动力电池管理系统（BMS）的基本功能——电池状态实时监测

马克 • 2025年7月22日下午4:37 • 储能技术 • 阅读 62

一、电池电压检测

电池电压检测环节首先要确定电压采集的精度指标。从理论研究的角度而言，采集精度自然是越高越好的，然而在工程实践中，情况并非如此。一方面，精度高的器件自然会对应着较高的成本，不利于产业化。另一方面，采集精度越高，对应的时延相对也越大，将会影响电池电压监测的实时性与同步性。电压采集的精度并非越高越好的。

在电池管理系统的各种功能中，对电压采集精度要求较高，应该是剩余电量(SOC)估算环节了。剩余电量估算的其中一种方法就是开路电压法(也称电动势法， OCV法)。图1-l是根据充放电平衡电势曲线及等效内阻测试的方法测得的某厂家100Ah动力电池在25℃温度下的EMF-SOC曲线。

图1-1 某电池企业LFP电芯的EMF-SOC曲线

由图1-1可知，电池的SOC与电芯的电压之间存在着对应关系，所以我们常用电池的开路电压（OCV）来估算电池的SOC值。在这种情况下，对电芯电压的精度的要求就可以转换为对SOC估算精度的要求。

二、电压采集方式

为保证电动车的正常和安全行驶，电池管理系统（BMS）必须实时监测电动车电池的电压数据。通过电压采集电路和A/D转换实现电压数据的获取。

（1）传统式电压采集

用继电器和电容做隔离处理，其测试原理是：首先通过电容对电池电压进行取样，再通过检测电容的电压就可以得到电池的电压。

（2）浮动式电压采集

浮动式电压采集是指在对电池端电压，测量时窗口比较器自动判断当前地电位是否合适，如果正好，启动A/D进行测量，如果太高或太低，则通过控制器经D/A对地，对电位进行浮动控制。

（3）共模检测电压采集

共模检测法，共模测量是相对同一参考点，利用精密电阻等比例衰减测量各点电压，然后依次相减得到各节电池电压。

（4）差模检测电压采集

差模检测法，采用运算放大器消除电池两端的共模电压，完成对电池电压的采样。

在此，我们对动力电池管理系统（BMS）设计中电压采集的四种方式做一个分析:

1. 为每个动力电池分别配置电压采集前端的方式(单电池单ADC方式)

图1-2 每个电芯配置ADC的采集方式

由上图我们可以看到，每个动力电池的都配置一个前端芯片，对电池电压进行A/D转换，并把转换后的数据通过总线发给主芯片。

例如， MAXIM公司所生产的DS-2782芯片可以以这种方式作为动力电池的前端芯片。除此之外，前端芯片还可以用一个有A/D转换功能的单片机担当。上面所述的单电池单 ADC方式存在两个缺点: 其一，为每个电池配置专用电路板可能导致成本过高；其二，采集过于分散难以保证数据的同步性。以下方法将试图避免这样的缺点。

2.基于精密电阻的分压方式

有不少单片机自带多路A/D端口，可以同时对多个电池的电压进行采样。一般来说， A/D转换的电压范围常在5V以下，但动力电池通常多个串联使用，导致电池组的总电压大大超过5V，因此需要用电阻进行分压。然而，一般普通电阻的误差为士5%，而且温漂严重，不适合用于精密测量，因此必须选用精密电阻以作分压。为保证分压后采样值均在0～3V，需要为不同的分压回路选择不同的阻值。一种可能的电压监测电路如图1-3所示。