BMS技术梳理

从事BMS软件设计已有一段时间了，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。在我梳理之前，我发现网上已有相关的梳理，竟然软件架构都差不多，我就借鉴了一下。

首先，电池管理系统（BMS）是电池与用户之间的纽带，主要对象是二次电池，主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，可用于电动汽车，电瓶车，机器人，无人机等。

接下来，我会从信号采集，数据处理和控制逻辑，进行解析我眼中的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。

电池的单芯电压

电池的温度

电池组的总电压

电池组的总电流

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。

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。

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？

当前主流的绝缘检测方法有两种，电桥法和交流注入法。使用较多的应该是前者，今天就介绍一种电桥检测法。

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：

确保输入输出变量的准确性（数据处理）

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

功能数据

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

数据：不同状态下，多个数据，取权重。

数据：

去除在范围之外的数据，多个采样，取有效值的均值。

对于超范围的数据，设置标志位，故障处理。

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

吸合负极继电器

吸合预充继电器

吸合放电继电器（正极和电机之间的继电器）

断开预充继电器

停止放电

断开负极继电器

断开放电继电器

开始充电

吸合负极继电器

吸合充电继电器（正极和充电机之间的继电器）

停止充电

断开负极继电器

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

通过做过的项目来讲，继电器的控制，要根据不同的客户需求来定

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。

留下的问题：

SOC算法和均衡控制算法    这个确实是个难点

标准化设计的一些想法  有待学习

bootloader

自动化生产测试

上位机相关知识

电池知识的深入了解

等等

今天简单梳理，今后我会陆续更新，往里面增加类容。。。。。。

        愿你出走半生，归来仍是少年…