【解決方案】小電驢的BMS——麻雀雖小五臟俱全

本文導(dǎo)讀

在新能源高速發(fā)展的今天，電池在各行各業(yè)的應(yīng)用越發(fā)廣泛，對(duì)于電池系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化控制，以及對(duì)電池系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)顯得越來(lái)越重要。立功科技使用MPS的MP2797模擬前端，實(shí)現(xiàn)適用于電動(dòng)兩輪車(chē)的BMS方案。

MP2797，是MPS公司生產(chǎn)的一款用于7到16串電池的電池管理芯片，集成高邊驅(qū)動(dòng)器，具有庫(kù)倫計(jì)數(shù)功能的高精度電池監(jiān)控和保護(hù)器。該方案中，選用MP2797作為BMU的模擬前端，負(fù)責(zé)監(jiān)控電池信息。

方案簡(jiǎn)介

低壓部分可實(shí)現(xiàn)或可擴(kuò)展的功能：1. 使用EEPROM的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能存儲(chǔ)電池組信息。2. 通過(guò)CAN 總線(xiàn)進(jìn)行對(duì)電池組的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及對(duì)AFE的實(shí)時(shí)控制。3. 低壓部分預(yù)留了藍(lán)牙透?jìng)饕约案哌呴_(kāi)關(guān)，可支持客戶(hù)的自定義需求4. 處理AFE上報(bào)的電池組的相關(guān)錯(cuò)誤。5. 自主的SOC和SOH算法。

高壓部分：1. AFE MP2797對(duì)電池包的總電壓，充放電電流，負(fù)載端電壓，單體電池電壓進(jìn)行監(jiān)控 ，并通過(guò)I2C接口實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)到MCU端。同時(shí)，MP2797對(duì)每節(jié)電池的電壓和電流有同步采集的功能，可用于進(jìn)行電池內(nèi)阻的計(jì)算。2. AFE對(duì)電池高溫/低溫，電池過(guò)壓/欠壓，充電/放電過(guò)流等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并且進(jìn)行硬件保護(hù)和觸發(fā)中斷及故障。3. 流經(jīng)采樣電阻的電流由MP2797自帶庫(kù)侖計(jì)進(jìn)行電流積分，用于計(jì)算SOC。4. 通過(guò)外部均衡電路，對(duì)電池組進(jìn)行被動(dòng)均衡。5. 各種硬件保護(hù)措施。

方案特性與優(yōu)勢(shì)

支持7-16節(jié)串聯(lián)電池組

MP2797可以支持7-16串的電池連接，可以通過(guò)軟件編程去增加或減少檢測(cè)的電池?cái)?shù)量，支持最大的電池包電壓到86V。該BMS解決方案可以支持最大16節(jié)電池，60V電池包應(yīng)用。

高精度的電流電壓測(cè)量

MP2797內(nèi)部集成了兩個(gè)獨(dú)立的ADC模塊，一個(gè)15位的ADC用于單體電池電壓監(jiān)測(cè)，常溫下電壓測(cè)量誤差在5mV以?xún)?nèi)。另外一個(gè)ADC通過(guò)外部采樣電阻測(cè)量充放電電流，支持16位的高精度ADC采集，常溫下測(cè)量誤差不超過(guò)0.5%。

高邊MOSFET驅(qū)動(dòng)

MP2797通過(guò)高邊的MOSFET驅(qū)動(dòng)，可以節(jié)省外部的隔離器和電源隔離，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的安全性。

內(nèi)置軟啟動(dòng)

MP2797通過(guò)軟啟動(dòng)的配置，可以利用主通道的MOSFET給輸出電容充電，節(jié)省了旁路啟動(dòng)電路，也保證了主功率管的安全性。

電池發(fā)熱監(jiān)測(cè)

MP2797可以測(cè)量芯片溫度，并且復(fù)用15位電壓采樣ADC，提供獨(dú)立4個(gè)NTC引腳進(jìn)行外部NTC電阻溫度采樣，用于電池溫度監(jiān)測(cè)或PCB板溫度監(jiān)測(cè)。

硬件可編程保護(hù)

過(guò)壓欠壓，過(guò)流，過(guò)溫，短路檢測(cè)等。若是出現(xiàn)相關(guān)的錯(cuò)誤， MOSFET可以配置為硬件關(guān)斷，同時(shí)也可以配置中斷反饋給MCU，MP2797的GPIO1和GPIO2可以配置為MOSFET控制輸入腳，MCU通過(guò)控制GPIO1和GPIO2來(lái)關(guān)斷MOSFET。

電池均衡

MP2797支持內(nèi)部最大58mA的均衡電流，該設(shè)計(jì)采用外部均衡，均衡電流為80mA。

實(shí)時(shí)的電池?cái)?shù)據(jù)監(jiān)控

圖2 MP2797-BMS上位機(jī)監(jiān)控界面

該方案配套如上圖所示的上位機(jī)軟件，通過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)行通信。若是上位機(jī)啟動(dòng)了讀取ADC數(shù)據(jù)，MCU便會(huì)定時(shí)向上位機(jī)上報(bào)電池組的信息。若是AFE檢測(cè)到了電池組的錯(cuò)誤，MCU也會(huì)通過(guò)總線(xiàn)上報(bào)錯(cuò)誤信息，并且在上位機(jī)進(jìn)行顯示。同時(shí)上位機(jī)也可以通過(guò)相關(guān)指令控制BMS的FET，進(jìn)行ADC掃描，以及讀ADC數(shù)據(jù)等功能。

集成SOC算法和SOH算法

支持基于安時(shí)積分的SOC算法。以及基于電池循環(huán)次數(shù)計(jì)算的SOH算法。

配備電池測(cè)試架

配備電池測(cè)試架，通過(guò)電阻電容模擬電池組?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)測(cè)試架上的滑片去調(diào)節(jié)各個(gè)模擬單體的電壓大小，可作為在沒(méi)有真實(shí)電池組時(shí)的AFE功能測(cè)試。

應(yīng)用場(chǎng)景

該設(shè)計(jì)除了可用于做電動(dòng)兩輪車(chē)的電池管理，同樣可以應(yīng)用于家用儲(chǔ)能，戶(hù)外儲(chǔ)能，工業(yè)和通訊備電，電動(dòng)工具等方向上。

審核編輯：湯梓紅