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BMS（電池(chi)管(guan)理系統）的(de)功能模塊(kuai)由(you)微控(kong)制器（MCU）的(de)控(kong)制模塊(kuai)和模擬(ni)前端（AFE）的(de)傳(chuan)感模塊(kuai)組成。
微控制器(qi)單元（MCU）
在BMS中，MCU相當(dang)于大腦(nao)。MCU通(tong)過其外圍設備(bei)從傳(chuan)感(gan)器捕(bu)獲(huo)所有數據(ju)，并根(gen)據(ju)電池組的配(pei)置文件(jian)處(chu)理數據(ju)以(yi)做(zuo)出適當(dang)的決策。
上海(hai)航芯通用(yong)MCU ACM32F0系列(lie)以其低功耗+1路CAN+10萬次(ci)擦(ca)寫128K 片上Flash+125度高(gao)溫支持；ACM32F4系列(lie)以其180MHz STAR-MC1(M33)內核(he)+Flash加速+10萬次(ci)擦(ca)寫512K片上Flash+2路CAN+125度高(gao)溫支持被廣泛應用(yong)在(zai)BMS場景中。
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MCU具(ju)有以下功(gong)能(neng)：
? 監控電池
? 保護(hu)電池
? 評估電池(chi)狀態
? 優(you)化電池(chi)性能
? 數據記錄(lu)
? 通(tong)過通(tong)信渠道向(xiang)用戶或外部(bu)設備報(bao)告
為了電(dian)池安全，MCU具有以下功能：
? 通過停止充(chong)電的(de)(de)方式，防止電池組(zu)內的(de)(de)電池單元進入過壓狀態（向接(jie)觸器發(fa)出(chu)關閉信號）。
? 通過(guo)減少/停止電(dian)流或激活電(dian)池(chi)組中的冷(leng)卻系(xi)統(tong)來(lai)防(fang)止電(dian)池(chi)組內(nei)的電(dian)池(chi)單元溫度(du)超(chao)過(guo)閾(yu)值上限。這可以(yi)保(bao)護電(dian)池(chi)，以(yi)免(mian)受熱失控而造成安全問(wen)題。
? 通過限制/停止(zhi)(zhi)放(fang)電電流(liu)來防止(zhi)(zhi)組(zu)內(nei)電池(chi)單元(yuan)進入欠壓狀態(tai)。
? 通過打開接觸器來(lai)保護電池組免受短路和過載的影響。
與(yu)MCU連(lian)接(jie)的BMS基礎功能模(mo)塊
MCU會與多個(ge)功能塊(kuai)連接，例如：
1. 霍爾(er)效應電流傳感器（Current Measurement）
2. 電源（Power Supply Unit: PSU）
3. 接觸器(qi)（Contact Drive）
4. SD卡（Data Storage）
5. 實時時鐘和(he)日歷（RTCC）
6. GPIO 連接器
7. CAN 連接器(qi)
8. 藍牙（BLE）
9. 高(gao)壓(ya)聯鎖回路(lu)（HV Interlock Loop）
10. 絕(jue)緣監測裝置（Insulation Monitoring Device : IMD）
11. 電壓測量(liang)端口（Voltage Measurement）
12. ISO-SPI 通道(dao)
1. 霍(huo)爾效應電流傳感器（Current Measurement）
霍(huo)爾效應(ying)傳(chuan)感器(qi)放置在(zai)由承載電(dian)池組電(dian)流的電(dian)纜(lan)產(chan)生(sheng)的磁(ci)場(chang)內。它(ta)產(chan)生(sheng)與該電(dian)流成正比(bi)的電(dian)壓(ya)，該電(dian)壓(ya)可以直接(jie)測量，如(ru)下圖所(suo)示(shi)。
霍爾效應傳(chuan)感器具有以下特(te)點(dian)：
? 霍爾效應(ying)傳感器報(bao)告(gao)的電流隨時(shi)間和溫度保持準確。
? 霍(huo)爾效應傳感(gan)器與電池(chi)組(zu)電流(liu)隔離，因(yin)此不需要隔離。
? 霍爾(er)效應(ying)傳感器在(zai)(zai)電流(liu)為 0 時存在(zai)(zai)一個(ge)隨溫度(du)變化的偏移量。所(suo)以，即(ji)使它們在(zai)(zai)室(shi)溫下歸零，當(dang)它們變熱或(huo)變冷時，仍可能在(zai)(zai)沒有電流(liu)時報告(gao)一個(ge)小電流(liu)。因此，在(zai)(zai)具有 0 電流(liu)周期的應(ying)用中需要(yao)頻繁校準，例(li)如HEV。
霍爾(er)效應電(dian)流傳感器是包含自身放大器的模塊，因此(ci)，與斷流信號不(bu)同，其輸出值(zhi)處于一(yi)個較高(gao)的水平。它們可以由 5V 雙向電(dian)源供電(dian)（可以看到充電(dian)和放電(dian)電(dian)流）。
基于此，雙向傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)會有一個雙極的(de)輸(shu)(shu)出(chu)，在(zai)其(qi)輸(shu)(shu)出(chu)為2.5V時可認為電(dian)流(liu)為0A，實(shi)際輸(shu)(shu)出(chu)值(zhi)將在(zai)2.5V上(shang)下擺動。電(dian)流(liu)傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)產生的(de)電(dian)壓輸(shu)(shu)出(chu)將其(qi)發送回(hui) BMS，BMS將根據電(dian)流(liu)傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)的(de)靈敏度(du)估算(suan)實(shi)際電(dian)流(liu)。
2. 電源（Power Supply Unit: PSU）
MCU的(de)工(gong)作需要有電源(yuan)輸入，可由輔助電源(yuan)或電池組本身通(tong)過 DC-DC 轉換(huan)器提供。
3. 接觸器(qi)（Contact Drive）
接觸(chu)器是一個功能塊，用于電(dian)池組(zu)和負(fu)載或充電(dian)電(dian)路的連接或隔離。通常，一個電(dian)池組(zu)系統有 3 種不(bu)同(tong)的接觸(chu)器：
? 充(chong)電
? 放電(dian)
? 預(yu)充電(dian)
在類似(si)儲能系統(tong)的部(bu)分(fen)應用(yong)(yong)中，將只(zhi)有一個接(jie)觸器(qi)用(yong)(yong)于充(chong)電(dian)和放(fang)(fang)電(dian)。接(jie)觸器(qi)的切換由 BMS 通過驅(qu)(qu)動電(dian)路(lu)控制(zhi)。BMS將向驅(qu)(qu)動電(dian)路(lu)發出通電(dian)信(xin)號，從而使接(jie)觸器(qi)通電(dian)以(yi)進行操作。接(jie)觸器(qi)的選擇(ze)需根據(ju)充(chong)電(dian)/放(fang)(fang)電(dian)電(dian)流。對于低(di)電(dian)流和低(di)電(dian)壓應用(yong)(yong)，我們可以(yi)選擇(ze)基于 MOSFET 的解決方案，而不是接(jie)觸器(qi)。
4. SD卡 (Data Storage)
它可以(yi)存(cun)儲BMS的配置文(wen)件和電(dian)(dian)(dian)池產生的數據。ION的BMS可以(yi)存(cun)儲長達 15 年(nian)的電(dian)(dian)(dian)池數據。這(zhe)使用戶可以(yi)了解電(dian)(dian)(dian)池組的行為并保護(hu)電(dian)(dian)(dian)池免受潛在損壞(huai)。
ION的電(dian)池分析云(yun)平臺“Edison”可(ke)以(yi)利(li)用這些數據得到以(yi)下功能：
? 通過儀(yi)表板讓(rang)您對電池(chi)運行狀(zhuang)態進行分析和洞(dong)察
? 對任何電(dian)池的異常運行(xing)進行(xing)報警并及(ji)時(shi)采取措施(shi)
? 使用機器學(xue)習(xi)算法提出糾正措施，以防止電池退化并將電池壽命提高40%。
? 通過云(yun)平臺向 BMS 推出OTA更新和功能添加
5. 實時時鐘(zhong)和(he)日歷 (RTCC)
RTCC 用于(yu)為存儲在 SD 卡中的數據提供時間戳。這有助于(yu)用戶對電池組在任(ren)何時間點發生任(ren)何潛(qian)在損壞(huai)時進(jin)行根本原因(yin)分析(xi)。
6. GPIO 連(lian)接器(qi)
GPIO 連(lian)接器提用(yong)于(yu)額外功能連(lian)接到(dao) BMS，如冷卻(que)系統、加熱系統、點火、傳(chuan)感(gan)器等。通(tong)過更改配置文件來啟用(yong)此功能。
7. CAN 連接器
CAN 連接(jie)器(qi)(qi)接(jie)到 MCU，用于(yu)內(nei)部(bu)和外部(bu)通(tong)信(xin)。如果系統中連接(jie)了多個 BMS，則需(xu)要(yao)內(nei)部(bu) CAN 通(tong)信(xin)。外部(bu) CAN 通(tong)信(xin)通(tong)常用于(yu)交(jiao)換電壓(ya)、電流、錯(cuo)誤等信(xin)息。外部(bu) CAN 通(tong)信(xin)通(tong)常用于(yu) CAN 充電器(qi)(qi)、CAN 顯(xian)示(shi)器(qi)(qi)、CAN 數據(ju)記錄器(qi)(qi)等。
8.藍(lan)牙(ya)（BLE）
它是一(yi)種與 BMS 通(tong)信的無(wu)線模(mo)式(shi)。ION有一(yi)個(ge)叫ION-Lens的與安(an)卓合作的APP，用于(yu)通(tong)過(guo)藍(lan)牙(ya)遠程連接ION BMS。通(tong)過(guo)ION-Lens，用戶可以(yi)通(tong)過(guo)藍(lan)牙(ya)連接電池組，從而可以(yi)可視化所有重要的電池信息，如(ru)電壓(ya)、電流、溫度(du)、SOC、SOH、錯誤(wu)等。
9. 高壓聯鎖回路（High Voltage Interlock Loop）
互鎖(suo)PWM回路(lu)機制(zhi)用于檢測高(gao)(gao)壓設備的篡改(gai)或打開以(yi)及服務連接(jie)斷開。高(gao)(gao)壓聯鎖(suo)回路(lu) (HVIL) 用于確定高(gao)(gao)壓系(xi)統，例如(ru)電源(yuan)（比如(ru)車(che)(che)輛電池(chi)）、負載（比如(ru)車(che)(che)輛電機）以(yi)及它(ta)們之(zhi)間(jian)的導體是否已正確連接(jie)。如(ru)果沒(mei)有，電池(chi)接(jie)觸器不(bu)允許閉合，或者如(ru)果已經閉合，則發出斷開指令。
10. 絕(jue)緣(yuan)監測裝置(zhi)（IMD）
IMD 通常用于 EVs 和 ESS 應用，它將確保(bao)配備(bei)高(gao)壓(ya)電池組(zu)的電動(dong)汽車(che)的電氣(qi)安全性和可(ke)靠性。IMD 在充(chong)電或行駛過程中(zhong)持續(xu)監測系統中(zhong)相導體(ti)和大地之間的絕(jue)緣(yuan)電阻(zu)。
11. 電壓測(ce)量端口（Voltage Measurement Port）
終端(duan)通(tong)過接(jie)(jie)觸(chu)器連接(jie)(jie)，主要(yao)用(yong)于(yu)焊接(jie)(jie)檢查(cha)、電(dian)池總電(dian)壓(ya)測量和(he)(he)基(ji)于(yu)電(dian)壓(ya)的預充電(dian)。對(dui)于(yu)高電(dian)壓(ya)和(he)(he)高電(dian)流應用(yong)，接(jie)(jie)觸(chu)器有(you)可能被焊接(jie)(jie)。
在這種情況下，即使 BMS 發(fa)出(chu)斷開(kai)信(xin)號，也不(bu)允(yun)許接(jie)觸器斷開(kai)。因此，BMS 識別出(chu)接(jie)觸器中發(fa)生了焊接(jie)，會通過 CAN 向外部設備發(fa)送警(jing)報/錯誤消息以采取緊急措施。
12. ISO-SPI 通(tong)道
ISO-SPI 通(tong)道用(yong)于主機(ji)（控制(zhi)電路）和從機(ji)（傳感(gan)器電路）之(zhi)間的內(nei)部通(tong)信(xin)。
模擬前端 (AFE)
AFE 是 BMS 中(zhong)(zhong)的集成電(dian)路 (IC)，旨在將 BMS 系統設計和操作所需的所有模(mo)擬電(dian)路封裝(zhuang)到(dao)一個小型封裝(zhuang)中(zhong)(zhong)。它包含用于測量(liang)電(dian)池堆中(zhong)(zhong)每個電(dian)池單元的電(dian)壓值。AFE 可(ke)以在 0-5V 范圍內測量(liang)電(dian)池組中(zhong)(zhong)的 3 到(dao) 15 個串聯電(dian)池。
AFE 在觸發平衡電路方面也起著重要作用(yong)。AFE IC 包含一(yi)個(ge)內(nei)置溫(wen)度(du)傳感器，用(yong)于(yu)測(ce)量 BMS 板溫(wen)度(du)。AFE 有一(yi)個(ge)小型的內(nei)部數字狀態機，用(yong)于(yu)管理IC輸入端(duan)的電壓順(shun)序測(ce)量，并提供 I2C 接(jie)口。
AFE 的功(gong)能包括：
? 測量每個電(dian)池單元的(de)電(dian)壓并將其設置到 MCU
? 測量溫度（通(tong)常通(tong)過 NTC 熱敏電阻）
? 每個單元的(de)平衡電路
連接(jie)到(dao) AFE 的 BMS 的基本功能(neng)塊(kuai)，AFE 連接(jie)到(dao)多個(ge)功能(neng)塊(kuai)，例(li)如(ru)：
1. 電壓檢(jian)測通(tong)道
2. 溫(wen)度傳感(gan)器(qi)
3. GPIO 連接器(qi)
4. 平衡器
5. ISO-SPI 通道(dao)
6. 模擬濾波器
7. AFE電(dian)源(yuan)
1. 電(dian)壓檢(jian)測通(tong)道
電(dian)壓感應通道從電(dian)池(chi)(chi)組中的單個電(dian)池(chi)(chi)獲取讀數并將其發送到AFE，它還充當平衡電(dian)池(chi)(chi)的通道。
2. 溫度傳(chuan)感器
NTC熱敏(min)電(dian)(dian)阻溫(wen)度(du)傳感(gan)器是鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)安(an)全的(de)(de)關鍵組(zu)件(jian)。它們提供了在充電(dian)(dian)/放(fang)電(dian)(dian)循(xun)環(huan)期間保持鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)處于(yu)最佳狀態所需的(de)(de)臨界溫(wen)度(du)數據。溫(wen)度(du)傳感(gan)器將放(fang)置(zhi)在電(dian)(dian)池(chi)(chi)組(zu)的(de)(de)熱點中，以電(dian)(dian)壓的(de)(de)形式測量溫(wen)度(du)并(bing)將數據發送到 AFE。
3. 平衡器
當電(dian)池組中的電(dian)池之間出現超過限定的不平(ping)衡(heng)值時，AFE將向 BMS 中的平(ping)衡(heng)電(dian)路發(fa)出由 MCU 控(kong)制的觸發(fa)信號(hao)。
4. GPIO 連接(jie)器
GPIO 連接器(qi)用于額外功(gong)能(neng)與BMS的(de)連接，如冷卻(que)系(xi)統、接觸器(qi)控制、加熱(re)系(xi)統、點火、傳感器(qi)等(deng)。可以通(tong)過(guo)更改固件來啟動相關功(gong)能(neng)。
5. ISO-SPI 通道
ISO-SPI 通(tong)道(dao)用于從設備（傳感(gan)器(qi)電(dian)路(lu)）和主(zhu)設備（控制電(dian)路(lu)）之間的內部通(tong)信。
6. 模擬濾波器
它過濾(lv)電(dian)壓(ya)和溫度測量(liang)中(zhong)的電(dian)噪聲。
7. 電源 AFE
它代表 AFE 運行所(suo)需的電(dian)源(yuan)單元。通常，該電(dian)源(yuan)單元是(shi)從電(dian)池堆中(zhong)取出的。
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