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淺析鋰電池保護板（BMS）系統設計思路（一）

2017-05-11 14:28:19 瀏覽次數：5392

淺析鋰電池保護板（BMS）系統設計思路（一）

什么是BMS？
首先必須弄懂一個定義，什么是BMS？

BMS其實就是BATTERY MANAGEMENT SYSTEM的縮寫，中文名字叫電池管理系統，顧名思義，是專門用來進行鋰電池運行管理的模塊，對象是鋰電池。

對于一般的終端用戶而言，鋰電池保護板其實并不存在，或者說，他們并不知道正在自己使用的產品中還有這么一個東西。比如說電動車，100%的用戶都知道電動車上面有電池，因為電池提供了能源，但我敢保證，最多有1%的用戶知道還有鋰電池保護板這個東西的存在。

BMS的存在感之所以如此低，完全是因為它并不能和用戶產生直接的交流，也并不能與用戶發生頻繁的交互，就算是偶爾產生了一些數據，不過這些數據也是通過某些儀表盤傳遞給用戶觀測，當用戶看見儀表盤上的紅燈時只會說：“嗯，車子好像是壞掉了，質量真差�！�

話說回來，BMS雖然存在感低，不過它存在的意義卻是絲毫不亞于儀表，甚至可以說是比儀表還重要，因為他可以檢測出這輛車子的能源系統是否壞掉了，只有擁有BMS系統，用戶才可能在不冒險的情況下知道這輛車到底是好是壞。

如果有一個行業內的嵌入式工程師要買一輛電動車，在一輛沒有顯示儀表和BMS板子的電動車中進行選擇，那么他肯定不敢選后者，因為如果電動車沒有了儀表，那么用戶體驗會極差，但如果電動車沒有了BMS……與其說是一輛電動車，還不如說是一輛隨時可能發生被激活的炸彈。

那么BMS在能源領域為什么如此重要？BMS的存在到底有什么意義？

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本文便從一個底層工程師的角度，以電動車用的BMS模塊作為例子專門對鋰電池的保護板設計進行一些探討，并且會給出一個參考方案，當然由于筆者能力有限，水平一般，如果文中出現了錯誤或者紕漏，請直接指出。

BMS的大體需求是什么？
當設計團隊拿到一個項目，開始開發的時候，首先必須要搞清楚的便是項目的需求，這個需求可不僅僅是老板口頭上說幾句話，而是需要一個切實的、詳細的、標準的文檔，文檔要以1、2、3為結構，明確的把所有的需求點給羅列出來。

我們現在拿到了一個項目：低速電動車的BMS板。

只要項目立項成功，那么作為產品經理，或者團隊leader，則列出需求文檔是必須要做的事情。

鋰電池管理系統，其中重點二字在于“管理”，要想實現管理功能，必然需要兩個模塊，第一：監測。第二：控制。只有在我能夠監測這個系統的前提下，我才能控制這個系統。

由此為核心點，我便可以慢慢的羅列出大致需求：

監測能源系統，能夠實時讀出鋰電池的所有狀態。
控制能源系統，根據鋰電池的狀態，在需要的時候進行干預（比如斷開/閉合充放電回路的MOS管）。

保護功能如何實現？
數據采集

電池系統的大致需求分為采集和控制，那么采集的都會有什么數據？

電壓
電流
溫度
作為一個以管理鋰電池的系統而言，以上3點是我們要重點監測的數據，如果系統超級簡單，采集的點只有3、4個，那么直接使用MCU的AD接口進行讀取信息便可，但在實際中幾乎不可能存在這種情況，通常所用的采集的方式一般是使用模擬前端。

系統信息
電壓：鋰電池本身的化學特性決定了我們必須要對電壓進行保護，所謂的電壓保護，是我們必須要保證鋰電池的電壓永遠在合適的范圍之類，不能讓電壓過低，因為其內部存儲電能是靠電化學一種可逆的化學變化實現的，過度的放電會導致這種化學變化有不可逆的反應發生，因此鋰電池最怕過放電，一旦放電電壓低于2.7V，將可能導致電池永久性損壞，也就是報廢。同時也不能讓電壓過高，因為電池一旦過度充電，導致的危害遠遠大于過放，過放最多損壞電池，不會對周圍造成危害，而過充則可能導致電池溫度升高，以至于發生自燃甚至爆炸，這種危害是致命的。

電流：所謂的電流保護，也是我們必須要保證，無論是充電還是放電，電流都不能過大，大家都清楚的短路便是過流的一種體現，當系統正負極直接接觸，導線電阻極小，導致電流極大，極大的電流又會產生大量的熱，從而引發的燃燒和爆炸是很致命的。其實，就算不是短路，但過大的電流依然會導致電池內部發熱，這樣也極有可能會造成永久性的損害。

溫度：溫度保護不用多言，除開鋰電池本身的化學特性導致它不能在極端溫度下使用之外，我想任何一個類似的系統，為了安全起見都應該考慮到溫度。

看到這里大家也應該明白了，鋰電池保護系統的邏輯其實很簡單，無非就是一些判斷，以及MOS管的控制，這些東西只要是有過軟件基礎的大學生應該都能實現。

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