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HLW8112在BMS系統(tǒng)中的應(yīng)用

作者：合力為科技

來源：

發(fā)布時間：2020-01-13 11:00

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什么是BMS

電池管理系統(tǒng)（BATTERY MANAGEMENT SYSTEM）簡稱BMS，BMS是為了能夠提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過度充電和過度放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。BMS的功能包括電池工作狀態(tài)監(jiān)控、充放電管理，單體電池間均衡，其中均衡是電池管理的核心。

BMS一方面檢測電池實時狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)檢測值與允許值的比較關(guān)系控制供電回路的通斷；另一方面，將采集的關(guān)鍵數(shù)據(jù)上報給控制器，并接收控制器的指令，與其他系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。電池管理系統(tǒng)對于不同電芯類型，對管理系統(tǒng)的要求往往并不一樣。

BMS功能原理

電池管理系統(tǒng)，主要任務(wù)是保證電池系統(tǒng)的穩(wěn)定，從功能上劃分，主要有以幾部分：

1、電池參數(shù)檢測

電池參數(shù)的比較多，一般檢測單體電池電壓、溫度、煙霧檢測，絕緣檢測、碰撞檢測，還有總電流、總電壓。

2、電池狀態(tài)預(yù)測

包括荷電狀態(tài)（SOC）或放電深度（DOD）、健康狀態(tài)（SOH）、功能狀態(tài)（SOF）、能量狀態(tài)（SOE）、故障及安全狀態(tài)（SOS）。

電池的健康狀態(tài)（SOH, state of health）一直是電池管理系統(tǒng)比較難處理的方向，目前國內(nèi)的SOH估算方法大多采用通過當前電池荷電狀態(tài)與出廠額定荷電狀態(tài)比較，配合相關(guān)算法進行SOH估算。由于沒有測量電化學內(nèi)阻等參數(shù)，其效果并不理想。

3、在線故障診斷

在線故障診斷，包括故障檢測、故障類型判斷，故障定位、故障信息輸出等。故障檢測是指通過采集到的傳感器信號，采用診斷算法診斷故障類型，并進行早期預(yù)警電池故障是指電池組、高壓電回路、熱管理等各個子系統(tǒng)的傳感器故障、執(zhí)行器故障（如接觸器、風扇、泵、加熱器等），以及網(wǎng)絡(luò)故障、各種控制器軟硬件故障等。電池組本身故障是指過壓（過充）、欠壓（過放）、過電流、超高溫、內(nèi)短路故障、接頭松動、電解液泄漏、絕緣降低等。

4、電池安全控制與報警

包括熱系統(tǒng)控制、高壓電安全控制。BMS診斷到故障后，通過網(wǎng)絡(luò)通知整車控制器，并要求整車控制器進行有效處理（超過一定閾值時BMS也可以切斷主回路電源），以防止高溫、低溫、過充、過放、過流、漏電等對電池和人身的損害

5、充電控制

BMS中具有一個充電管理模塊，它能夠根據(jù)電池的特性、溫度高低以及充電機的功率等級，控制充電機給電池進行安全充電。

6、均衡控制

不一致性的存在使得電池組的容量小于組中最小單體的容量。電池均衡是根據(jù)單體電池信息，采用主動或被動、耗散或非耗散等均衡方式，盡可能使電池組容量接近于最小單體的容量。

因為電池間的個體差異，導致充電時，容量小的電池容易過充，放電時，容量最小的電池又容易過放，使電池受損，所以電池在成組以后的壽命遠遠低于單體電池的壽命。

均衡分為被動均衡和主動均衡。被動均衡有一種方法是電阻耗能式，在每一顆單體電池并聯(lián)一個電阻分流，耗能均衡就是將容量多的電池中的多余的能量消耗掉，實現(xiàn)整組電池電壓的均衡。

主動均衡，是以能量轉(zhuǎn)移的方式，將單體能量高的轉(zhuǎn)移到單體能量低的，或用整組能量補充到單體最低的電池，在執(zhí)行過程中需要一個儲能環(huán)節(jié)，能量通過這個環(huán)節(jié)重新分配。

7、熱管理

根據(jù)電池組內(nèi)溫度分布信息及充放電需求，決定主動加熱/散熱的強度，使得電池盡可能工作在最適合的溫度，充分發(fā)揮電池的性能

8、通信

BMS需要與整車控制器等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通信；同時，BMS在車輛上拆卸不方便，需要在不拆殼的情況下進行在線標定、監(jiān)控、自動代碼生成和在線程序下載（程序更新而不拆卸產(chǎn)品）等，一般的車載網(wǎng)絡(luò)均采用CAN總線技術(shù)。

9、信息存儲

用于存儲關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如SOC、SOH、SOF、SOE、累積充放電Ah數(shù)、故障碼和一致性等。車輛中的真實BMS可能只有上面提到的部分硬件和軟件。每個電池單元至少應(yīng)有一個電池電壓傳感器和一個溫度傳感器。

HLW8112直流計量方案

BMS中的充電控制功能，可以使用HLW8112進行測量。

HLW8112可以測量直流信號，如下圖所示，測量直流信號時，需要先將HLP（高通濾波器關(guān)閉）,并將DC_MODE置1，這樣就可以使得直流信號進入芯片的內(nèi)部采樣模塊進行采樣。

下圖是HLW8112直流應(yīng)用的典型電路，可以根據(jù)被測信號的量程來修改前端采樣電路，比如，最大測量電流是6A，可以放大1mR采樣電阻，需遵循公式：I*R<(800mV/1.414/PGA);

直流電壓采樣:V(被測電壓)/(1K/(20K*5)) < (800mV/1.414/PGA)。

通過HLW8112可以測量電池組的充電電量和放電電量，同時可以采集充電電壓數(shù)據(jù)、充電電流、充電功率和消耗的電量。

漏電檢測電路說明

因為HLW8112 還具有漏電檢測功能，這樣可以在充電的過程中，可以監(jiān)測在充電過程

中是否有漏電行為發(fā)生，一旦發(fā)生漏電，可以實時上報，降低安全風險。

當B通道用作漏電檢測通道使用時，需關(guān)閉B通道的電流檢測開關(guān)，使能比較器功能。

在設(shè)計漏電檢測電路時，需要考慮到一旦發(fā)生漏電，經(jīng)由互感器變比之后的電流信號流經(jīng)RL(互感器后端的跨接電阻)之后，為了不損壞芯片，需要在輸入信號端使用TVS管，這樣在漏電電流比較大的情況下，就會使得RL兩端的電壓超出HLW8112 信號輸入管腳的可承受電平，這時TVS管就會發(fā)揮作用，將電壓鉗位。