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高效提升電池壽命(ming)和安全性 | 基于ACM32 MCU的BMS應用方案
電池(chi)管理系(xi)統（BMS）通過(guo)監控電池(chi)的狀態(tai)，智能化管理及維護(hu)各個電池(chi)單元，從而防(fang)止電池(chi)出現過(guo)充電和過(guo)放電。優質(zhi)的電池(chi)管理系(xi)統能夠(gou)最大限(xian)度地延長電池(chi)整體(ti)使用壽命，有(you)效保障設備安全。
BMS電池管(guan)理概(gai)述
BMS，即電(dian)池管(guan)理系統(tong)（Battery Management System），隨著鋰(li)(li)電(dian)池的(de)(de)(de)廣(guang)泛應用，BMS作(zuo)為鋰(li)(li)電(dian)池的(de)(de)(de)“保姆”也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)被(bei)大眾所關注。相較于傳統(tong)電(dian)池，鋰(li)(li)電(dian)池具有更(geng)好的(de)(de)(de)能(neng)力密度，更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)工作(zuo)電(dian)壓，更(geng)低的(de)(de)(de)放(fang)電(dian)率。但鋰(li)(li)電(dian)池在(zai)面對過(guo)充(chong)、過(guo)放(fang)等問題(ti)時，相對脆(cui)弱。由(you)于鋰(li)(li)電(dian)池組(zu)在(zai)生產制造和使用過(guo)程中存在(zai)的(de)(de)(de)差(cha)異(yi)性，會導致電(dian)池單體(ti)之間(jian)天然就存在(zai)著不一致性。這(zhe)種不一致性主要表現在(zai)單體(ti)容量、內(nei)阻、自放(fang)電(dian)率、充(chong)放(fang)電(dian)效率等方面。單體(ti)的(de)(de)(de)不一致，會進一步導致過(guo)充(chong)、過(guo)放(fang)等問題(ti)，進而造成電(dian)池壽命下降甚至死亡或損(sun)壞。
圖(tu)1 | 容量不一致時充放電過(guo)程示意圖(tu)
如(ru)圖1所示，由(you)于(yu)(yu)電(dian)(dian)(dian)池單體的(de)差異，在充(chong)電(dian)(dian)(dian)時，低容(rong)量(liang)電(dian)(dian)(dian)池充(chong)電(dian)(dian)(dian)已飽(bao)和，而(er)較(jiao)(jiao)大容(rong)量(liang)的(de)電(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)量(liang)未滿，此時對于(yu)(yu)小容(rong)量(liang)單體來(lai)說，則處于(yu)(yu)過(guo)充(chong)狀態。相(xiang)反，放(fang)電(dian)(dian)(dian)時，較(jiao)(jiao)大容(rong)量(liang)的(de)電(dian)(dian)(dian)池仍然(ran)處于(yu)(yu)放(fang)電(dian)(dian)(dian)狀態，而(er)小容(rong)量(liang)電(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)量(liang)已空。有研究(jiu)表(biao)明，單體電(dian)(dian)(dian)芯20%的(de)容(rong)量(liang)差異，會帶來(lai)超過(guo)40%的(de)容(rong)量(liang)損失。
而(er)BMS模塊則是為避免(mian)該問題的(de)出現(xian)而(er)存(cun)在。BMS會實時監測單體的(de)容量，并采用電(dian)(dian)池(chi)均(jun)衡(heng)手(shou)段來(lai)保(bao)證電(dian)(dian)池(chi)的(de)正常工作。將不(bu)同容量的(de)單體比作體積不(bu)同的(de)水(shui)桶(tong)，而(er)電(dian)(dian)池(chi)的(de)電(dian)(dian)量好(hao)比是水(shui)桶(tong)中存(cun)留的(de)水(shui)。充(chong)放(fang)電(dian)(dian)時，BMS會將快滿的(de)“水(shui)桶(tong)”里面的(de)“水(shui)”轉移到較空(kong)的(de)“水(shui)桶(tong)”中，以(yi)此來(lai)保(bao)證整體電(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)量的(de)均(jun)衡(heng)，避免(mian)出現(xian)過(guo)充(chong)和過(guo)放(fang)的(de)問題。如(ru)圖2所示。
圖(tu)2 | BMS電池均(jun)衡示(shi)意圖(tu)
上海航(hang)芯BMS應用方案
上海航芯(xin)(xin)推出的(de)BMS應用方案(an)，采(cai)用ACM32F403/ACM32G103系列MCU作為主(zhu)控(kong)芯(xin)(xin)片，最高(gao)工作頻率(lv)可達180MHz/120MHz，內置最大(da)512KB的(de)eFlash和最大(da)192KB SRAM，滿足一般BMS算(suan)法庫的(de)需(xu)求。內置2Msps/3Msps采(cai)樣(yang)率(lv)12位ADC，實現對(dui)電芯(xin)(xin)電壓、電流、溫度等信號的(de)高(gao)頻采(cai)樣(yang)。具有USB/UART/CAN/SPI等多種通訊(xun)接(jie)口，足以(yi)應對(dui)大(da)多數(shu)應用場合（如需(xu)要485通信的(de)兩輪電動車(che)，需(xu)要CAN接(jie)口的(de)新(xin)能源汽車(che)等）。基于ACM32F403/ACM32G103的(de)BMS方案(an)結構(gou)示意圖如下圖所示：
圖(tu)3 | BMS系統框圖(tu)
ACM32F4/ACM32G1主控芯(xin)片，通過ADC對敏感信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)采樣，并(bing)依(yi)照BMS算法(fa)庫(ku)計算得到當前電池(chi)的SOC、SOH等數據(ju)，執行(xing)均衡(heng)以(yi)及熱管理控制，保證電池(chi)處于正(zheng)常的工作狀態。當出現問題時(shi)，支(zhi)持在線警(jing)報(bao)同時(shi)給出LED指示信(xin)號(hao)。整個系統的運行(xing)參(can)數可以(yi)通過CAN/USB/UART等接口進(jin)行(xing)上報(bao)。
