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。
; l- Q! [) {, ^7 O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:
•    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)
8 \, ?7 I# J/ A5 X6 y•    充电时间
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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9 C) }$ ^9 B0 }' @9 D! u6 M; f5 y: s* s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。

由 BMS 提供的笔记本电脑需要充电前电池寿命的典型指示。
; C' b, h7 ?3 j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。
0 a1 j: K; S6 @7 b2 x+ G' T2 n' p7 r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。

2 W. {' Q, I! d4 w. C. q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
9 C  {, Q2 u+ J3 h4 c9 E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。
1 K9 @! g3 r) N, ]! [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。
7 R% _& o# r  i2 s2 r
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。
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。
+ S( J6 J" }. M  P7 q5 V. M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。
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。
健康状态
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。
在下图中，电池的容量随着充电或放电循环而减少。

7 c  G& u: [3 A$ M- W0 S7 |* I* D% k. [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。
# I0 s5 [0 P) f7 V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)
电导为 c = i/e
比如说..。
! t6 T9 H& ~! Y, R7 TE = 0.0024 v，i = 0.0033 a       z = 0.0024/0.0033 = 0.072欧姆
- Y0 i/ x1 L/ Z7 C2 H  {阻抗和电导呈反比关系，阻抗增大，电导减小。
) N2 M9 O+ `+ ^& d
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。
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
' {1 _% u$ P% f/ m% O: c9 n= 140-100 = 40%
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% 。
容量损失 = (阻抗百分比/100) x 总初始容量
( I7 x* |9 E# n  a= (40/100) x1000 = 400mAh
初始容量损失总额
$ U$ f( G: B' @1 z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
= (40/100) x40 + 40
= 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。
) u( V% ]  x. I5 t9 W6 Y4 g: Q
. W% U9 ^5 O: c  i; e荷电状态荷电状态(SOC)
3 A7 s' [4 w5 }* Y3 c  s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。
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..
$ W0 n; r9 o, y1 t* J3 ?; e: e; p# L有机碳百分比 = (300/500) x100 = 60%
SOC 是如何确定的？
8 R4 j$ Y" |% h0 Q% j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。
4 |( X( x6 x% l+ s0 i' `! v! X
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。
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:
) k7 P. b- C' D3 h0 \" q3 k) B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。
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。
, Y+ C+ C7 O* X' r4 b& j( Z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。
" J% j. s3 |& B! {( d* H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。
6 }) i+ M0 H. \% ?. ^/ k7 P7 z库仑测量是相当复杂的，但可以由单片机完成。
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Terran

学习后，不就了解了！！O(∩_∩)O哈哈~

名字好听吗

讲得很好啊。