前面介紹了溫度采樣中的NTC,其實(shí)還有溫度采樣電路設(shè)計(jì)的東西沒說,我準(zhǔn)備再找機(jī)會(huì)寫;第二篇換一個(gè)話題,否則會(huì)比較枯燥,打算介紹一下BMS的全貌,先整體再局部,先把整體了解一遍,后面逐個(gè)功能去分解。我想在這個(gè)總結(jié)以及分解的過程中,一定會(huì)有很多新的思考與收獲。
BMS基本功能和作用我不再啰嗦,網(wǎng)上搜索一大堆,不見得我寫的比別人全面;BMS大概就像是給鋰離子電池的請(qǐng)的保姆,如果沒有它,鋰離子電池一旦鬧起來就不可收拾;所以我一直認(rèn)為BMS只是一個(gè)臨時(shí)工,等到鋰離子電池成熟長(zhǎng)大了,也就不需要BMS了,我也就失業(yè)了,嗯,失業(yè)后我就去寫小說,也不曉得有沒有人看。
首先糾正關(guān)于BMS的定義,在國(guó)標(biāo)QC/T897-2011中是如下描述的:
標(biāo)準(zhǔn)中定義BMS包括控制器與采集器,是個(gè)電子部件;其中控制器叫做BCU,采集器叫做BE,后者名字雖然比較挫,但血脈正統(tǒng)。
然而現(xiàn)實(shí)中的叫法就各顯神通了,控制器的叫法有BCU、BMU、BMC、BECU等,采集器的叫法有BMU、BIC、CMU、CMC等;叫法不重要,統(tǒng)一語(yǔ)言就好。
接著還是不能避免看看BMS的在電池包中位置,如下簡(jiǎn)圖:
BMS一般置于電池包的內(nèi)部,也有將控制器拿出來放到外面的;說起來這個(gè),現(xiàn)在流行方案打包組合,三合一、四合一啥的,將OBCDCDCMCUVCU什么的各種組合,還有提出將BMS里面的控制器拿出來和VCU等等組合到一起。
就單單拿控制器來說,基本功能需求與實(shí)現(xiàn)方案與以前相比倒沒有大的變化,但增多了一項(xiàng)功能安全的需求。功能安全是一個(gè)系統(tǒng)工程,最后落到控制器硬件上面,就要求我們選型復(fù)雜芯片時(shí)(例如單片機(jī)、電源芯片等),選擇帶有功能安全認(rèn)證的芯片。而且方案設(shè)計(jì)一開始就要把功能安全理念融入進(jìn)去,這個(gè)對(duì)硬件工程師提出了更高的要求,需要從系統(tǒng)的角度來考慮,要進(jìn)一步掌握整車的運(yùn)行場(chǎng)景,對(duì)硬件工程師來講是一件好事。功能安全主要解決安全的問題,但與產(chǎn)品的可靠性不是一回事,不見得就會(huì)提升產(chǎn)品的可靠性,甚至有可能降低產(chǎn)品的可靠性;而且成本的折中也是一個(gè)難題。
采集器一定是放在電池包內(nèi)部的,但都是內(nèi)部,有的集成在Module內(nèi)部,有的放在Module上,還有通過長(zhǎng)長(zhǎng)的線束與電池連接的集中式方案。
采集器的技術(shù)方案最早是用分立元件搭接采樣電路(雖然目前還少量存在),后來就逐漸被目前的集成AFE所替代;拓?fù)浞绞降故嵌喾N共存,分布式、集中式(最近看到很多集中式的需求),或者二者結(jié)合;通信拓?fù)湟灿?a target="_blank">CAN、菊花鏈方案等。
采集器里面的關(guān)鍵芯片AFE,基本被國(guó)外大廠所壟斷,國(guó)內(nèi)起步較晚;尤其是美國(guó)半導(dǎo)體廠家:美信、ADI、TI,其他國(guó)家還有松下、ST、NXP等等,這個(gè)里面可以說的東西蠻多的,后面慢慢寫。
BMS設(shè)計(jì)一直被別人詬病,因?yàn)樗幌窆β孰娐纺菢佑脦讉€(gè)關(guān)鍵指標(biāo)就能來證明其競(jìng)爭(zhēng)力;對(duì)于BMS,別人會(huì)說采樣是用AFE實(shí)現(xiàn)的,是半導(dǎo)體廠商做的好,和硬件設(shè)計(jì)者關(guān)系不大;SOX計(jì)算的精度又太難被證明,就造成了一個(gè)尷尬的局面:硬件難以證明優(yōu)秀,軟件很難證明優(yōu)秀,讓人覺得沒啥技術(shù)含量。
這是因?yàn)锽MS入門的門檻較低,像樂器中的吉他,學(xué)過一節(jié)課就能53231323地彈著,貌似很厲害,其實(shí)起步還算不上;很多人用了一小時(shí)功夫就能把BMS的實(shí)現(xiàn)方案了解得差不多,其實(shí)還差很遠(yuǎn)。還有可能是BMS基本屬于數(shù)字電路范疇,缺少了功率電路神秘性。
不去講BMS涉及的知識(shí)范圍,單說BMS處理信號(hào)的數(shù)量就足夠多,而且處理對(duì)象還是最復(fù)雜的電芯,還要適配不同種類的電芯。BMS處理的信號(hào)也足夠豐富:電芯、碰撞、CAN、充電、水泵、高壓、絕緣等等,每一種后面都會(huì)牽扯出一系列的知識(shí)點(diǎn)。
注:圖片來源于book.liionbms.
總結(jié)
想要做好BMS,需要了解掌握的東西太多。最基礎(chǔ)的器件生產(chǎn)工藝、器件選型、器件失效模式就需要我們花大量的時(shí)間去學(xué)習(xí),而且涉及的器件種類又很多;然后就是各種標(biāo)準(zhǔn),包括測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等;接著才到電路的具體設(shè)計(jì),降額設(shè)計(jì),PCB設(shè)計(jì)等等;然后再到功能、性能的驗(yàn)證和整改;BMS沒有因?yàn)榭雌饋砗?jiǎn)單而省略掉任何的步驟,相反,因?yàn)锽MS最靠近電池,往往受到的沖擊更為強(qiáng)烈,給它帶來許多設(shè)計(jì)上獨(dú)特的地方。
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