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高效提升電池壽命和安全性 | 基于A(yíng)CM32 MCU的BMS應用方案
電池管理系統（BMS）通過(guò)監控電池的狀態(tài)，智能化管理及維護各個(gè)電池單元，從而防止電池出現過(guò)充電和過(guò)放電。優(yōu)質(zhì)的電池管理系統能夠最大限度地延長(cháng)電池整體使用壽命，有效保障設備安全。
BMS電池管理概述
BMS，即電池管理系統（Battery Management System），隨著(zhù)鋰電池的廣泛應用，BMS作為鋰電池的“保姆”也越來(lái)越被大眾所關(guān)注。相較于傳統電池，鋰電池具有更好的能力密度，更高的工作電壓，更低的放電率。但鋰電池在面對過(guò)充、過(guò)放等問(wèn)題時(shí)，相對脆弱。由于鋰電池組在生產(chǎn)制造和使用過(guò)程中存在的差異性，會(huì )導致電池單體之間天然就存在著(zhù)不一致性。這種不一致性主要表現在單體容量、內阻、自放電率、充放電效率等方面。單體的不一致，會(huì )進(jìn)一步導致過(guò)充、過(guò)放等問(wèn)題，進(jìn)而造成電池壽命下降甚至死亡或損壞。
圖1 | 容量不一致時(shí)充放電過(guò)程示意圖
如圖1所示，由于電池單體的差異，在充電時(shí)，低容量電池充電已飽和，而較大容量的電池電量未滿(mǎn)，此時(shí)對于小容量單體來(lái)說(shuō)，則處于過(guò)充狀態(tài)。相反，放電時(shí)，較大容量的電池仍然處于放電狀態(tài)，而小容量電池電量已空。有研究表明，單體電芯20%的容量差異，會(huì )帶來(lái)超過(guò)40%的容量損失。
而B(niǎo)MS模塊則是為避免該問(wèn)題的出現而存在。BMS會(huì )實(shí)時(shí)監測單體的容量，并采用電池均衡手段來(lái)保證電池的正常工作。將不同容量的單體比作體積不同的水桶，而電池的電量好比是水桶中存留的水。充放電時(shí)，BMS會(huì )將快滿(mǎn)的“水桶”里面的“水”轉移到較空的“水桶”中，以此來(lái)保證整體電池電量的均衡，避免出現過(guò)充和過(guò)放的問(wèn)題。如圖2所示。
圖2 | BMS電池均衡示意圖
上海航芯BMS應用方案
上海航芯推出的BMS應用方案，采用ACM32F403/ACM32G103系列MCU作為主控芯片，最高工作頻率可達180MHz/120MHz，內置最大512KB的eFlash和最大192KB SRAM，滿(mǎn)足一般BMS算法庫的需求。內置2Msps/3Msps采樣率12位ADC，實(shí)現對電芯電壓、電流、溫度等信號的高頻采樣。具有USB/UART/CAN/SPI等多種通訊接口，足以應對大多數應用場(chǎng)合（如需要485通信的兩輪電動(dòng)車(chē)，需要CAN接口的新能源汽車(chē)等）?；贏(yíng)CM32F403/ACM32G103的BMS方案結構示意圖如下圖所示：
圖3 | BMS系統框圖
ACM32F4/ACM32G1主控芯片，通過(guò)ADC對敏感信號進(jìn)行采樣，并依照BMS算法庫計算得到當前電池的SOC、SOH等數據，執行均衡以及熱管理控制，保證電池處于正常的工作狀態(tài)。當出現問(wèn)題時(shí)，支持在線(xiàn)警報同時(shí)給出LED指示信號。整個(gè)系統的運行參數可以通過(guò)CAN/USB/UART等接口進(jìn)行上報。
