BMS技术梳理
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发布时间：2022-11-27 00:19
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时间：2023-10-13 02:03
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
*：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
愿你出走半生，归来仍是少年…
