BMS技术梳理

从事BMS软件设计已有3年，自觉还没有真正的入门，不过还是有一些心得是想可以分享的，也是对自己的知识做一个梳理吧。

• 初稿

一个项目入手，我的理解：首先，必须明确项目的需求。只有真正的理解项目，从用户的角度考虑，才能做出最为适合的产品，毕竟产品最终还是为人服务的。

一听到，新能源汽车，很多人的第一印象，不就是，以电池代替汽油给汽车提供动力嘛。是的，大家都是聪明人，一下子抓住了事物的本质。对，就是这样。就像小时候，我们玩的四驱车，本质都是一样的，不要听别人忽悠，有多神秘似的。

那么以电池代替汽油有什么好处呢？这些都被专家们分析的云里雾里，十分的高大上。其实，也就这么几个优点，环保清洁（好像是一句废话），其次还是在这个国度电费比油费便宜。

概要

大家都知道要实现电池提供动力，控制终端就是电池管理系统（BMS）。

接下来，我会从信号采集，数据处理和控制逻辑，一一解析，我眼中的BMS

一、信号采集

顾名思义，电池管理系统，首先管理的对象是电池。我们就必须对当前电池的状态有一个细致的了解，也不能什么都不知道就用开始电池。电池的状态，主要表现为以下的几个方面。

1. 电池的单芯电压
2. 电池的温度
3. 电池组的总电压
4. 电池组的总电流
5. 电池组的绝缘电阻

下面，我就对电池信息的采集，做一简单的说明：

1. 单芯电压的检测

电池的成组方式一般是串联加并联。以我的理解，串联主要是加大整个电池模组的电压，并联就是增加电池的可充放电电流。

我们都知道，想要能驱动电机工作，就必须给它一定的能量，能量怎么来的，学过物理的都知道

P = V*I

想要 P 变大，不就得使电流电压变大吗？

再说电池，一节电池的最大放电电流和最大充电电流都是固定的。并联简单的就是将这两个值成倍的放大。

那么，单芯电压到底怎么测？就是将并联的单芯当做一节电池使用，这节电池的两端电压，就是单芯电压了。很简单的，不是吗？

原理虽然说起来是很简单，不过精度要求却是挺高的，这是硬性要求。我们一般的电池OCV曲线，是上下抖中间平的的样子。电池的电压稍有变化，SOC的变化就很大了。

所以呢，检测芯片的要求也是很高的。我用到的有两款芯片一块是凌特的LTC6804，还有一块是TI的EMB1428，有兴趣的朋友可以看看他们的数据手册，了解一下。

2. 电池的温度检测

相对于电压的高精度要求，温度的检测不是那么的严格了。一般来说在2°的误差内，都是可接受的。温度的检测，相对来说也是简单多了，我了解的大多数做BMS的厂商，用的都是NTC来做检测的。

NTC检测温度的原理，就是温度值和对应温度下电阻值一一对应，一般和另一个电阻分压一个标准电压。使用单片机ADC功能就可以简单的得到温度值。

3. 电池的总电压采集

总电压，即观察电池整个模组的电压状况。一般来说，没什么太大的用处，只是作为一个参考值，来用。总电压除以电池的串联数，就是一个大概的单芯电压平均值。

总电压的大小不定，这是由车辆本身的需求决定，就我所见到的电压等级150V~800V不等。

那么，总电压如何采集？
常用的一种方法就是，将总电压使用电阻等比例分压，AD采集采样电阻的两端电压。需要注意的是，动态电压的变化是十分不稳定的，所以必须的消抖电路和消抖程序都是需要的。

4. 电池的总电流采集

工作模式有充有放，电流因此有正有负。

电流，我认为这是所有电子设计中是最需要关注的一个参数。电流，是最容易引发故障，也是最为危险的。

在BMS系统中，电流在SOC的计算，电池均衡策略中都有不可忽视的作用。

电流采集的精度和频率都有非常高的要求。这里我用过两款芯片AS8510和CS5490，有兴趣的朋友，可以了解一下。

5. 电池的绝缘电阻采集

什么是绝缘电阻？ 简单来说，就是防触电保护的最小电阻。国标上的要求是0.1mA。我们一般来说都会放大余量，安全问题再怎么关注都不差。

那么，绝缘电阻又是怎么测量的呢？传统的话，有两种测试方法，使用单桥检测，或者双桥检测方式。具体的原理图我就不贴了

简单说一下优缺点：

• 单桥检测，就是在主正或者主负一端加一个继电器，优点是节约成本，减少继电器本身两端的电压而导致的误差。缺点也很明显，如果接在主正继电器一侧，恰好主正的绝缘电阻值较大，会有较大的误差（主要是正负两端采集的倍数过大）。
• 双桥检测，就是正负两端都加一个继电器。缺点是成本高，采集精度下降。优点，减少两端的采集倍数，算出的值相对准确

二、数据处理

之前一直在思考，什么是程序，程序的本质是什么？
我的理解“程序就是一种控制思想，一种因果变化”。

为了实现某个功能，具现化为某个状态变量的输出。就要从已有的输入变量中选择合适的变量作为输入。输入通过某种复杂的转换（控制实现/计算实现）得到输出的过程就是程序。

关键：

1. 确保输入输出变量的准确性（数据处理）
2. 从输入到输出实现的可能性（逻辑控制）

数据的处理可以从以下的两个方面考虑：

• 输出变量的处理
• 输入变量的处理

数据，我将它分为两类

1. 功能数据
2. 性能数据

功能数据：数据是作为算法的必要输入特意获取的数据，比如上面的采集数据，SOC等;
性能数据：数据不作为功能逻辑上的输入，更多的是对软硬件的稳定性安全性的一个评估作用。比如板子的输入电压检测，继电器开关的状态检测，CAN出错等。

变量分两类：数据和状态，有以下的几种处理方式

1. 数据：不同状态下，多个数据，取权重。
2. 数据：
   1. 去除在范围之外的数据，多个采样，取有效值的均值。
   2. 对于超范围的数据，设置标志位，故障处理。
3. 状态：连续一段时间维持某一状态不变（消抖）

数据，经过处理，如果没有问题就可以作为有效输入数据。在功能被触发的条件下，直接被调用。
那出错了呢？对于这个问题，专门有一个故障处理的模块。实时的将故障点检测出来，发给整车，并且存储起来。

故障等级大致是这样的分的：

• 一级：只是报警，不做任何处理，可消退
• 二级：报警，限速，可消退
• 三级：报警，限速，不可消退
• 四级：报警，制动，不可消退

具体的哪些故障对应哪个等级，就不说了。

三、逻辑控制

逻辑控制主要有以下的几个部分：

• 上电自检，确定系统状态
• 继电器控制，不同状态，不同的继电器数量有不同的控制方式
• 充电控制，分为快充和慢充，需要分开处理
• 均衡控制
• 电池加热控制

1. 上电自检

汽车一共有两个工作模式：放电，充电。其中充电再分为快充和慢充。确定工作模式的方式是，给BMS供电的到底是哪个24V电源，T15/快充/慢充

只有自检通过才允许上高压，也就是闭合对应的继电器。那么，观察哪些信号，就可以确认自检没问题？

• 所有继电器状态OK
• 总电流OK
• 绝缘电阻OK
• 只存在一个工作模式

自检OK，就可以使能对应的CAN通讯，也可以上高压放电和充电。

2. 继电器控制

继电器的控制逻辑更多的是一个先后顺序

• 开始放电

1. 吸合负极继电器
2. 吸合预充继电器
3. 吸合放电继电器（正极和电机之间的继电器）
4. 断开预充继电器

• 停止放电

1. 断开负极继电器
2. 断开放电继电器

• 开始充电

1. 吸合负极继电器
2. 吸合充电继电器（正极和充电机之间的继电器）

• 停止充电

1. 断开负极继电器
2. 断开充电继电器

先断负极，再断正极，是为了分担上下电的压力；这种说法保留

3. 电池加热控制

电池加热主要是在电池充电的时候使用。

温度过低，电池的活性降低，所以需要先给电池加热，后续再充电。

基本的流程：吸合加热继电器，向充电机需求一个电流。此时动力和充电机同时给加热继电器提供电流，只是充电机电流比较大。加热结束，断开加热继电器，同时向充电机需求一个大的充电电流。

4. 充电（快充）控制

所有的控制逻辑在国标GBT 27930-2015中定义的很清楚。严格按照国标来基本不会出什么问题

5. 均衡控制

均衡，是一个比较大的概念，后续再讲

总结

梳理了BMS的一些基本概念，通过这个过程这才发现，我了解的还是太少太生疏了。虽然做了这么长时间的BMS，我还是处于表面化的层次中。抱头痛哭！

技术啊，就怕深究！！！

留下的问题：

1. SOC算法和均衡控制算法
2. Simulink/Stateflow模型化设计的一些知识
3. AutoSar架构的梳理
4. 标准化设计的一些想法
5. 标定和bootloader
6. 上位机MFC/Qt上的知识
7. 电池知识的深入了解

来源：https://www.cnblogs.com/shenkj/p/6957833.html