HLW8112在BMS系统中的应用

什么是BMS

电池管理系统（BATTERY MANAGEMENT SYSTEM）简称BMS，BMS是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。BMS的功能包括电池工作状态监控、充放电管理，单体电池间均衡，其中均衡是电池管理的核心。

BMS一方面检测电池实时状态参数，并根据检测值与允许值的比较关系控制供电回路的通断；另一方面，将采集的关键数据上报给控制器，并接收控制器的指令，与其他系统协调工作。电池管理系统对于不同电芯类型，对管理系统的要求往往并不一样。

BMS功能原理

       电池管理系统，主要任务是保证电池系统的稳定，从功能上划分，主要有以几部分：

1、 电池参数检测

电池参数的比较多，一般检测单体电池电压、温度、烟雾检测，绝缘检测、碰撞检测，还有总电流、总电压。

2、 电池状态预测

包括荷电状态（SOC）或放电深度（DOD）、健康状态（SOH）、功能状态（SOF）、能量状态（SOE）、故障及安全状态（SOS）。

电池的健康状态（SOH, state of health）一直是电池管理系统比较难处理的方向，目前国内的SOH估算方法大多采用通过当前电池荷电状态与出厂额定荷电状态比较，配合相关算法进行SOH估算。由于没有测量电化学内阻等参数，其效果并不理想。

3、 在线故障诊断

在线故障诊断，包括故障检测、故障类型判断，故障定位、故障信息输出等。故障检测是指通过采集到的传感器信号，采用诊断算法诊断故障类型，并进行早期预警       电池故障是指电池组、高压电回路、热管理等各个子系统的传感器故障、执行器故障（如接触器、风扇、泵、加热器等），以及网络故障、各种控制器软硬件故障等。电池组本身故障是指过压（过充）、欠压（过放）、过电流、超高温、内短路故障、接头松动、电解液泄漏、绝缘降低等。

4、 电池安全控制与报警

包括热系统控制、高压电安全控制。BMS诊断到故障后，通过网络通知整车控制器，并要求整车控制器进行有效处理（超过一定阈值时BMS也可以切断主回路电源），以防止高温、低温、过充、过放、过流、漏电等对电池和人身的损害

5、 充电控制

BMS中具有一个充电管理模块，它能够根据电池的特性、温度高低以及充电机的功率等级，控制充电机给电池进行安全充电。

6、 均衡控制

不一致性的存在使得电池组的容量小于组中最小单体的容量。电池均衡是根据单体电池信息，采用主动或被动、耗散或非耗散等均衡方式，尽可能使电池组容量接近于最小单体的容量。

因为电池间的个体差异，导致充电时，容量小的电池容易过充，放电时，容量最小的电池又容易过放，使电池受损，所以电池在成组以后的寿命远远低于单体电池的寿命。

均衡分为被动均衡和主动均衡。被动均衡有一种方法是电阻耗能式，在每一颗单体电池并联一个电阻分流，耗能均衡就是将容量多的电池中的多余的能量消耗掉，实现整组电池电压的均衡。

主动均衡，是以能量转移的方式，将单体能量高的转移到单体能量低的，或用整组能量补充到单体最低的电池，在执行过程中需要一个储能环节，能量通过这个环节重新分配。

7、 热管理

根据电池组内温度分布信息及充放电需求，决定主动加热/散热的强度，使得电池尽可能工作在最适合的温度，充分发挥电池的性能

8、 通信

BMS需要与整车控制器等网络节点通信；同时，BMS在车辆上拆卸不方便，需要在不拆壳的情况下进行在线标定、监控、自动代码生成和在线程序下载（程序更新而不拆卸产品）等，一般的车载网络均采用CAN总线技术。

9、 信息存储

用于存储关键数据，如SOC、SOH、SOF、SOE、累积充放电Ah数、故障码和一致性等。车辆中的真实BMS可能只有上面提到的部分硬件和软件。每个电池单元至少应有一个电池电压传感器和一个温度传感器。

HLW8112直流计量方案

       BMS中的充电控制功能，可以使用HLW8112进行测量。

       HLW8112可以测量直流信号，如下图所示，测量直流信号时，需要先将HLP（高通滤波器关闭）,并将DC_MODE置1，这样就可以使得直流信号进入芯片的内部采样模块进行采样。

       下图是HLW8112直流应用的典型电路，可以根据被测信号的量程来修改前端采样电路，比如，最大测量电流是6A，可以放大1mR采样电阻，需遵循公式：I*R<(800mV/1.414/PGA);

直流电压采样:V(被测电压)/(1K/(20K*5)) < (800mV/1.414/PGA)。

通过HLW8112可以测量电池组的充电电量和放电电量，同时可以采集充电电压数据、充电电流、充电功率和消耗的电量。

漏电检测电路说明

因为HLW8112 还具有漏电检测功能，这样可以在充电的过程中，可以监测在充电过程

中是否有漏电行为发生，一旦发生漏电，可以实时上报，降低安全风险。

当B通道用作漏电检测通道使用时，需关闭B通道的电流检测开关，使能比较器功能。

在设计漏电检测电路时，需要考虑到一旦发生漏电，经由互感器变比之后的电流信号流经RL(互感器后端的跨接电阻)之后，为了不损坏芯片，需要在输入信号端使用TVS管，这样在漏电电流比较大的情况下，就会使得RL两端的电压超出HLW8112 信号输入管脚的可承受电平，这时TVS管就会发挥作用，将电压钳位。

如上图所示，为防止漏电电流过大，引导起R5端电压过大，烧坏芯片管脚，要在B通道的入口处增加TVS 管，一般TVS管可以选用3.3V或5V。

HLW8112电流通道B还可以作为比较器的信号输入，当输入信号的峰峰值超过内部比较器设定的阈值125mV，比较器就会输出高电平，比较器输出的信号可通过INT1/INT2 以中断方式输出，反应速度约在30ms左右。

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