电池组BMS软件设计

电池管理系统大的方向讲，在电动汽车和混合动力汽车中必不可少，必须对电池进行检测，才能保证电池正常充放电，防止过充和过放，延长使用寿命，保证续航里程。锂电池能量密度高，电池内部化学物质活性强。当电芯出现过充、过放等非正常使用时，极有可能出现电池损坏，极端情况下，还会导致起火。因此，锂电池需要有一套监控系统，随时监控锂电池的电压，电流等参数，一旦超过事先设定的阈值，则直接关断电池主回路。电池管理系统BMS是电动车的关键要素。BMS系统具有模拟信号检测上报，故障告警、上传存储，电池保护，参数设置；被动均衡，SOC标定、信息交互等。电池组BMS软件设计

    测量电池容量的理想方法是库仑计数法，即通过测量一段时间内流入和流出的电流，进而得到流入或者流出电量。SOC=总容量-（放电电流-充电电流）*时间根据电池测量系统的不同，有多种测量放电或充电电流的方法。电流分流器：分流器是一个低欧姆电阻器，用于测量电流。整个电流流经分流器并产生电压降，然后进行测量。这种方法会在电阻器上产生轻微的功率损耗。霍尔效应传感器：这种传感器通过磁场变化测量电流。它消除了电流分流器典型的功率损耗问题，但成本较高，且无法承受大电流。巨磁电阻（GMR）传感器：这种传感器用作磁场检测器，比霍尔效应传感器更灵敏（也更昂贵）。它们的精确度很高。库仑测量涉及的计算相当复杂，主要由微控制器完成。库仑计数法是一种安培小时积分法，可有效量化一段时间内的电量，提供动态、连续的状态更新。开路电压（OCV）通过计算电压与电量之间的直接关系，快速评估剩余电量。不过，库仑计数法会因传感器漂移或电池性能变化而随时间累积误差，而开路电压则也可能受到温度波动和电池老化的影响。 太阳能BMS电池管理系统平台如果是对基本功能的要求较高，且成本预算较为有限，BMS硬件保护板可能是一个不错的选择。

    电池包保护板设计中需要考虑的因素较多，如电压平台问题，锂动力电池包在使用中往往被要求很大的平台电压，所以设计锂动力电池包保护板时尽量使保护板不影响电芯的放电电压，这样对控制IC、采样电阻等元件的要求就会很高，电流采样电阻应满足高精密度，低温度系数，无感等要求。锂电池保护板的电路，B＋、B-分别是接电芯的正、负极；P＋、P-分别是保护板输出的正、负极；T为温度电阻（NTC）端口。锂电池保护板的主要功能有过充保护、过放保护、过流保护、短路保护、温度保护。

    BMS保护板的被动均衡技术顾名思义，被动均衡就是将单体电池中容量稍多的个体消耗掉，实现整体的均衡。被动均衡又称为能量耗散式均衡，工作原理是在每节电芯上并联一个电阻，当某个电芯提前充满，而又需要继续给其他电芯充电时，通过电阻对电压高的电芯以热量形式释放电量，为其他电芯争取更多充电时间。由于被动均衡结构更为简单，所以使用比较广。但是被动均衡也有明显的缺点，由于结构简单制作成本低，采用电阻耗能产生热量，从而会使整个系统的效率降低。并且均衡时间短，效果不佳，一般均衡时间都在充电周期末期。此外，只能对高电压电池进行放电，无法对劣质电池进行改进。在适用场景上，被动均衡更适合于小容量、低串数的锂电池组应用，可以释放每颗电芯的储能能力，实现电量的有效利用。 电池管理系统（BMS）的主要职责包括监控、保护和优化电池性能。

电池计量芯片(电量计IC)主要用来采集电芯电压、温度、电流等信息，通过库仑积分和电池建模等方式计算电池电量、健康度等信息，并通过I2C/SMBUS/HDQ等通信端口与外部主机通信。电量计IC与电池保护IC既可分立，也可集成。一级保护IC可以控制充、放电MOSFET，保护动作是可恢复的，即当发生过充、过放、过流、短路等安全事件时就会断开相应的充放电开关，安全事件解除后就会重新恢复闭合开关，电池可以继续使用。硬件、算法和固件是电量计芯片的三大关键要素，硬件用来实现高精度采样和低功耗运行;算法用来对电池进行建模;固件用来实现算法编程，计算输出容量信息。在选择电量计芯片时，通常需要考虑到电芯化学类型、电芯串联数目、通信接口、电量计放在电池包内(Pack-side)还是放在系统板上(System-side)、电量计算法、是否集成电池保护均衡等功能、支持充放电电流大小，以及存储介质和封装形式等。BMS系统保护板能够确保电池组内各节电池的压差不大，提高电池组的充放电性能，使动力输出更加稳定和高效。移动储能BMS方案开发

硬件BMS保护板指的是完全基于硬件实现的电池管理系统，其设计注重电路和传感器等硬件组件的整合。电池组BMS软件设计

锂电池过充过放的本质：充电时，锂离子从正极板脱嵌，通过电解液嵌入到负极板上；放电时，锂离子从负极板上脱嵌，并经由电解液嵌入到正极板上；锂离子电池的充放电过程是锂离子在极板上的嵌入和脱嵌过程。充电时，随着锂离子的脱嵌，正极材料体积会发生一定量的收缩；放电时，随着锂离子的嵌入，正极材料体积会发生一定量的膨胀。过充时，正极晶格会产生崩塌，锂离子在负极会形成锂枝晶从而刺破隔膜，造成电池的损坏。过放时，正极材料活性变差，阻止锂离子的嵌入，电池容量急剧下降。如果发生正极材料体积过度膨胀，也会破坏电池的物理结构，造成电池的损坏。电池组BMS软件设计