电池管理系统的结构分析
来源：宝鄂实业
2019-11-17 20:44
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电池管理电路的设计思想
便携式电动移动电源等电动汽车电力、汽车电源由一个电池单元,由于电池中固有的错误产品,来平衡这个错误使电池更好的工作,我们需要做BMS管理设计、电池管理电路设计怎么做?
整个电池管理系统的结构
整个电池管理系统的结构
应用实体是一个工业上使用的便携式电池组设备，它使用Altera的FPGA和NIOS
嵌入式处理器，通过USB接口与计算机相连，适用于大数据量应用。该装置需要30V直流电压，计划使用4组电池，1000毫安锂聚合物电池串联使用。此外，只有一个方形的USB接口(USBB)用于防水和防尘
Sockr型，该USB接口具有数据传输和充电同时进行的功能。
控制核心包括FPGA及其连接接口和显示电路，需要3.3v的低电压，由高效率的DC/DC芯片直接从四芯锂电池组获得。这个电压很重要，所以它需要稳定和连续，直到电池组低电流或过电流保护。
驱动器需要30V直流电压，电流约80mA。它使用一个由控制核心控制的升压DC/DC电路。它在正常情况下不工作，但只在需要操作之前打开。
充电使用外部20V电源，通过USB接口连接。该电源适用于1C或0.5c大电流的高速充电。由于它与普通USB共用一个端口，所以在与普通USB连接时需要一个电压判断电路来避免进入充电程序。
由于市场上很难找到合适的芯片解决方案，我决定利用FPGA剩余的逻辑资源来实现充电器的控制功能，并添加少量的模拟电路来辅助。这就要求控制电路的电源不能中断，电池组必须始终在线，电池阴极必须始终连接到GND。
1. 电压采样
其中最重要的部分是电压采样电路的设计，该电路精度要求高，受温度影响小。这个设计的难点是GND的电池电压是浮动的。许多方案采用差分运算放大器对地电压进行转换，然后输入专用的ADC进行AD转换。然而，由于差动运算放大器的引入，产生了许多问题。首先，电压比较高，运放很难找到。其次，运放的电源与输入电压使用相同的电源，所以运放需要轨对轨的输入功能。第三，可能需要一个负电源。使用直流电/直流电会产生噪音。此外，运放和使用匹配电阻会降低精度。
RC充电电路
RC充电电路
为了尽可能地简化电路，这里构造了一个积分ADC，将FPGA时序精度转换为电压测量精度。工作流程如下:J1先关，C1上收费;然后J1打开，R1充电C1。电压比较器U1将C1上的电压与参考电压V2进行比较，当C1电压超过V2时输出高电平。J1 on和U1输出高电平之间的时间可以用来计算V1的电压大小。你可以直观地看到V1越高，这段时间越短。
实际采样电路图
实际采样电路图
实际电路如图3所示。注意，此图仅显示第一电池的测量电路。其中R1、C1为积分使用电阻和电容，Q1为常用p-mosfet，通过J1、U5实现电容的放电功能
实现了电压基准和电压比较器的双重功能。X1是FPGA的放电控制，X2是FPGA的开关输出。
该电路在静态时只消耗MAX921的4uA电流和C1、Q1、Q2的泄漏电流，基本可以忽略不计，非常省电。
该电路的另一个特点是使用电容C2代替通常的光耦。在静态时，C2两端电压平衡，不消耗电能。在这一点，X2的电压是0。当U5输出高时，C2两端的电压不可能是瞬态的，所以增加了X2的电压。D1和D2是具有限幅效应的肖特基二极管。仔细调整C2和R4的值可以很容易地传递开关数量信息。
