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浅析锂电池保护板（BMS）系统设计思路（一）

2017-05-11 14:28:19 浏览次数：7825

浅析锂电池保护板（BMS）系统设计思路（一）

什么是BMS？
首先必须弄懂一个定义，什么是BMS？

BMS其实就是BATTERY MANAGEMENT SYSTEM的缩写，中文名字叫电池管理系统，顾名思义，是专门用来进行锂电池运行管理的模块，对象是锂电池。

对于一般的终端用户而言，锂电池保护板其实并不存在，或者说，他们并不知道正在自己使用的产品中还有这么一个东西。比如说电动车，100%的用户都知道电动车上面有电池，因为电池提供了能源，但我敢保证，最多有1%的用户知道还有锂电池保护板这个东西的存在。

BMS的存在感之所以如此低，完全是因为它并不能和用户产生直接的交流，也并不能与用户发生频繁的交互，就算是偶尔产生了一些数据，不过这些数据也是通过某些仪表盘传递给用户观测，当用户看见仪表盘上的红灯时只会说：“嗯，车子好像是坏掉了，质量真差。”

话说回来，BMS虽然存在感低，不过它存在的意义却是丝毫不亚于仪表，甚至可以说是比仪表还重要，因为他可以检测出这辆车子的能源系统是否坏掉了，只有拥有BMS系统，用户才可能在不冒险的情况下知道这辆车到底是好是坏。

如果有一个行业内的嵌入式工程师要买一辆电动车，在一辆没有显示仪表和BMS板子的电动车中进行选择，那么他肯定不敢选后者，因为如果电动车没有了仪表，那么用户体验会极差，但如果电动车没有了BMS……与其说是一辆电动车，还不如说是一辆随时可能发生被激活的炸弹。

那么BMS在能源领域为什么如此重要？BMS的存在到底有什么意义？

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本文便从一个底层工程师的角度，以电动车用的BMS模块作为例子专门对锂电池的保护板设计进行一些探讨，并且会给出一个参考方案，当然由于笔者能力有限，水平一般，如果文中出现了错误或者纰漏，请直接指出。

BMS的大体需求是什么？
当设计团队拿到一个项目，开始开发的时候，首先必须要搞清楚的便是项目的需求，这个需求可不仅仅是老板口头上说几句话，而是需要一个切实的、详细的、标准的文档，文档要以1、2、3为结构，明确的把所有的需求点给罗列出来。

我们现在拿到了一个项目：低速电动车的BMS板。

只要项目立项成功，那么作为产品经理，或者团队leader，则列出需求文档是必须要做的事情。

锂电池管理系统，其中重点二字在于“管理”，要想实现管理功能，必然需要两个模块，第一：监测。第二：控制。只有在我能够监测这个系统的前提下，我才能控制这个系统。

由此为核心点，我便可以慢慢的罗列出大致需求：

监测能源系统，能够实时读出锂电池的所有状态。
控制能源系统，根据锂电池的状态，在需要的时候进行干预（比如断开/闭合充放电回路的MOS管）。

保护功能如何实现？
数据采集

电池系统的大致需求分为采集和控制，那么采集的都会有什么数据？

电压
电流
温度
作为一个以管理锂电池的系统而言，以上3点是我们要重点监测的数据，如果系统超级简单，采集的点只有3、4个，那么直接使用MCU的AD接口进行读取信息便可，但在实际中几乎不可能存在这种情况，通常所用的采集的方式一般是使用模拟前端。

系统信息
电压：锂电池本身的化学特性决定了我们必须要对电压进行保护，所谓的电压保护，是我们必须要保证锂电池的电压永远在合适的范围之类，不能让电压过低，因为其内部存储电能是靠电化学一种可逆的化学变化实现的，过度的放电会导致这种化学变化有不可逆的反应发生，因此锂电池最怕过放电，一旦放电电压低于2.7V，将可能导致电池永久性损坏，也就是报废。同时也不能让电压过高，因为电池一旦过度充电，导致的危害远远大于过放，过放最多损坏电池，不会对周围造成危害，而过充则可能导致电池温度升高，以至于发生自燃甚至爆炸，这种危害是致命的。

电流：所谓的电流保护，也是我们必须要保证，无论是充电还是放电，电流都不能过大，大家都清楚的短路便是过流的一种体现，当系统正负极直接接触，导线电阻极小，导致电流极大，极大的电流又会产生大量的热，从而引发的燃烧和爆炸是很致命的。其实，就算不是短路，但过大的电流依然会导致电池内部发热，这样也极有可能会造成永久性的损害。

温度：温度保护不用多言，除开锂电池本身的化学特性导致它不能在极端温度下使用之外，我想任何一个类似的系统，为了安全起见都应该考虑到温度。

看到这里大家也应该明白了，锂电池保护系统的逻辑其实很简单，无非就是一些判断，以及MOS管的控制，这些东西只要是有过软件基础的大学生应该都能实现。

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