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    • 一、充放电的大回路分析
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【四】 BMS系统硬件电路图分析

01/23 08:50
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这一篇章,我们一起分析一下 BMS 的 Demo 板的电路,在分析的过程中,我们穿插一些原理分析和一些保护设计的逻辑。

一、充放电的大回路分析

我们以自顶向下的方式来分析 BMS 系统的电路图,首先最上层看到的应该是如下的一个原理图

上面这个图其实是 BMS 系统的一个电流的总回路,他是一个充放电异口的设计,我们先分析一下这个电路的充放电回路。当电路处于放电回路的时候,负载接入到 P+ 和 P- 上面,这时电流从电池的 B+流出,经过 P+后进入负载,然后从 P-返回到 BMS 系统中,再经过放电 MOS 和采样电阻后,回流到 B-,如下图:

当电路处于充电回路的时候,充电器的正负极接入到 C+ 和 C-中,这时电流从充电器的正极流入 C+,经过二极管 D4 后进入电池的 B+,然后从 B-流出,经过采样电阻、放电 MOS 以及充电 MOS 后,从 C- 回流到充电器负极。如下图:

现在我们已经能够分析明白,对于异口BMS设计的充放电的电流路径,那么相对于充放电异口的设计来说,充放电同口的设计是什么样子的呢?

BMS 的同口和异口

其实同口的 BMS 系统原理上更简单理解,我们把充放电 MOS 就当成了两个独立的电闸,如果他们串在一起,同时控制充电和放电回路,那么我们就称为同口设计:

如果把两个电闸分开,分别控制充电回路和放电回路,我们则称为异口设计,可以看一下简易示意图和上图对比:

同口和异口设计的优缺点

对于同口的设计,由于充放电 MOS 管串联在一个回路上,相对异口电路的回路就简单很多,同时从整个 PACK 的角度来看,对外的充电和放电接口合二为一,设计上非常简洁,引出线也简单很多。

同口相对异口的缺点也有一些,例如在动力电池 PACK 的设计中,电池往往放电倍率比较大,充电倍率会比较小,因此充放电回路的电流相差很多。我们以放2000mAh 的电芯为例,假设放电倍率为 10C,而充电倍率为 1C,那么对应的最大持续放电电流为 20A,而最大的持续充电电流仅为2A 。如果使用异口设计,我们可以为充电和放电回路设计成不同功率的 MOS 管,这样有利于成本的设计。换成同口设计则必须选用支持 20A 持续放电的 MOS 来作为充放电 MOS。

二、MOS 管的开关电路分析

接下来,我们分析一下充放电 MOS 的开关电路,这部分之所以相对于普通的 MOS 管开关电路较复杂一些,主要还是因为 AFE 芯片本身的输出能力不足,以及 AFE 芯片内部上下来的特殊设计导致的,同时对于 BMS 系统中的 MOS 管,应用起来也有与电机控制的功率桥存在不同的考量,这个我们可以在单独的 MOS 管选型设计中深入的谈,这里我们只简要分析这里的开关电路。我们先看放电 MOS 部分:

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