BMS（電池管理系統(tǒng)）的功能模塊由微控制器（MCU）的控制模塊和模擬前端（AFE）的傳感模塊組成。

微控制器單元（MCU）

在BMS中，MCU相當于大腦。MCU通過其外圍設(shè)備從傳感器捕獲所有數(shù)據(jù)，并根據(jù)電池組的配置文件處理數(shù)據(jù)以做出適當?shù)臎Q策。

上海航芯通用MCU ACM32F0系列以其低功耗+1路CAN+10萬次擦寫128K 片上Flash+125度高溫支持；ACM32F4系列以其180MHz STAR-MC1(M33)內(nèi)核+Flash加速+10萬次擦寫512K片上Flash+2路CAN+125度高溫支持被廣泛應(yīng)用在BMS場景中。

MCU具有以下功能：

? 監(jiān)控電池

? 保護電池

? 評估電池狀態(tài)

? 優(yōu)化電池性能

? 數(shù)據(jù)記錄

? 通過通信渠道向用戶或外部設(shè)備報告

為了電池安全，MCU具有以下功能：

? 通過停止充電的方式，防止電池組內(nèi)的電池單元進入過壓狀態(tài)（向接觸器發(fā)出關(guān)閉信號）。

? 通過減少/停止電流或激活電池組中的冷卻系統(tǒng)來防止電池組內(nèi)的電池單元溫度超過閾值上限。這可以保護電池，以免受熱失控而造成安全問題。

? 通過限制/停止放電電流來防止組內(nèi)電池單元進入欠壓狀態(tài)。

? 通過打開接觸器來保護電池組免受短路和過載的影響。

與MCU連接的BMS基礎(chǔ)功能模塊

MCU會與多個功能塊連接，例如：

霍爾效應(yīng)電流傳感器（Current Measurement）

電源（Power Supply Unit: PSU）

接觸器（Contact Drive）

SD卡（Data Storage）

實時時鐘和日歷（RTCC）

GPIO 連接器

CAN 連接器

藍牙（BLE）

高壓聯(lián)鎖回路（HV Interlock Loop）

絕緣監(jiān)測裝置（Insulation Monitoring Device : IMD）

電壓測量端口（Voltage Measurement）

ISO-SPI 通道

1. 霍爾效應(yīng)電流傳感器（Current Measurement）

霍爾效應(yīng)傳感器放置在由承載電池組電流的電纜產(chǎn)生的磁場內(nèi)。它產(chǎn)生與該電流成正比的電壓，該電壓可以直接測量，如下圖所示。

霍爾效應(yīng)傳感器具有以下特點：

? 霍爾效應(yīng)傳感器報告的電流隨時間和溫度保持準確。

? 霍爾效應(yīng)傳感器與電池組電流隔離，因此不需要隔離。

? 霍爾效應(yīng)傳感器在電流為 0 時存在一個隨溫度變化的偏移量。所以，即使它們在室溫下歸零，當它們變熱或變冷時，仍可能在沒有電流時報告一個小電流。因此，在具有 0 電流周期的應(yīng)用中需要頻繁校準，例如HEV。

霍爾效應(yīng)電流傳感器是包含自身放大器的模塊，因此，與斷流信號不同，其輸出值處于一個較高的水平。它們可以由 5V 雙向電源供電（可以看到充電和放電電流）。

基于此，雙向傳感器會有一個雙極的輸出，在其輸出為2.5V時可認為電流為0A，實際輸出值將在2.5V上下擺動。電流傳感器產(chǎn)生的電壓輸出將其發(fā)送回 BMS，BMS將根據(jù)電流傳感器的靈敏度估算實際電流。

2. 電源（Power Supply Unit: PSU）

MCU的工作需要有電源輸入，可由輔助電源或電池組本身通過 DC-DC 轉(zhuǎn)換器提供。

3. 接觸器（Contact Drive）

接觸器是一個功能塊，用于電池組和負載或充電電路的連接或隔離。通常，一個電池組系統(tǒng)有 3 種不同的接觸器：

? 充電

? 放電

? 預(yù)充電

在類似儲能系統(tǒng)的部分應(yīng)用中，將只有一個接觸器用于充電和放電。接觸器的切換由 BMS 通過驅(qū)動電路控制。BMS將向驅(qū)動電路發(fā)出通電信號，從而使接觸器通電以進行操作。接觸器的選擇需根據(jù)充電/放電電流。對于低電流和低電壓應(yīng)用，我們可以選擇基于 MOSFET 的解決方案，而不是接觸器。

4. SD卡 (Data Storage)

它可以存儲BMS的配置文件和電池產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。BMS可以存儲長達 15 年的電池數(shù)據(jù)。這使用戶可以了解電池組的行為并保護電池免受潛在損壞。

電池分析云平臺“Edison”可以利用這些數(shù)據(jù)得到以下功能：

? 通過儀表板讓您對電池運行狀態(tài)進行分析和洞察

? 對任何電池的異常運行進行報警并及時采取措施

? 使用機器學(xué)習(xí)算法提出糾正措施，以防止電池退化并將電池壽命提高40%。

? 通過云平臺向 BMS 推出OTA更新和功能添加

5. 實時時鐘和日歷 (RTCC)

RTCC 用于為存儲在 SD 卡中的數(shù)據(jù)提供時間戳。這有助于用戶對電池組在任何時間點發(fā)生任何潛在損壞時進行根本原因分析。

6. GPIO 連接器

GPIO 連接器提用于額外功能連接到 BMS，如冷卻系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、點火、傳感器等。通過更改配置文件來啟用此功能。

7. CAN 連接器

CAN 連接器接到 MCU，用于內(nèi)部和外部通信。如果系統(tǒng)中連接了多個 BMS，則需要內(nèi)部 CAN 通信。外部 CAN 通信通常用于交換電壓、電流、錯誤等信息。外部 CAN 通信通常用于 CAN 充電器、CAN 顯示器、CAN 數(shù)據(jù)記錄器等。

8.藍牙（BLE）

它是一種與 BMS 通信的無線模式。用戶可以通過藍牙連接電池組，從而可以可視化所有重要的電池信息，如電壓、電流、溫度、SOC、SOH、錯誤等。

9. 高壓聯(lián)鎖回路（High Voltage Interlock Loop）

互鎖PWM回路機制用于檢測高壓設(shè)備的篡改或打開以及服務(wù)連接斷開。高壓聯(lián)鎖回路 (HVIL) 用于確定高壓系統(tǒng)，例如電源（比如車輛電池）、負載（比如車輛電機）以及它們之間的導(dǎo)體是否已正確連接。如果沒有，電池接觸器不允許閉合，或者如果已經(jīng)閉合，則發(fā)出斷開指令。

10. 絕緣監(jiān)測裝置（IMD）

IMD 通常用于 EVs 和 ESS 應(yīng)用，它將確保配備高壓電池組的電動汽車的電氣安全性和可靠性。IMD 在充電或行駛過程中持續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)中相導(dǎo)體和大地之間的絕緣電阻。

11. 電壓測量端口（Voltage Measurement Port）

終端通過接觸器連接，主要用于焊接檢查、電池總電壓測量和基于電壓的預(yù)充電。對于高電壓和高電流應(yīng)用，接觸器有可能被焊接。

在這種情況下，即使 BMS 發(fā)出斷開信號，也不允許接觸器斷開。因此，BMS 識別出接觸器中發(fā)生了焊接，會通過 CAN 向外部設(shè)備發(fā)送警報/錯誤消息以采取緊急措施。

12.ISO-SPI 通道

ISO-SPI 通道用于主機（控制電路）和從機（傳感器電路）之間的內(nèi)部通信。

模擬前端 (AFE)

AFE 是 BMS 中的集成電路 (IC)，旨在將 BMS 系統(tǒng)設(shè)計和操作所需的所有模擬電路封裝到一個小型封裝中。它包含用于測量電池堆中每個電池單元的電壓值。AFE 可以在 0-5V 范圍內(nèi)測量電池組中的 3 到 15 個串聯(lián)電池。

AFE 在觸發(fā)平衡電路方面也起著重要作用。AFE IC 包含一個內(nèi)置溫度傳感器，用于測量 BMS 板溫度。AFE 有一個小型的內(nèi)部數(shù)字狀態(tài)機，用于管理IC輸入端的電壓順序測量，并提供 I2C 接口。

AFE 的功能包括：

? 測量每個電池單元的電壓并將其設(shè)置到 MCU

? 測量溫度（通常通過 NTC 熱敏電阻）

? 每個單元的平衡電路

連接到 AFE 的 BMS 的基本功能塊，AFE 連接到多個功能塊，例如：

電壓檢測通道

溫度傳感器

GPIO 連接器

平衡器

ISO-SPI 通道

模擬濾波器

AFE電源

1. 電壓檢測通道

電壓感應(yīng)通道從電池組中的單個電池獲取讀數(shù)并將其發(fā)送到AFE，它還充當平衡電池的通道。

2. 溫度傳感器

NTC熱敏電阻溫度傳感器是鋰離子電池安全的關(guān)鍵組件。它們提供了在充電/放電循環(huán)期間保持鋰離子電池處于最佳狀態(tài)所需的臨界溫度數(shù)據(jù)。溫度傳感器將放置在電池組的熱點中，以電壓的形式測量溫度并將數(shù)據(jù)發(fā)送到 AFE。

3. 平衡器

當電池組中的電池之間出現(xiàn)超過限定的不平衡值時，AFE將向 BMS 中的平衡電路發(fā)出由 MCU 控制的觸發(fā)信號。

4. GPIO 連接器

GPIO 連接器用于額外功能與BMS的連接，如冷卻系統(tǒng)、接觸器控制、加熱系統(tǒng)、點火、傳感器等。可以通過更改固件來啟動相關(guān)功能。

5. ISO-SPI 通道

ISO-SPI 通道用于從設(shè)備（傳感器電路）和主設(shè)備（控制電路）之間的內(nèi)部通信。

6. 模擬濾波器

它過濾電壓和溫度測量中的電噪聲。

7. 電源 AFE

它代表 AFE 運行所需的電源單元。通常，該電源單元是從電池堆中取出的。