I. Función BMS
En primer lugar, detallaremos sus cuatro funciones principales.
(1) Percepción y medición La medición es la percepción del estado de la batería
Esta es la función básica de BMS, incluida la medición y el cálculo de algunos parámetros de índice, incluidos voltaje, corriente, temperatura, potencia, SOC (estado de carga), SOH (estado de salud), SOP (estado de energía), SOE ( estado de 能源). SOC se puede entender comúnmente como la cantidad de energía que queda en la batería, y su valor está entre 0-100%, que es el parámetro más importante en BMS; SOH se refiere al estado de salud de la batería (o el grado de deterioro de la batería), que es la capacidad real de la batería actual. La relación entre la capacidad nominal y la capacidad nominal, cuando el SOH es inferior al 80 %, la batería no se puede utilizar en un entorno de energía.
(2) Alarma y protección
Cuando la batería está en un estado anormal, el BMS puede enviar una alarma a la plataforma para proteger la batería y tomar las medidas correspondientes. Al mismo tiempo, enviará la información de alarma anormal a la plataforma de monitoreo y gestión y generará información de alarma de diferentes niveles. Por ejemplo, cuando la temperatura se sobrecalienta, el BMS desconectará directamente el circuito de carga y descarga, realizará una protección contra sobrecalentamiento y enviará una alarma al fondo.
Las baterías de litio emiten principalmente alarmas para los siguientes problemas: sobrecarga: sobretensión única, sobretensión de tensión total, sobrecorriente de carga; sobredescarga: subtensión única, subtensión de tensión total, sobrecorriente de descarga; temperatura: la temperatura de la celda es demasiado alta, la temperatura ambiente es demasiado alta, la temperatura del MOS es demasiado alta, la temperatura de la batería es demasiado baja, la temperatura ambiente es demasiado baja; estado: inundación, colisión, inversión, etc.
(3) Gestión equilibrada
La necesidad de una gestión equilibrada proviene de la inconsistencia en la producción y uso de baterías. Desde la perspectiva de la producción, cada batería tiene su propio ciclo de vida y características. No hay dos baterías idénticas. Debido a la inconsistencia de materiales como separadores, cátodos y ánodos, las capacidades de diferentes baterías no pueden ser exactamente iguales. Por ejemplo, cada celda de la batería que forma un paquete de baterías de 48 V/20 AH tiene un cierto rango de diferencias en sus indicadores de consistencia, como la diferencia de voltaje y la resistencia interna. Desde el punto de vista del uso, en el proceso de carga y descarga de la batería, el proceso de reacción electroquímica nunca puede ser consistente. Incluso si se trata del mismo paquete de baterías, la capacidad de carga y descarga de la batería será diferente debido a las diferentes temperaturas e impactos. resultando en una capacidad de celda inconsistente. Por lo tanto, la batería necesita tanto ecualización pasiva como ecualización activa. Es decir, establecer un par de umbrales para iniciar y finalizar la ecualización: por ejemplo, en un grupo de baterías, cuando la diferencia entre el valor extremo de la tensión individual y el valor medio de la tensión de este grupo alcanza los 50 mV, la ecualización es comenzó, y la ecualización finaliza en 5 mV.
(4) Comunicación y posicionamiento
BMS tiene un módulo de comunicación separado, que se utiliza para la transmisión de datos y el posicionamiento de la batería, respectivamente, y puede transmitir datos relevantes detectados y medidos a la plataforma de gestión de operaciones en tiempo real.
II. Principio de funcionamiento de la protección BMS
BMS incluye control IC, interruptor MOS, fusible Fusible, termistor NTC, supresor de voltaje transitorio TVS, capacitor y memoria, etc. Su forma específica se muestra en la figura:

En la figura anterior, el IC de control controla el interruptor MOS para encender y apagar el circuito para proteger el circuito, y FUSE realiza una protección secundaria sobre esta base; TH es detección de temperatura, y el interior es un NTC de 10 K; NTC realiza principalmente detección de temperatura; TVS Principalmente para suprimir la oleada.
(1) Circuito de protección primaria
Control IC El control IC en la figura anterior es responsable de monitorear el voltaje de la batería y la corriente del bucle, y controlar los interruptores de dos MOS. El IC de control se puede dividir en AFE y MCU: AFE (Active Front End, chip analógico frontal) es el chip de muestreo de la batería, que se utiliza principalmente para recopilar el voltaje y la corriente de la celda de la batería. MCU ((Unidad de microcontrolador, chip de microcontrolador) calcula y controla principalmente la información recopilada por AFE.
La relación entre ambos se muestra en la figura:

1. AFE
AFE es generalmente un chip de 6 pines, CO, DO, VDD, VSS, DP y VM, la introducción es la siguiente:
CO: salida de carga (control de carga);
DO: salida de descarga (control de descarga);
VDD: tensión de alimentación, también conocida como tensión de salida, es el lugar con mayor tensión;
VSS: voltaje de referencia, que es el lugar con el voltaje más bajo;
VM: Supervise el valor de voltaje en el MOS.
Cuando BMS es normal, CO, DO, VDD son de alto nivel, VSS, VM son de bajo nivel, cuando cualquier parámetro de VDD, VSS, VM cambia, el nivel de la terminal CO o DO cambiará.
2. UCM
MCU se refiere a una microunidad de control, también conocida como microcomputadora de un solo chip, que tiene las ventajas de alto rendimiento, bajo consumo de energía, programable y alta flexibilidad. Es ampliamente utilizado en electrónica de consumo, automóviles, industria, comunicaciones, computación, electrodomésticos, equipos médicos y otros campos. En un BMS, la MCU actúa como el cerebro, capturando todos los datos de los sensores a través de sus periféricos y procesándolos para tomar las decisiones adecuadas según el perfil del paquete de baterías. El chip MCU procesa la información recopilada por el chip AFE y desempeña el papel de cálculo (como SOC, SOP, etc.) y control (MOS apagado, encendido, etc.), por lo que el sistema de gestión de la batería tiene altos requisitos en el rendimiento del chip MCU. AFE y MCU realizan la protección del circuito controlando MOS.
3.MOS
MOS es la abreviatura de Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, conocido como transistor de efecto de campo, que actúa como un interruptor en el circuito y controla el encendido y apagado del circuito de carga y el circuito de descarga respectivamente. Su resistencia de encendido es muy pequeña, por lo que su resistencia de encendido tiene poco efecto en el rendimiento del circuito. En condiciones normales, la corriente de consumo del circuito de protección es de nivel μA, generalmente menos de 7 μA.
4. Realización de la protección primaria BMS: vinculación entre IC de control y MOS
Si la batería de litio está sobrecargada, descargada en exceso o sobrecargada, provocará reacciones químicas secundarias dentro de la batería, lo que afectará gravemente el rendimiento y la vida útil de la batería, y puede generar una gran cantidad de gas, lo que aumentará rápidamente la presión interna. de la batería y eventualmente conducir a la liberación de presión. La válvula se abre y el electrolito es expulsado para provocar una fuga térmica.
Cuando ocurra la situación anterior, el BMS activará el mecanismo de protección y ejecutará lo siguiente:

(1) Estado normal
En estado normal, tanto los pines "CO" como "DO" en el circuito emiten un nivel alto, ambos MOS están en estado de conducción y la batería se puede cargar y descargar libremente.
(2) Protección contra sobrecarga
Durante la carga, AFE siempre controlará el voltaje entre el pin 5 VDD y el pin 6 VSS. Cuando este voltaje es mayor que el voltaje de corte de sobrecarga, la MCU controlará el pin 3 CO (el pin CO cambia de nivel alto a nivel bajo) Ping) para cerrar el tubo MOS M2, en este momento el circuito de carga está cortado, y la batería solo se puede descargar. En este momento, debido a la existencia del cuerpo diodo V2 del tubo M2, la batería puede descargar la carga externa a través de este diodo.
(3) Protección contra sobredescarga
Al descargar, AFE siempre monitorea el voltaje entre el pin 5 VDD y el pin 6 VSS. Cuando este voltaje es más bajo que el voltaje de corte de sobredescarga, MCU pasará el pin 1 DO (el pin DO cambia de nivel alto a nivel bajo) Apague el tubo MOS M1, luego el circuito de descarga se corta y la batería solo se puede cargar. En este momento, debido a la existencia del cuerpo del diodo V1 del transistor MOS M1, el cargador puede cargar la batería a través del diodo.
(4) Protección contra sobrecorriente
Durante el proceso de descarga normal de la batería, cuando la corriente de descarga pasa a través de dos MOS en serie, se generará un voltaje en ambos extremos debido a la resistencia de encendido del MOS. El valor de voltaje U=2IR, y R es la resistencia de un solo MOS. AFE pin 2 VM monitoreará el valor de voltaje todo el tiempo. Cuando la corriente del bucle es tan grande que el voltaje U es mayor que el umbral de sobrecorriente, la MCU apagará el transistor MOS M1 a través del primer pin DO (el pin DO cambia de nivel alto a nivel bajo) y el bucle de descarga se corta. apagado, de modo que la corriente en el bucle sea cero. , para desempeñar el papel de protección contra sobrecorriente.
(5) Protección contra cortocircuitos
Similar al principio de funcionamiento de la protección contra sobrecorriente, cuando la corriente de bucle es tan grande que el voltaje U alcanza instantáneamente el umbral de cortocircuito, la MCU apagará el tubo MOS M1 a través del primer pin DO (el pin DO cambia de nivel alto a bajo nivel) y corte El circuito de descarga actúa como protección contra cortocircuitos. El tiempo de retardo de la protección contra cortocircuitos es muy corto, generalmente menos de 7 microsegundos.

Lo anterior puede describirse brevemente como:

Estado del circuito	MOS1	MO 2	Estado de carga y descarga
Estado normal	EN	EN	Recargable y descargable
Protección contra sobrecarga	EN	APAGADO	Descargables y no recargables
Protección contra sobredescarga	APAGADO	EN	recargable no descargable
Protección contra la sobretensión	APAGADO	EN	Cuando se libera la sobrecorriente, se puede cargar y descargar
Protección contra cortocircuitos	APAGADO	EN	Cuando se libera el cortocircuito, se puede cargar y descargar.

(2) Circuito de protección secundario: fusible de tres terminales Fusible
Por razones de seguridad, aún es necesario agregar un mecanismo de protección secundario. En la etapa actual, REP (Resistor Embedded Protector, protector de resistencia incorporado) se aplica mucho, mientras que el fusible de tres terminales Fuse es más rentable en comparación.
Cuando la corriente es demasiado grande, el fusible se quemará con el mismo principio que el fusible ordinario; y cuando el MOS está en un estado de funcionamiento anormal, el control principal automáticamente quemará el fusible de tres terminales. Las principales ventajas de este mecanismo de protección de seguridad son el bajo consumo de energía, la velocidad de respuesta rápida y el buen efecto de protección. En esta etapa, tiene una gran aplicabilidad y se ha utilizado ampliamente en vehículos eléctricos, teléfonos móviles y otros equipos.

Circuito de protección de tres niveles: termistor NTC y TVS1.NTC El termistor, que es extremadamente sensible al calor, es un tipo de resistencia variable, principalmente dividido en PTC y NTC. PTC (coeficiente de temperatura positivo, termistor de coeficiente de temperatura positivo), cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la resistencia, utilizado principalmente en asesinos de mosquitos, calentadores y otros productos. NTC (coeficiente de temperatura negativo, termistor de coeficiente de temperatura negativo) es lo opuesto a PTC. A mayor temperatura, menor resistencia. Se utiliza principalmente como sensor de temperatura de resistencia y dispositivo limitador de corriente.

El BMS de las baterías de litio generalmente utiliza NTC. En comparación, este producto consume menos energía, tiene alta precisión y respuesta rápida y tiene tres funciones principales.

(1) Medición de temperatura
Usando las características de esta resistencia, se pueden medir las siguientes tres categorías de temperatura: Temperatura de la celda: coloque el termistor NTC entre las celdas para medir la temperatura de la celda, y se debe considerar la cantidad de celdas cubiertas por cada NTC . Temperatura de potencia: coloque el termistor NTC entre el MOS para medir la temperatura de potencia. Es necesario asegurarse de que el NTC esté en estrecho contacto con el dispositivo MOS durante la instalación. Temperatura ambiente: coloque el termistor NTC en la placa BMS para medir la temperatura ambiente, y la ubicación de instalación debe estar lejos del dispositivo de alimentación.
(2) Compensación de temperatura
La resistencia de la mayoría de los componentes aumentará a medida que aumente la temperatura. En este momento, se debe usar NTC como compensación para compensar el error causado por la temperatura.
(3) Suprimir la corriente de irrupción
El sobrevoltaje (sobrevoltaje eléctrico), también conocido como sobrevoltaje, es el valor máximo momentáneo más allá del valor estable, incluido el sobrevoltaje y la sobretensión. Cuando se enciende el circuito electrónico, generará una gran corriente de sobretensión, que es fácil de causar daños a los componentes. El uso de NTC puede evitar que esto suceda y garantizar el funcionamiento normal del circuito. Para la protección contra sobretensiones, se necesita TVS.
2. Supresor de transitorios de tensión TVS
Los TVS (supresores de voltaje transitorio) son supresores de voltaje transitorio, que responden rápidamente y son adecuados para la protección de puertos. La implementación específica es la siguiente: