【四】 BMS系統(tǒng)硬件電路圖分析

這一篇章，我們一起分析一下 BMS 的 Demo 板的電路，在分析的過(guò)程中，我們穿插一些原理分析和一些保護(hù)設(shè)計(jì)的邏輯。

一、充放電的大回路分析

我們以自頂向下的方式來(lái)分析 BMS 系統(tǒng)的電路圖，首先最上層看到的應(yīng)該是如下的一個(gè)原理圖。

上面這個(gè)圖其實(shí)是 BMS 系統(tǒng)的一個(gè)電流的總回路，他是一個(gè)充放電異口的設(shè)計(jì)，我們先分析一下這個(gè)電路的充放電回路。當(dāng)電路處于放電回路的時(shí)候，負(fù)載接入到 P+ 和 P- 上面，這時(shí)電流從電池的 B+流出，經(jīng)過(guò) P+后進(jìn)入負(fù)載，然后從 P-返回到 BMS 系統(tǒng)中，再經(jīng)過(guò)放電 MOS 和采樣電阻后，回流到 B-，如下圖：

當(dāng)電路處于充電回路的時(shí)候，充電器的正負(fù)極接入到 C+ 和 C-中，這時(shí)電流從充電器的正極流入 C+，經(jīng)過(guò)二極管 D4 后進(jìn)入電池的 B+，然后從 B-流出，經(jīng)過(guò)采樣電阻、放電 MOS 以及充電 MOS 后，從 C- 回流到充電器負(fù)極。如下圖：

現(xiàn)在我們已經(jīng)能夠分析明白，對(duì)于異口BMS設(shè)計(jì)的充放電的電流路徑，那么相對(duì)于充放電異口的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，充放電同口的設(shè)計(jì)是什么樣子的呢？

BMS 的同口和異口

其實(shí)同口的 BMS 系統(tǒng)原理上更簡(jiǎn)單理解，我們把充放電 MOS 就當(dāng)成了兩個(gè)獨(dú)立的電閘，如果他們串在一起，同時(shí)控制充電和放電回路，那么我們就稱為同口設(shè)計(jì)：

如果把兩個(gè)電閘分開，分別控制充電回路和放電回路，我們則稱為異口設(shè)計(jì)，可以看一下簡(jiǎn)易示意圖和上圖對(duì)比：

同口和異口設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)

對(duì)于同口的設(shè)計(jì)，由于充放電 MOS 管串聯(lián)在一個(gè)回路上，相對(duì)異口電路的回路就簡(jiǎn)單很多，同時(shí)從整個(gè) PACK 的角度來(lái)看，對(duì)外的充電和放電接口合二為一，設(shè)計(jì)上非常簡(jiǎn)潔，引出線也簡(jiǎn)單很多。

同口相對(duì)異口的缺點(diǎn)也有一些，例如在動(dòng)力電池 PACK 的設(shè)計(jì)中，電池往往放電倍率比較大，充電倍率會(huì)比較小，因此充放電回路的電流相差很多。我們以放2000mAh 的電芯為例，假設(shè)放電倍率為 10C，而充電倍率為 1C，那么對(duì)應(yīng)的最大持續(xù)放電電流為 20A，而最大的持續(xù)充電電流僅為2A 。如果使用異口設(shè)計(jì)，我們可以為充電和放電回路設(shè)計(jì)成不同功率的 MOS 管，這樣有利于成本的設(shè)計(jì)。換成同口設(shè)計(jì)則必須選用支持 20A 持續(xù)放電的 MOS 來(lái)作為充放電 MOS。

二、MOS 管的開關(guān)電路分析

接下來(lái)，我們分析一下充放電 MOS 的開關(guān)電路，這部分之所以相對(duì)于普通的 MOS 管開關(guān)電路較復(fù)雜一些，主要還是因?yàn)?AFE 芯片本身的輸出能力不足，以及 AFE 芯片內(nèi)部上下來(lái)的特殊設(shè)計(jì)導(dǎo)致的，同時(shí)對(duì)于 BMS 系統(tǒng)中的 MOS 管，應(yīng)用起來(lái)也有與電機(jī)控制的功率橋存在不同的考量，這個(gè)我們可以在單獨(dú)的 MOS 管選型設(shè)計(jì)中深入的談，這里我們只簡(jiǎn)要分析這里的開關(guān)電路。我們先看放電 MOS 部分：