HLW8112在BMS系統(tǒng)中的應(yīng)用
作者： 合力為科技
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發(fā)布時(shí)間：2020-01-13 11:00
什么是BMS
電池管理系統(tǒng)（BATTERY MANAGEMENT SYSTEM）簡(jiǎn)稱(chēng)BMS，BMS是為了能夠提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過(guò)度充電和過(guò)度放電，延長(zhǎng)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(cè)電池實(shí)時(shí)狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)檢測(cè)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(bào)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(duì)于不同電芯類(lèi)型，對(duì)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(cè)
電池參數(shù)的比較多，一般檢測(cè)單體電池電壓、溫度、煙霧檢測(cè)，絕緣檢測(cè)、碰撞檢測(cè)，還有總電流、總電壓。
2、 電池狀態(tài)預(yù)測(cè)
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(guó)內(nèi)的SOH估算方法大多采用通過(guò)當(dāng)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(jìn)行SOH估算。由于沒(méi)有測(cè)量電化學(xué)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(cè)、故障類(lèi)型判斷，故障定位、故障信息輸出等。故障檢測(cè)是指通過(guò)采集到的傳感器信號(hào)，采用診斷算法診斷故障類(lèi)型，并進(jìn)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(gè)子系統(tǒng)的傳感器故障、執(zhí)行器故障（如接觸器、風(fēng)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(guò)壓（過(guò)充）、欠壓（過(guò)放）、過(guò)電流、超高溫、內(nèi)短路故障、接頭松動(dòng)、電解液泄漏、絕緣降低等。
4、 電池安全控制與報(bào)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(guò)網(wǎng)絡(luò)通知整車(chē)控制器，并要求整車(chē)控制器進(jìn)行有效處理（超過(guò)一定閾值時(shí)BMS也可以切斷主回路電源），以防止高溫、低溫、過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、漏電等對(duì)電池和人身的損害
5、 充電控制
BMS中具有一個(gè)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(jī)的功率等級(jí)，控制充電機(jī)給電池進(jìn)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(dòng)或被動(dòng)、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?yàn)殡姵亻g的個(gè)體差異，導(dǎo)致充電時(shí)，容量小的電池容易過(guò)充，放電時(shí)，容量最小的電池又容易過(guò)放，使電池受損，所以電池在成組以后的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于單體電池的壽命。
均衡分為被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡。被動(dòng)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(gè)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(shí)現(xiàn)整組電池電壓的均衡。
主動(dòng)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(bǔ)充到單體最低的電池，在執(zhí)行過(guò)程中需要一個(gè)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，能量通過(guò)這個(gè)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(dòng)加熱/散熱的強(qiáng)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(chē)控制器等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信；同時(shí)，BMS在車(chē)輛上拆卸不方便，需要在不拆殼的情況下進(jìn)行在線標(biāo)定、監(jiān)控、自動(dòng)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(chē)載網(wǎng)絡(luò)均采用CAN總線技術(shù)。
9、 信息存儲(chǔ)
用于存儲(chǔ)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(chē)輛中的真實(shí)BMS可能只有上面提到的部分硬件和軟件。每個(gè)電池單元至少應(yīng)有一個(gè)電池電壓傳感器和一個(gè)溫度傳感器。
HLW8112直流計(jì)量方案
BMS中的充電控制功能，可以使用HLW8112進(jìn)行測(cè)量。
HLW8112可以測(cè)量直流信號(hào)，如下圖所示，測(cè)量直流信號(hào)時(shí)，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(hào)進(jìn)入芯片的內(nèi)部采樣模塊進(jìn)行采樣。
下圖是HLW8112直流應(yīng)用的典型電路，可以根據(jù)被測(cè)信號(hào)的量程來(lái)修改前端采樣電路，比如，最大測(cè)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(cè)電壓)/(1K/(20K*5)) < (800mV/1.414/PGA)。
通過(guò)HLW8112可以測(cè)量電池組的充電電量和放電電量，同時(shí)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(cè)電路說(shuō)明
因?yàn)?/span>HLW8112 還具有漏電檢測(cè)功能，這樣可以在充電的過(guò)程中，可以監(jiān)測(cè)在充電過(guò)程
中是否有漏電行為發(fā)生，一旦發(fā)生漏電，可以實(shí)時(shí)上報(bào)，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。
當(dāng)B通道用作漏電檢測(cè)通道使用時(shí)，需關(guān)閉B通道的電流檢測(cè)開(kāi)關(guān)，使能比較器功能。
在設(shè)計(jì)漏電檢測(cè)電路時(shí)，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(hào)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(hào)端使用TVS管，這樣在漏電電流比較大的情況下，就會(huì)使得RL兩端的電壓超出HLW8112 信號(hào)輸入管腳的可承受電平，這時(shí)TVS管就會(huì)發(fā)揮作用，將電壓鉗位。
如上圖所示，為防止漏電電流過(guò)大，引導(dǎo)起R5端電壓過(guò)大，燒壞芯片管腳，要在B通道的入口處增加TVS 管，一般TVS管可以選用3.3V或5V。
HLW8112電流通道B還可以作為比較器的信號(hào)輸入，當(dāng)輸入信號(hào)的峰峰值超過(guò)內(nèi)部比較器設(shè)定的閾值125mV，比較器就會(huì)輸出高電平，比較器輸出的信號(hào)可通過(guò)INT1/INT2 以中斷方式輸出，反應(yīng)速度約在30ms左右。
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