要求。這裏我用過兩款芯片AS8510和CS5490，有興趣的朋友，能夠了解一下。

5. 電池的絕緣電阻採集

什麼是絕緣電阻？ 簡單來講，就是防觸電保護的最小電阻。國標上的要求是0.1mA。咱們通常來講都會放大餘量，安全問題再怎麼關注都不差。

那麼，絕緣電阻又是怎麼測量的呢？傳統的話，有兩種測試方法，使用單橋檢測，或者雙橋檢測方式。具體的原理圖我就不貼了

簡單說一下優缺點：

• 單橋檢測，就是在主正或者主負一端加一個繼電器，優勢是節約成本，減小繼電器自己兩端的電壓而致使的偏差。缺點也很明顯，若是接在主正繼電器一側，剛好主正的絕緣電阻值較大，會有較大的偏差（主要是正負兩端採集的倍數過大）。
• 雙橋檢測，就是正負兩端都加一個繼電器。缺點是成本高，採集精度降低。優勢，減小兩端的採集倍數，算出的值相對準確

2、數據處理

以前一直在思考，什麼是程序，程序的本質是什麼？
個人理解「程序就是一種控制思想，一種因果變化」。

爲了實現某個功能，具現化爲某個狀態變量的輸出。就要從已有的輸入變量中選擇合適的變量做爲輸入。輸入經過某種複雜的轉換（控制實現/計算實現）獲得輸出的過程就是程序。

關鍵：

1. 確保輸入輸出變量的準確性（數據處理）
2. 從輸入到輸出實現的可能性（邏輯控制）

數據的處理能夠從如下的兩個方面考慮：

• 輸出變量的處理
• 輸入變量的處理

數據，我將它分爲兩類

1. 功能數據
2. 性能數據

功能數據：數據是做爲算法的必要輸入特地獲取的數據，好比上面的採集數據，SOC等;
性能數據：數據不做爲功能邏輯上的輸入，更多的是對軟硬件的穩定性安全性的一個評估做用。好比板子的輸入電壓檢測，繼電器開關的狀態檢測，CAN出錯等。

變量分兩類：數據和狀態，有如下的幾種處理方式

1. 數據：不一樣狀態下，多個數據，取權重。
2. 數據：
   1. 去除在範圍以外的數據，多個採樣，取有效值的均值。
   2. 對於超範圍的數據，設置標誌位，故障處理。
3. 狀態：連續一段時間維持某一狀態不變（消抖）

數據，通過處理，若是沒有問題就能夠做爲有效輸入數據。在功能被觸發的條件下，直接被調用。
那出錯了呢？對於這個問題，專門有一個故障處理的模塊。實時的將故障點檢測出來，發給整車，而且存儲起來。

故障等級大體是這樣的分的：

• 一級：只是報警，不作任何處理，可消退
• 二級：報警，限速，可消退
• 三級：報警，限速，不可消退
• 四級：報警，制動，不可消退

具體的哪些故障對應哪一個等級，就不說了。

3、邏輯控制

邏輯控制主要有如下的幾個部分：

• 上電自檢，肯定系統狀態
• 繼電器控制，不一樣狀態，不一樣的繼電器數量有不一樣的控制方式
• 充電控制，分爲快充和慢充，須要分開處理
• 均衡控制
• 電池加熱控制

1. 上電自檢

汽車一共有兩個工做模式：放電，充電。其中充電再分爲快充和慢充。肯定工做模式的方式是，給BMS供電的究竟是哪一個24V電源，T15/快充/慢充

只有自檢經過才容許上高壓，也就是閉合對應的繼電器。那麼，觀察哪些信號，就能夠確認自檢沒問題？

• 全部繼電器狀態OK
• 總電流OK
• 絕緣電阻OK
• 只存在一個工做模式

自檢OK，就可使能對應的CAN通信，也能夠上高壓放電和充電。

2. 繼電器控制

繼電器的控制邏輯更多的是一個前後順序

• 開始放電

1. 吸合負極繼電器
2. 吸合預充繼電器
3. 吸合放電繼電器（正極和電機之間的繼電器）
4. 斷開預充繼電器

• 中止放電

1. 斷開負極繼電器
2. 斷開放電繼電器

• 開始充電

1. 吸合負極繼電器
2. 吸合充電繼電器（正極和充電機之間的繼電器）

• 中止充電

1. 斷開負極繼電器
2. 斷開充電繼電器

先斷負極，再斷正極，是爲了分擔上下電的壓力；這種說法保留

3. 電池加熱控制

電池加熱主要是在電池充電的時候使用。

溫度太低，電池的活性下降，因此須要先給電池加熱，後續再充電。

基本的流程：吸合加熱繼電器，向充電機需求一個電流。此時動力和充電機同時給加熱繼電器提供電流，只是充電機電流比較大。加熱結束，斷開加熱繼電器，同時向充電機需求一個大的充電電流。

4. 充電（快充）控制

全部的控制邏輯在國標GBT 27930-2015中定義的很清楚。嚴格按照國標來基本不會出什麼問題

5. 均衡控制

均衡，是一個比較大的概念，後續再講

總結

梳理了BMS的一些基本概念，經過這個過程這才發現，我瞭解的仍是太少太生疏了。雖然作了這麼長時間的BMS，我仍是處於表面化的層次中。抱頭痛哭！

技術啊，就怕深究！！！

留下的問題：

1. SOC算法和均衡控制算法
2. Simulink/Stateflow模型化設計的一些知識
3. AutoSar架構的梳理
4. 標準化設計的一些想法
5. 標定和bootloader
6. 上位機MFC/Qt上的知識
7. 電池知識的深刻了解