电池管理系统你了解多少？

big_gun

电池管理系统(BMS)是一个电子系统或电路，监测充电，放电，温度和其他影响电池或电池组状态的因素。它用于监视和维护电池的健康状况和容量。
) D8 @( o6 @, k) D' R1 ?* q$ I9 @* T今天的 BMS 设备是先进的，经常会提供弹出式通知，就像你在笔记本电脑或智能手机上经历的那样。这些系统至少应提供:
$ I# |$ E8 h) Q, Y& y  o•    电池寿命和整体健康状况(健康状况)
•    温度和状态监测(安全操作区)
•    电压监视(充电状态)
4 z7 o- F: ?/ ^+ }, Z•    充电时间
3 i2 \% X% }, S! Y/ S4 J  q电池管理系统也可能根据应用程序提供额外的特性。例如，在电动汽车中，一个 BTS 显示器可以报告在下一次充电前车辆可以安全行驶多少英里或公里。
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在本文中，我们将了解电池管理系统如何工作，包括如何计算和监视电池寿命。
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由 BMS 提供的笔记本电脑需要充电前电池寿命的典型指示。
了解 BMS 电池管理系统可以预测电池的健康状况和容量，其总体目标是准确地显示剩余的使用时间。它还经常监控电池的充电和放电。
一般来说，BMS 从电池接收输入信号，监控信号，在算法中处理，然后生成输出信号。输出数据包括变化状态(SOC)、健康状态(SOH)以及故障和状态信号。
BMS 可以用于单个电池或多个电池组。下面的电路显示三个单元串联在一起，BMS 测量总电压，以及每个单元的电压。它还通过分流电流或霍尔效应传感器监测电流。
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还有金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet) ，如充电或放电控制场效应发射器(CFETs 和 dfet) ，提供集成的充电和放电能力。这些 mosfet 提供了额外的安全优势，在故障条件下终止充电或负载。在这种情况下，充电器和负载连接到“通信”
安全操作区
7 l7 L- [+ ~/ D/ M, W# B一个 BMS 提供安全和可靠的电池使用。例如，它可以保护电池免受过高或过低的温度条件，免受过充或过放电。
7 U0 Q. O7 [1 |: ~工作温度和工作电压应该始终在安全工作区域(SOA)内，如下面的电压与温度曲线图所示。图中的数值应该始终跟随 BMS 制造商的数据表，因为不同的系统是可用的。

如果电池的温度超过 SOA 由于过热或过热的条件，这是一个超温条件。它被认为是危险的，因为它可以融化电池和电路。一个塑料电池盒通常会在华氏200度左右开始软化，在华氏300度以上开始融化。在极端情况下，电池也可能熔化或爆炸。
4 e: \8 M( v% Z( l6 t就像高温会加速化学反应一样，低温也会减慢化学反应的速度。低温状态可能由低温或冰冻温度引起，这也可能影响电池及其提供电力的能力。
如果电压超过其理想状态极限，并且超过 SOA，那么就是过充电，这会损坏电池，使其失去功能。当电压下降到其状态极限以下时，就被认为是欠充电。这四种情况都可能损坏电池，或者有危险。
$ U; q  k5 b2 ]+ m! Z一个可靠的 BMS 监视电路中的每个单元，并提供保护，如果电池的充电超过任何理想状态，则终止电池的充电。
9 i6 p* a/ T& ^. a! C  _. _健康状态
8 u- `$ x  Y+ K0 a健康状态(SOH)是指电池与其理想状态相比的容量或电流状态。SOH 帮助确定可用或剩余电池寿命的百分比。
1 u% j- z/ l- o( j: _. k, z' d# E( r在下图中，电池的容量随着充电或放电循环而减少。

如何确定 SOH？
随着电池寿命的延长，电池的阻抗、电导等参数会发生变化，这些参数可以用来确定电池的 SOH。当这些参数增加时，电池的性能随着温度的升高而降低。
阻抗是测量电路在施加电压时对电流的阻抗。电导是物体导电的程度，计算方法是电流的比率。
0 R; v" }0 m( U6 \$ b7 g- o! f  I为了测量 SOH，需要记录初始阻抗或电导，这通常在制造商的数据表中提供。为了测试电池的阻抗或电导，在电池上施加一个已知频率和振幅为“ e”的小交流电压，并测量相应流动的同相交流电流“ i”。
阻抗为 z = e/i (“ e”是电池上的交流电压，“ i”是流过电池的交流电流)
% V6 T6 a8 e- }8 \, X' D/ z电导为 c = i/e
, p) e+ U6 O- W) u比如说..。
- b0 h. m# T, D$ @, Z/ R0 bE = 0.0024 v，i = 0.0033 a       z = 0.0024/0.0033 = 0.072欧姆
4 S, z; s9 o" j) c% K; j阻抗和电导呈反比关系，阻抗增大，电导减小。

现在，假设我们接收到一个测量70毫欧姆的阻抗，但是，一开始，它是50毫欧姆。
5 [2 E5 M& k" v阻抗百分比 = (电流阻抗/初始阻抗) x100
= (70/50) x100
增加阻抗百分比 = 阻抗百分比 -100
; M+ `: W! P0 `* x= 140-100 = 40%
+ A: {' o! S/ q7 F! |" I2 n6 _阻抗增加了40% 。现在，让我们计算 SOH。
该电池的初始容量为1000mah，阻抗增加了40% 。
1 |3 A6 L1 K/ s  w8 z1 X# N容量损失 = (阻抗百分比/100) x 总初始容量
3 f3 |) `1 p# u9 |# @5 z= (40/100) x1000 = 400mAh
+ k: y1 q0 J( S5 C$ i6 R9 z初始容量损失总额
温度也可以通过阻抗百分比来测量，假设初始百分比是40摄氏度。
电流温度 = (阻抗百分比/100) x 初始温度 + 初始温度
' B! g, m) t& f  h+ T= (40/100) x40 + 40
  X3 c9 E" N3 |6 \7 t* a' |= 56 C
在这种情况下，随着阻抗的增加，电池的温度也会增加，如下图所示。

& g- i1 m- i4 i2 `5 c荷电状态荷电状态(SOC)
3 h$ g* Z( i1 ]) c0 g( _* j表示电池中剩余的电量或能量，并用电池剩余容量超过电池总容量的值来计算。电荷状态可以用百分比表示如下..。
SOC 百分比 = (SOH/总容量) x100
虽然这个公式提供了 SOC 的百分比，但它并不完全准确，因为它没有考虑到电池的总容量会随着时间的推移而减少这一事实。最终，电池将无法实现100% 的充电。因此，公式中的总容量就是 SOH 值。
8 ]  M! v/ r* J5 W* a如果最初的电池容量是1000mah，而 SOH 现在是500mah，剩余容量是300mah，那么..
有机碳百分比 = (300/500) x100 = 60%
/ l' ~) h9 ]8 }- y$ @SOC 是如何确定的？
确定充电状态最简单的方法是测量电池的充放电电压。然而，这并不是测量电池容量的理想方法，因为电池没有一个线性的充电或放电曲线。所以，并不是每一个读数都能被准确地表达出来。
例如，考虑一下下面图表中的锂离子电池的充电和放电曲线。充电和放电电压逐渐改变电池的状态，直到最终放电保持稳定。

测量电池容量的理想方法是通过库仑计数，测量随时间变化的输入和输出电流。它计算了一段时间内的放电电流，如果充电电流是相同的方式，则从值中减去它。
: C4 _2 ~  f  W# v4 ~! a6 X! w总容量-(放电电流-充电电流)
根据电池测量系统的不同，有几种不同的方法可用来测量电流中的放电或充电。这里有一些:
: \' ^* i2 H% q: M& W  g电流分流器: 分流器是一个低欧姆电阻器，用于测量电流，通常，当电流超过测量装置的范围时。整个电流流过分流器并产生一个电压降，然后进行测量。这种方法有一个轻微的功率损失跨电阻和加热电池。
8 Q. s. [6 N. |& T. P霍尔效应: 当器件置于磁场中时，该传感器测量器件电压的变化。它消除了电流分流器典型的功率损耗问题，但成本昂贵，无法承受大电流。
  P( Y6 ]: W0 y4 Y9 h3 R! K巨磁阻效应(GMR) : 这些传感器用作磁场探测器，比霍尔效应传感器更灵敏(也更昂贵)。它们非常精确。
库仑计数: 如前所述，库仑涉及测量流入或流出电池的电流量。下面是一个图表，描绘了在不同时间测量的电流，以确定总放电电流相对于时间。
3 D$ z7 C& ~. L* }9 v$ Q. J# X库仑测量是相当复杂的，但可以由单片机完成。
) k1 [! x  |7 f$ T+ i, C. l- A! p5 v
/ N( l# o0 x9 y" q) s4 d7 s1 i  E5 w

Terran

学习后，不就了解了！！O(∩_∩)O哈哈~

名字好听吗

讲得很好啊。