BMS电池管理系开发-均衡控制策略算法

lichengwan

电池均衡系统是为了缓和动力电池在制造、使用过程中由于材料、工艺以及使用工况环境的差异所造成的容量差压和电压特性差异。均衡分为被动和主动，均衡周期可以分为持续性和间断性均衡。电池在ESS、PHEV、BEV的使用工况不同会采用不同的均衡策略。





电芯参数

容量参数


，容量误差范围在3%；

均衡时间参数；



最大允许均衡的容量；



能量参数；



可均衡的阶段

During Charge Phase；

During discharge phase;

Overnight conditioning;

影响均衡时间的参数

PACK温度场的不一致性导致的电压和容量差异性；

电芯自放电率的不一致性,导致RTC唤醒之后读取电压值的差异；

电池内部等效内阻的差异性；

均衡功耗的计算

均衡等效电阻计算；

实时均衡电流计算；

变电压过程中的均衡功率计算；

均衡电流的计算同系统散热能力、禁止均衡的温度、MOS开关管过电流能

力、电芯类型等参数相关。

均衡电阻匹配

根据电芯电压工作范围，确定电阻的大小；

根据均衡电流的大小确定电阻的功率范围；

保证均衡功率的一致性，需确定电阻值误差范围；

均衡电流的计算

最大均衡电流的估算；

最小均衡电流估算；
均衡模式

充电过程中的均衡；

放电过程中的均衡；

RTC唤醒时的均衡；
均衡时间的计算

均衡电流计算I_bal；

均衡容量的设定；

T_min = △SOC%*Capacity/ I_bal;
均衡容量及均衡单体编号计算存储

RTC工作模式下，OCV_SOC参数计算；

均衡容量的计算、均衡单体编号计算；

均衡启动之前的电压校验(与上次RTC启动时数值对比);

由于均衡过程中均衡回路中有均衡电流产生压降，采集到的电压并非真实的

电压，需要根据均衡电路中的电阻估算真实的电压或者采取间断性开启和关

闭均衡的策略。
均衡回路中的电阻

串联电阻、并联电阻、PMOS导通电阻及均衡回路等效内阻计算；

放电过程中的压降估算；
均衡间隔时间

均衡持续的时间；

均衡关断的时间计算及超时处理；
放电阶段均衡电压补偿

可均衡电压范围设定；

均衡过程中采集电压的补偿；

均衡电流的计算同系统散热能力、禁止均衡的温度、MOS开关管载流能力

参数相关。
每个SLAVE最大允许均衡的通道数目

根据PCB最大热容通过实验确定的最大通道数目；

…；
PCB板温对均衡限制

立即停止均衡的温度；

可以重新开始均衡的温度；
MOS管的载流能力

载流参数；

均衡MOS开关如果失效会引起电芯过放以及引起电芯热量累积，应在软

和硬件设计上满足功能安全目标。

ASW中的均衡控制算法时应充分考虑到能够保证均衡MOS在任何情况下可安全的关闭，举个例子：MX17823可满足ASIL-D的功能安全要求，内部集成了定时器和硬线输出信号。

应用软件

在均衡时间计算模块中设置均衡时间阀值，超时则停止；
MAX17823

均衡定时器，可支持1s、4s、16s、64s、128s、256s均衡超时自动停止均衡功能;

均衡超时时硬线输出；

BMS功能安全中定义了电池过充电需要满足的安全目标，防止出现由于控制算法或硬件电路失效引起的电池过充电危险事件，防止电池出现由于过充出现的鼓包、过热、起火等危险事件，确保电池可以通过均衡回路放电到安全电压范围。MX17823提供可编程的均衡放电周期以及独立的TIMEOUT寄存器（自动自减模式），可防止在紧急放电模式下发生过放电情况。
均衡时间可编程

单独控制停止放电模式的寄存器；

计时器递减模式；

均衡超时自动退出功能

定时器复位功能；

均衡闭合和均衡断开定时器可编程；

定时器超时状态位可读，硬线输出；

目前采用的均衡方式均为被动放电均衡，多余的能量通过电阻发热的形式消耗，散热电阻通常布置在PCB板上，PCB板的温升是限制均衡电流的关键因素，通过监控PCB板温度可以控制均衡功能的开启和关闭。
均衡发热计算

散热理论计算；

散热实验统计；

均衡功能温度控制参数

停止均衡的温度；

重新开启均衡温度；
均衡散热结构

机械散热结构设计；

PCB Layout设计；

MX17823提供了丰富的均衡诊断功能。

Balancing switch shorted

通过ALTMUX采集的电压值与Rsw的电阻上下值范围比较；

均衡短路发生在SWn和SWn-1之间，有可能是均衡FET故障；

SWn和SWn-1之间的电压小于Cn和Cn-1之间电压；
Balancing switch open

通过ALTMUX采集的电压值与Rsw的电阻上下值范围比较；

Odd sense wire open

检测cell-sense wire是否断开；

用ALTMUX通道检测电池电压；

与寄存器值进行比较，如果范围超过阀值，则判定断线

判断Odd断线检测数据矩阵；
Even sense wire open

检测cell-sense wire是否断开；

用ALTMUX通道检测电池电压；

与寄存器值进行比较，如果范围超过阀值，则判定断线；

判断Odd断线检测数据矩阵；

Cn short to SWn