應(yīng)用方案丨助力綠色能源，躍昉推出基于BF2的BMS方案
BMS發(fā)展概況
近年來，隨著電池技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的革新，鋰基化學(xué)電池應(yīng)用已經(jīng)從手機(jī)、平板電腦等消費(fèi)電子設(shè)備普及到工業(yè)、醫(yī)療、智能家居、汽車等更廣泛的領(lǐng)域。同時(shí)，在“雙碳”目標(biāo)下，清潔能源得到快速發(fā)展，儲(chǔ)能電源也逐漸興起。在此背景下，高可靠性、高采樣精度的多串電池監(jiān)控芯片以及高性能高穩(wěn)定性MCU成為實(shí)現(xiàn)鋰電池安全應(yīng)用和發(fā)揮電池潛力的電池管理系統(tǒng)(BMS)的關(guān)鍵要素。
BMS被稱為電池“管家”，它的主要功能是實(shí)現(xiàn)電池單元的智能化管理及維護(hù)，通過狀態(tài)監(jiān)測、異常故障保護(hù)等方法，監(jiān)管電池狀態(tài)，延長電池使用壽命。目前已在各類電子電氣設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，市場空間廣闊。BMS建立起電池與使用者之間溝通的橋梁，用戶通過BMS反饋的信息，控制接觸器完成電池組的充放電，及時(shí)了解電池系統(tǒng)的基本參數(shù)和故障信息。BMS通過模塊化的方式實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，包括采集模塊、主控模塊、通信模塊和顯示模塊等。
BMS應(yīng)用場景對(duì)
主控MCU功能需求
BMS Application Scenarios
1.電池?cái)?shù)據(jù)采集和保存需求
能夠通過前端AFE芯片采集電池?cái)?shù)據(jù)，進(jìn)行保存。
2.控制需求
在檢測到電池過流過壓過熱等異常情況后能通過AFE或者M(jìn)CU自身的IO口控制電池組斷開充放電開關(guān)，保護(hù)電池組安全。
3.算力需求
在電池組使用過程中需要根據(jù)采集到的電池?cái)?shù)據(jù)、溫度、充放電狀態(tài)計(jì)算電池組SOC（剩余電量）以及SOH（電池健康度）等數(shù)據(jù)，計(jì)算量比較大，對(duì)MCU的算力需求較高。
4.通訊需求
電池組作為設(shè)備的一個(gè)供電單元需要一般具有對(duì)外通訊的接口，包括有線或者無線通訊接口等，外部設(shè)備可以通過這些接口獲取電池組工作狀態(tài)、SOC、SOH等數(shù)據(jù)。
BF2介紹
Introduction to BF2
BF2是一款 Wi-Fi + BLE 組合的芯片組，用于低功耗和高性能應(yīng)用開發(fā)。無線子系統(tǒng)包含 2.4G 無線電，Wi-Fi 802.11b/g/n 和 BLE 5.0 基帶/MAC 設(shè)計(jì)。微控制器子系統(tǒng)包含一個(gè)低功耗的 32 位 RISC-V CPU，最高192Mhz運(yùn)行頻率,帶FPU功能，帶高速緩存和存儲(chǔ)器（276KB RAM+2MB Flash）。電源管理單元控制低功耗模式。此外，還支持各種安全性能。
BF2系統(tǒng)框圖
BMS 功能點(diǎn)介紹
Introduction to BMS Function Points
1.電流監(jiān)測，電壓監(jiān)測和平衡
監(jiān)測電池組總體電流，監(jiān)測每個(gè)單體電池的電壓，防止電壓差異過大，使每個(gè)電芯處于安全和均衡狀態(tài)。通過主動(dòng)均衡或被動(dòng)均衡技術(shù)來平衡電池組中各單體電池的電壓，延長電池組壽命。
2.溫度監(jiān)測
監(jiān)測每個(gè)單體電池和電池組的溫度，防止過熱和過低溫問題；
在電池溫度過高時(shí)采取降溫措施，防止電池?zé)崾Э亍?/p>
3.電池組狀態(tài)管理
提供SOX狀態(tài)信息，如SOC、SOH等
4.充電管理
控制和監(jiān)測電池組的充電過程，如截止充電電壓、充電電流等參數(shù)；
防止電池過充，延長電池壽命。
5.放電管理
控制和監(jiān)測電池組的放電過程，保護(hù)電池不過放，防止電池過度放電，導(dǎo)致電池?fù)p壞。
6.故障檢測與隔離
檢測單體電池故障，如短路、開路等，并對(duì)故障電池進(jìn)行隔離；
防止故障電池影響整個(gè)電池組的安全和性能。
7.數(shù)據(jù)記錄
記錄電池組及單體電池的參數(shù)，如電量、充放電次數(shù)等，為后期維護(hù)提供參考；
方便后期對(duì)電池組進(jìn)行故障診斷和壽命評(píng)估。
8.通信接口
提供對(duì)外通訊接口，實(shí)時(shí)反饋電池狀態(tài)數(shù)據(jù)，接受控制命令。方便對(duì)電池組進(jìn)行外部監(jiān)控和管理。
躍昉方案
基于BF2平臺(tái)的BMS系統(tǒng)設(shè)計(jì)
硬件框架
1.電池
支持使用三元鋰電池或磷酸鐵鋰電池，根據(jù)AFE的選擇可以搭配不同串?dāng)?shù)量電池。
2.AFE
負(fù)責(zé)對(duì)電池狀態(tài)數(shù)據(jù)，溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，電池狀態(tài)數(shù)據(jù)包括電流，電壓等。
3.BF2
負(fù)責(zé)讀取AFE采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行電池狀態(tài)監(jiān)測，計(jì)算SOC、SOH等狀態(tài)數(shù)據(jù)。
軟件概要設(shè)計(jì)
1.主任務(wù)
設(shè)備上電后啟動(dòng)的第一個(gè)任務(wù)，負(fù)責(zé)全系統(tǒng)事件調(diào)度，其他模塊的初始化和其他任務(wù)的啟動(dòng)等。
2.SOC模塊
實(shí)現(xiàn)SOC算法，輸入為系統(tǒng)時(shí)間、AFE采集的電芯電壓數(shù)據(jù)、電池組電壓、電流數(shù)據(jù)，輸出為SOC百分比。
3.SOH模塊
實(shí)現(xiàn)SOH算法，輸入為SOC數(shù)據(jù)、系統(tǒng)時(shí)間、AFE采集的電芯電壓數(shù)據(jù)、電池組電壓、電流數(shù)據(jù)，輸出為SOH百分比。
4.主、被動(dòng)均衡管理
實(shí)現(xiàn)主、被動(dòng)均衡功能，通過對(duì)AFE數(shù)據(jù)分析確定需要進(jìn)行均衡的電芯，進(jìn)行均衡處理。
5.異常管理
實(shí)現(xiàn)異常處理邏輯，供主任務(wù)調(diào)度使用。
6.通訊交互
實(shí)現(xiàn)UART、WIFI、BLE通訊相關(guān)代碼，完成AT指令交互代碼。
7.AFE數(shù)據(jù)采集
按主任務(wù)設(shè)定周期及開關(guān)狀態(tài)實(shí)時(shí)采集電芯電壓、pack電壓、pack電流數(shù)據(jù)。
8.外部設(shè)備管理
實(shí)現(xiàn)溫度sensor等其他外掛芯片的管理。
9.數(shù)據(jù)管理
提供全系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)保存和讀取功能，為主任務(wù)提供數(shù)據(jù)管理服務(wù)。
躍昉科技已經(jīng)使用BF2搭配AFE芯片開發(fā)BMS Demo板，目前各項(xiàng)性能參數(shù)表現(xiàn)良好，性能穩(wěn)定，已有客戶基于此平臺(tái)開發(fā)項(xiàng)目，反饋良好并已有部分量產(chǎn)出貨。能源行業(yè)一直是躍昉科技重點(diǎn)布局的行業(yè)，相信在躍昉科技的努力下一定會(huì)為中國的新能源行業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。