BMS电池管理系统技术探析--控制篇.pdf

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BMS电池管理系统技术探析电池管理系统技术探析-控制篇控制篇1.控制控制概略概略针对混合动力、纯电动及不间断电源，有很多控制方案，选择什么方案主要取决于成本控制，也许还有设计者的设计习惯。

Therearevarioussolutionsofcontroltohybrid,electricvehicleanduninterruptpowersupplysystem.Selectingofsolution，perhapsaffectedbyhabitofitsdesigner,dependsmainlyonthecost.无论应用于何处，两个基本控制是必不可少的：

放电控制和充电控制。

当电池状况正常时，放电控制保证放电回路接通，充电控制保证充电回路接通。

当电池出现异常时，根据异常情况作出是切断充电回路还是切断放电回路。

Whereverapplicationis,twobasiccontrolsareinexpensible:

dischargecontrolandchargecontrol.Whenbatteryisok,dischargecontrolguaranteesthedischargingcircuitison,andchargecontrolguaranteeschargingcircuitison.Whensomethingiswrongwiththebattery,actionshouldbetakentocutoffchargingcircuitordischargingcircuit.一般情况下，当发生单体欠压、或电池温度过高时、或电流过大，要切断放电回路。

而当单体过压、或电池温度过高或过低、或者电流过大时都要切断充电回路。

Generally,whenCellVoltageisoverlow,orbatterytemperatureisoverhigh,ordischargingcurrentisoverhigh,thedischargingcircuitshouldbecutoff.WhenCellVoltageisoverhigh,orbatterytemperatureisoverhigh,oroverlow,orchargingcurrentisoverhigh,thechargingcircuitshouldbecutoff.在车载应用场合，将充电、放电控电合并一起来进行控制是可以的，这样可以省去一个继电器，因为大功率继电器还是比较昂贵的。

但在UPS应用中，充放电控制必须分开。

Forsolutionstovehicle,Chargecontrolanddischargecontrolcanbemultiplexedinordertosaveonecontactor,usually,highpowercontactorisveryexpensive.ButinUPSapplication,chargecontrolanddischargecontrolshouldbeseperated.实际上，一旦电压越过充电或放电门槛，导致电路被切断。

充放电回路被切断后，电压一般较快的恢复到正常值。

一旦电压回到正常值，接触器会重新接通。

接触器在切断和接通之间频繁动作会缩短接触器寿命，所以一般都设定一定的回滞电压，以避免接触器在切断和接通之间频繁动作。

当充电控制和放电控制合并一块时，一旦发生过充而导致电路被切断后，此时希望能够放电也是不可能的，因为充放电经由同一个继电器，这显然听起来很不合理。

反之亦然，当发生过放而导致电路被切断后，此时想充电也是不可能。

这就发生死锁的情况，死锁情况下可以通过切断控制模块的电源，使得控制回到初态，重新接通电路。

在车上，可以通过关掉钥匙重新打到ON档实现。

但UPS是没有人看护的，死锁无法解除。

所以在车辆应用中可以将充放电合在一起，而在UPS中就不能这么做。

Infact,oncethevoltagepassesoverthethreshold,thecircuitwillbecutoff.Aftercircuitiscutoff,voltagewillgoesback.Oncethevoltagegoesnormal,contactorwillbeonagain.ThefrequentshufflingbetweenONandOFFleadstoshorteninglifeofcontactor.Sohysteresishasbeenusedtoavoidfrequentshuffling.Whenchargeanddischargecontrolhasbeenunified.Onceover-charginghappens,whichleadstocutting-offofcircuit,attemptstodischargingbecomesimpossiblebecausechargeanddischargesharethecommoncontactor.Viceversa,chargebecomesimpossiblewhenover-dischargehappenswhichresultsincuttingofcontactor.Thisisso-calleddeadlock.Whendeadlockhappens,itcanbesolvedbypoweringoffBMScontrolmoduleviavehiclekey.ButinUPS,BMSrunsunattendently,deadlockcantbebroken.Therefore,inUPS,chargeanddischargeshouldbecontrolledseparately.BMS电池管理系统技术探析电池管理系统技术探析-控制篇控制篇上海上海妙益妙益电子电子科技科技发展发展有限有限公司公司上海市闸北区江场三路56号202室，电话：

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图14-1控制电路接口Fig.14-1InterfaceofControlCircuit控制电路如图14-1所示，在早期的产品中，当电池状态正常时，Q是断开的，此时Bp和N1/N2/N3/N4的电压相等，均为电源电压。

反之，当电池状态异常时，Q导通，此时N1/N2/N3/N4对地导通，此时Bp为电源电压，而N1/N2/N3/N4的电压小于1V。

这种控制方法的缺点是，当模块没有供电时，Q也是断开的，此时如果电池异常，控制失去保护作用。

现代产品中，控制策略反过来了，即电池状况正常时，Q是导通的，反之，Q断开。

当模块没有供电时，Q一定是断开的。

ThecontrolcircuitisillustratedinFig.14-1.Inearlyproduc,whenbatteryisok,Qturnsoff,thevoltageofN1/N2/N3/N4isequaltovoltageofBpwhichisthepowersupply,otherwise,iebatteryisabnormal,Qturnson,hevoltageofN1/N2/N3/N4isunder1V.Theshortcomingofthiscontrolisthatwhenmodulepowersdown,QremainsOFF.Insuchcircumstance,ifbatteryisabnormal,protectionisinvalid.InModernBMS,methodofcontrolhasbeencorrected.Whenbatteryisnormal,QkeepsON,otherwise,itkeepsOFF.Whenmodulehasnopowersupply,QkeepsOFF.每个输出的功能是由参数决定的.如图14-2所示，在参数表8的位置0填决定N1功能的控制码，在参数表8的位置1填决定N2功能的控制码。

填写正确的模块编号，点击取参数按钮，可以查看参数值.控制码列表如下：

Thefunctionofeachoutputisdefinedbyparameters.ThefunctionofN1isdeterminedbyfunctioncodestoredinposition0ofparametertable8（ParamNo.8inFig.14-2）.ThefunctionofN2isdeterminedbyfunctioncodestoredinposition1ofparametertable8（ParamNo.8inFig.14-2）.FillthecorrectModuleNo.youcanfetchparameterfromthemodule.Thefunctioncodesarelistedbelow:

1SOC状态/thestateofSOC2电池状态/ThestateofBattery3充放电总控/Charge/DischargeControl,whennothingwrong,outputhasbeendriventoground.4过放保护/DischargeProtect,whensomethingwrongduringdischarge,outputhasbeendriventoground5过充保护/ChargeProtect,whensomethingwrongduringcharge,outputhasbeendriventoground6限功输出/Restrictedloadcontrol7风扇控制/FantocoolbatteryBMS电池管理系统技术探析电池管理系统技术探析-控制篇控制篇上海上海妙益妙益电子电子科技科技发展发展有限有限公司公司上海市闸北区江场三路56号202室，电话：

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8自动充电控制/Auto-chargecontrol.AutochargewillbetriggeredwhencertaintimepassesorSOCgoeslow.9保留reserved10保留reserved11保留reserved12过放保护，与功能4相反/DischargeProtectcontrarytofunction4,whennothingwrongduringdischarge,outputhasbeendriventoground13过充保护，与功能5相反/DischargeProtectcontrarytofunction5,whennothingwrongduringdischarge,outputhasbeendriventoground图14-2输出控制码Fig.14-2ControlCodeforOutput14保留reserved15保留reserved16保留reserved17预充控制/Precharge2.车载车载控制策略控制策略/SolutionstoVehicle车载控制又分混动和纯电控制。

混动由于有发动机存在，一般不担心电池能量会耗尽，因为发动机随时可以给电池补电，所以一般不会有限功设备，因而就没有限功控制。

在纯电动车上，电能只能在特定地点充电，所以在电能耗尽前，必须确保车辆能行驶到充电地点，否则瘫在半道是个很麻烦的事。

所以对纯电动车辆来说，一般都会增加限功控制，也就是说当剩余能量降低到一定程度时，剩余能量除用于行驶外，其他诸如扫地作业、割草作业等都被关闭。

一般把除行驶之外的输出归纳到限功输出。

Vehiclecontrolhasbeendividedintohybridvehiclecontrolandelectricvehiclecontrol.YouneednottoBMS电池管理系统技术探析电池管理系统技术探析-控制篇控制篇上海上海妙益妙益电子电子科技科技发展发展有限有限公司公司上海市闸北区江场三路56号202室，电话：

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worryaboutrunningoutofelectricenergybecausethereisaengineinvehiclewhichmaybeusedtogeneratingelectricpowertochargebattery.Therefore,rectrictingofpowerisnotnecessaryinhybridvehicle.However,inelectricvehicle,chargecanonlybedoneincertainplace,sobeforetheelectricenergyrunsout,vehicleshouldbedriventochargingplace.Itwouldbeaembarrassingsituationthatenergyrunsoutinhalfwaytochargingplace.Therefore,forelectricvehicle,operationsfunctionsuchassweeping,mawningshouldbeturnedoffwhenleftenergyisnotmuch.Generallyfunctionswhichareirrelevanttodrivingaredesignatedasrestrictedload.有时为了改善系统电磁兼容特性或是为了加强制动能量的回收，在驱动电机前设置超级电容。

由于超级电容的内阻非常小，在给超级电容充电时，电流会非常大，会超出电路的承受。

所以一般电路里设置预充电路，预充电路里设置了限流电阻，使得充电电流控制在一定范围之内。

钥匙打开后，先启动预充电路，经一定延时，或测量到超级电容充满的情况下再接通主控回路。

Sometimes,inordertoimprovetheperformanceofEMCortotakebackenergyoutofbraking,supercapacitorisintroduced.Becausetheinteriorresistanceofsupercapacitorissmall,charginecurrentmayoverpasstheenduranceofcircuit,theprechargecircuitisintroducedintothevehicle.Whenkeyturnson,prechargecircuitwillturnonbeforethemaincircuitturnsonforacirtaintimeorthecapacitorhasbeenchargedtofull.当车辆行驶在冰寒地区时，还要考虑电池的加热问题，因为电池在低温时，性能显著下降。

一般大家都认为，低温时给电池充电还会降低电池的使用寿命。

所以有些车辆上还要引入加热控制。

Heatingmustbetakenintoaccount,becausebatteryperformancedegradedastemperaturegoestoolow.Generally,peoplebelievethatlifecanbeshortenedifchargeabatteryunderverylowtemperature.Therefore,Heatingcontrolhasbeenintroducedtosomevehicles.图14-3最简单的车载控制电路Fig.14-3ThesimplestcontrolcircuitforvehicleBMS电池管理系统技术探析电池管理系统技术探析-控制篇控制篇上海上海妙益妙益电子电子科技科技发展发展有限有限公司公司上海市闸北区江场三路56号202室，电话：

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图14-4带预充电控制的车载控制电路Fig.14-4Controlcircuitwithpre-chargeforvehicle图14-5带预充电控制和限功控制的车载控制电路Fig.14-5Controlcircuitwithpre-chargeandrestrictedloadforvehicleBMS电池管理系统技术探析电池管理系统技术探析-控制篇控制篇上海上海妙益妙益电子电子科技科技发展发展有限有限公司公司上海市闸北区江场三路56号202室，电话：

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图14-6带预充电控制、限功控制及加热的车载控制电路Fig.14-6Controlcircuitwithpre-chargeandrestrictedloadandheatingforvehicle以下是过充、过放分开控制的电路。

Infollowingcircuit,Chargeanddischargeareseparatedcontrolled.图14-7最简单的分控车载控制电路Fig.14-7ThesimplestseparatedcontrolcircuitforvehicleBMS电池管理系统技术探析电池管理系统技术探析-控制篇控制篇上海上海妙益妙益电子电子科技科技发展发展有限有限公司公司上海市闸北区江场三路56号202室，电话：

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图14-8带预充电控制的车载分控电路Fig.14-8Separatecontrolcircuitwithpre-chargeforvehicle图14-9带预充电及加热控制的车载分控电路Fig.14-9Separatecontrolcircuitwithpre-chargeandheatingforvehicle3.UPS控制策略控制策略/SolutionstoUPSBMS电池管理系统技术探析电池管理系统技术探析-控制篇控制篇上海上海妙益妙益电子电子科技科技发展发展有限有限公司公司上海市闸北区江场三路56号202室，电话：

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图14-10UPS用控制电路Fig.14-10ControlCircuitforUPSUPS用控制电路是不可以合并的，否则达不到不间断供电的效能。

图14-10是一个经典的用于UPS的控制电路图。

ChargeanddischargeControlcircuitforUPScantbemergedtoonecircuitoruninterruptpowersupplycantbeguaranteed.