BMS（電池管理系統）架構詳細講解
從你提供的BMS（Battery Management System）架構圖來看，主要涉及到電池監控模塊、通信模塊、功率控制模塊等部分。下面我將詳細講解該架構的各個功能模塊及其工作原理。
1. 電池管理核心模塊
電池管理系統的核心部分由BQ76930芯片組成（圖中的兩個芯片，分別對應8節和9節電池），它負責管理和監控電池組的狀態，包括電壓、電流、溫度等數據。
- BQ76930：這是一個多節鋰電池組監控芯片，它支持通過I2C通信接口與外部控制器（如MSP430）進行通信。它的功能主要包括：
- 電壓檢測：通過內部ADC（模數轉換器）檢測各節電池的電壓。
- 溫度監測：通過外接溫度傳感器實時監測電池組的溫度。
- 電流檢測：通過連接的采樣電阻，測量充電與放電電流。
- 過壓/欠壓保護：當電池電壓超過設定的上限或低于下限時，它會觸發保護功能，防止電池損壞。
2. 通信模塊
- I2C接口：圖中黃色箭頭表示通過I2C總線，BQ76930與數字隔離器（數字隔離芯片）進行通信，確保與主控制器MSP430的數據交換。I2C接口是一個低速的串行通信接口，廣泛用于傳感器與控制器之間的通信。
- 數字隔離器：電氣隔離非常重要，特別是在高壓BMS中，隔離能有效防止高壓對低壓電路的損害。隔離器芯片可以將高壓電路和低壓控制電路分開，同時保證信號傳輸不受干擾。其作用包括防止共模干擾和保護電路。
3. 功率控制模塊
圖中有三個MOSFET模塊，分別用于控制放電、充電和預充電。
- 放電MOS：控制電池放電電流的通斷。當需要放電時，控制信號使放電MOS導通。
- 充電MOS：控制電池的充電電流的通斷。類似放電MOS，當需要充電時，控制信號使充電MOS導通。
- 預充電MOS：預充電是為了在充電開始時防止瞬時大電流對電池或電路造成損壞。它通過限流電阻慢慢對電池充電，直到電壓達到安全范圍。
這三個MOS開關器件的選擇需要根據系統的功率需求以及電池組的額定電流來進行設計。常見的參數包括：
- 導通電阻Rds(on)：開關導通時的內阻，Rds(on)越小，損耗越低。
- 最大電流承受能力：MOS管的額定電流要大于最大充放電電流。
- 耐壓值Vds：選擇時需要考慮最大電池電壓，MOS管的耐壓值應大于電池組的總電壓。
4. 電流檢測
- 電流采樣電阻：放電路徑中的采樣電阻用于測量流經電池組的電流。通過測量電阻上的壓降，可以得到當前電流值。電阻的選擇需要考慮：
- 阻值：通常選擇低阻值（如毫歐級）以減少功率損耗。
- 功率額定值：需要能夠承受較大的電流，防止燒毀。
5. 隔離電源模塊
- DC/DC隔離電源模塊：由于BMS的不同電路部分工作在不同電壓層次下，為了實現隔離，同時確保不同電壓的穩定供電，通常需要使用DC/DC轉換器。圖中標識的LMS5008是一個DC/DC轉換器，通常用于將高壓（電池電壓）轉換為低壓（比如12V、5V）供給低壓控制器部分。它的選擇主要考慮以下參數：
- 輸入電壓范圍：要支持電池組的電壓范圍。
- 輸出電壓和電流：要滿足控制電路的供電需求。
6. 主控制器MSP430
- MSP430：這是一款超低功耗的16位微控制器，常用于BMS中的主控制單元。它通過UART與隔離的RS485接口通信，負責管理整個BMS的運行，執行電池保護算法，以及與外部設備進行數據通信。
- EEPROM存儲器：存儲電池狀態數據、歷史數據、校準參數等。
- RTC時鐘：用于時間管理，尤其是長期運行的數據記錄。
7. 通信部分
- RS485：RS485是一種差分信號通信協議，具有抗干擾能力強、傳輸距離遠的優點。常用于工業控制、數據采集等環境中。這里RS485用于與上位機或其他設備通信，傳遞電池的狀態數據，如電壓、電流、溫度等。
- 光耦隔離：在高壓環境下，RS485接口需要通過光耦進行電氣隔離，以保護控制器和通信接口。
8. 溫度保護與檢測
- 溫度開關和MOSFET：用于監控電池組的溫度，當溫度過高時，它會觸發保護機制，關閉充電或放電回路，防止電池過熱損壞。溫度開關一般選擇能在設定的溫度點上準確動作的器件，MOSFET則用于控制保護電路的通斷。
9. 總結
整個BMS架構的設計目的是監控電池的狀態，保證電池在安全的工作范圍內進行充放電，同時通過各種電氣隔離技術保護低壓電路，確保系統穩定性。其主要功能包括電池電壓、電流、溫度的實時監控，過壓、過流、過溫等異常情況的保護，以及通過通信接口與外部設備進行數據交換。
設計和器件選型的關鍵點包括：
- 保護與隔離：通過隔離器和光耦實現高壓部分與低壓控制部分的隔離，確保系統安全。
- MOSFET的選擇：根據電池的充放電電流選擇低導通電阻和高耐壓的MOS器件。
- 控制器的選擇：MSP430這種低功耗、高性能的微控制器適合應用于對電池狀態實時監控并作出相應控制的場景。
整個系統通過合理的器件選型和架構設計，確保BMS在不同工況下的高效、安全運行。
