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【方案秀】STM32L073锂电池8s主动均衡BMS 精华  

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Paderboy 发布时间:2016-5-5 14:38
本帖最后由 Paderboy 于 2016-5-5 15:08 编辑 # F5 j3 V  ^* }2 c

# q, ?! _. Q  `/ k" n多谢与非网和ST 提供的超值STM32L073RZ-Nucleo 开发板。。这个是测试板是基于STM32L073RZ-Nucleo开发板为核心的,锂电池8s主动均衡管理控制器。。
8 }; T* P( ?0 r# l4 V7 z9 z# w1 v; ?

! b$ G- S& f5 ^% [+ C因为时间有限,基于STM32L073RZ开发的测试是基于STM32F0系列的锂电池8s主动均衡管理控制器上直接移植过来的。
4 y5 B. G- _- u& D1 c0 F* a( ~使用了CubeMx+HAL实现了所需的所有功能。。这里要赞一个。。移植超级方便。。- ^3 y. I( A( t' m* b

) P% \; e4 U- C) \$ J# bL0和F0的差别主要是L0系列是低功耗版本,又集成了EEPROM。。所以只需要修改下数据存储。基本都可以通过Cube配置外设,直接移植了。。。。" @/ v( j: H7 \, ?6 r
+ R( B  E8 ]9 T! k3 N& v
最后用基于STM32L073RZ-Nucleo锂电池8s主动均衡管理控制器的演示视频。。因为只有晚上有时间移植。。所以测试时间比较短,光线也不好。还请大伙谅解下哦。。。。。
' r; @2 |9 R8 O3 l, r* M/ H- a$ \" R, M' u1 f- q3 V5 H2 }& P
先概述下主动和被动均衡的差异和利弊吧。。以下是个人拙见,有不对的陈述还请,大师纠正。。。。( ]( _" H& w) C. T* u
. \3 f* I: U% I
目前市场上被动均衡的控制器可以说非常的多,主要是用电阻消耗掉多余的能量,来达到稳压  O7 i: |& F9 |8 L" A
保护单体电池不被过压冲坏(鼓包)。。如果能把需要消耗掉的能量,转移到低压的单体电池+ e$ [+ o1 k( p0 |
那样电池能量的使用效率可以有很大的提高。并且减少,发热对电池组的寿命影响。。。
2 L7 m9 s" O2 T+ l" R$ c- ^" J" _: ^, C
锂电主动均衡控制器和被动均衡控制器的差异,主要是主动均衡控制器可以利用其他单体8 X/ K( l/ [& W) a4 z( z: i
高出的电压,使用DC隔离降压模块转移到低压的单体电池上。。所谓的"取长补短"达到均衡电池的同时又能提高电池能量的使用效率。一般的被动均衡控制器只能向下均衡(只能控制电阻导通发热)
: t4 ]5 r; F4 T+ f5 t& W5 ]7 J主动均衡的优点弥补的被动均衡的短板,可以向下充电补偿。把这2种均衡方式结合使用,可以2 M8 m, }6 x: J1 Z1 \" s
提高均衡效果和发热量。。1 r( X+ }% N& i1 H

1 M9 v/ B$ c5 q( Z8 p接下来说说,主动均衡工作原理。。使用巡检采样,得到所有通道里的电池组电压值,然后确定最大和最小的压差。。
+ Z, z2 H6 g6 ]根据不同的压差判断使用主动或被动均衡。。每次只能均衡一个通道。。。
2 {# u+ f4 f% R. e0 F  p如果过压或者低压,达到了设置上限或下限。。直接关闭输入或输出通道。。以保护电池组。。
9 g" @7 w1 D+ |$ [- \如果长期处于低压。。到达系统内部设定的下限。。会自动断开均衡控制器供电电源。。以保护电池组,不会被消耗所有的电能,导致电池组报废。。9 O. I( D0 R: F% q! Z' v9 @' m
! |1 ]8 y0 w8 t# T9 w3 F$ _

  L9 R8 Z2 z1 ~+ g5 l0 v先来个项目框架结构---以及STM32L073RZ-Morpho硬件接口图:
! m' A, B' w$ D7 u STM32L073RZ_xm.png
6 ^2 o1 S7 o; T  L# ]! X- O( [# U' I: o
xnucleo64_revc_l073rz morpho.png
, b) Q0 r5 K/ j6 d' N" `5 G接下来。。。先介绍STM32L073RZ-Nucleo配置:
/ Q  j/ O0 i: `" k0 j5 Q
9 d9 ~! z% \( K$ I% j7 e6 d, R2 K1.配置系统主频32Mhz 使用内部晶振
9 S- n& ?9 z. b' V( C: L; g4 d4 u7 T
- q/ v% U9 _* g& M8 M3 w1 U( E- Z# V2.配置PC13,PC14,PC15为中断按键,通过按键设置均衡参数
6 X8 v! v& N) b. b" O, b: F: x& Z5 k! r8 S6 A1 U5 L1 u; b
3.配置SPI2+PC4,PB1,PB2,PB11为LCD控制显示输出+ `: o0 R+ C2 X- f  J3 f0 e7 W

, A+ t, }4 ], @- q7 Y( ~+ x( ?4.配置串口2作为Wifi或者BLE通讯预留接口。。空闲中断+DMA1 I2 b/ Y2 F* _2 u2 U( b
" o5 D! [, {8 x
5.配置ADC 4个通道,ADC1,ADC4内部温度和内部参考电压 用于电池电压和NTC温敏电阻的数据采样
; |6 H8 g& q" N( c: l% x& n+ c8 v. x* s. ]
6.配置PC5,PC6,PC8,PC9作为电池单体通道逻辑切换控制(抱歉具体IC型号暂时保密)。。。
8 T  ]/ F; P- \" J; l7 Y( t; i) [% A6 O4 D$ D  o
7.配置PA11,PA12,PA5作为主动均衡,被动均衡和DC隔离供电低压保护控制。。' M. R4 O$ m8 J9 M# R

$ n- O" i2 x2 ^* G; @. G: c. Q( E! a8 W$ n; I( M% X
STM32L073RZ-BMS-07.png " K; \) @0 o. s- m5 r3 [* Z. [

; k4 W0 c3 ^: [% \2 ]4 \  _/ ` STM32L073RZ-BMS-08.png
( g. r" v" \4 d% |. @4 C1 i/ l% J0 a* m. H2 m, q
STM32L073RZ-BMS-09.png " M3 h# A9 ^0 O4 h% D: _1 ?/ K
& j0 D2 G4 c7 N* l/ h. p& l! H
STM32L073RZ-BMS-10.png ) w  P3 ]. {8 [, z6 v" X" y4 n& \
- p9 k& ?7 J3 [/ s+ H9 _. i
STM32L073RZ-BMS-11.png
9 c7 M" i% X2 ]) [5 Y% ~. {1 X' Y- x- x: ^; p! [3 x9 P& W5 s
STM32L073RZ-BMS-12.png
# B; F& B' a( \
3 `9 W) R2 U9 e- H2 Q, N以下是,部分的程序截图。。。抱歉(目前原理图和程序还无法分享。。还请见谅。。)4 L% l' e1 G  E5 @7 t# @9 H
STM32L073RZ-BMS-01.png
4 E* I$ d7 a4 G% o3 D% n3 G; v9 o7 K* k" @1 B0 q1 x: x% X8 q+ U
STM32L073RZ-BMS-02.png
# U) }( @0 C8 s! D) X
  l2 l  _: W! D1 N* Z8 @& S; V STM32L073RZ-BMS-03.png
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/ O) s. J6 X% \' W& m3 ^! x$ K STM32L073RZ-BMS-04.png
. K1 e1 e$ ?. t1 Z# |+ ^
/ j, e& G8 J1 Y STM32L073RZ-BMS-05.png 2 O* ~+ j' f3 g

$ B3 p7 w  g5 s% Y; P" _! z2 _ STM32L073RZ-BMS-06.png
8 ], p. v, E/ W, B1 {
& M+ y- x% C% o1 k) B& J/ l
9 x* h* R; u/ t/ v3 [0 S/ r$ o来几张PCB截图吧。。。
1 m5 z% ]2 `# h, a STM32L073RZ-BMS-13.png
2 Q7 @# F; Q7 A/ ~( J' j$ F
+ s0 w7 R) b$ h- } STM32L073RZ-BMS-14.png 6 _4 ^: i! C5 f, L* h9 }  J
1 p$ W' }- D1 }  Z0 l
STM32L073RZ-BMS-15.png
8 Z! L* q% G  h3 Y2 G4 c( R/ z( l! h
# w, o5 }$ o6 {# V3 t# _( i* w好了,最后实物测试截图。。2 \/ e) u, n/ C* W  C
IMG_20160427_164033.jpg
; j  W* _& g, {% g: d
/ L; \& u, j5 q& n% E0 q- W* q IMG_20160504_214157.jpg
# l9 L! [. Z, n4 ]) n! m/ r
) r& Q# e5 s- r) n* E( k+ o0 F IMG_20160504_214230.jpg 2 ~& Z* Q/ N" i0 S2 g

" L4 L3 K: p8 A. k. T IMG_20160504_213909.jpg . }4 Y* Q. B- i- v7 E# ]. t

; B! \) V1 h; ~* L& i IMG_20160504_213853.jpg 8 u( Z3 q/ A  H4 F; e2 V
9 L1 u% O1 |3 ]6 h: F' ]. \

  G, X. }: N, \: M" M% h0 v+ k) O+ V, H9 ~/ u# k9 i

+ O) _4 w; T. W, s0 f2 M9 G/ C% f) P最后,来2张我基于STM32F0系列开发的BMS-16S铁锂主动均衡保护板。。应用中的截图。。。
# e9 C$ o* p1 ^# ?  @* \" x+ M* b0 r IMG_20160505_135630.jpg
* o( N8 x+ w0 I, t' s) ?$ {% Z& c4 O, ]* ~4 R( q7 R4 x
IMG_20160505_135654.jpg
5 t& b! R/ y9 k# h" G3 x
" z+ M" w6 h. m" k0 j
+ t, E; \1 E( E2 p. W( z% B6 Z2 w' L) u2 \
' r# W" d, h8 `( B$ S5 Y4 T

4 o! U0 B; V5 d. {) D# w2 c  m6 `: J' u$ _2 N4 Y9 J  E$ S

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子曰好人 + 10 很给力!

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收藏 10 评论76 发布时间:2016-5-5 14:38

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76个回答
Paderboy 回答时间:2017-2-17 21:25:05
watershade 发表于 2017-2-17 20:50
  q+ P$ }! H$ \0 s其实我对这里的光耦作用还是不了解很了解。什么叫做光耦通道切换控制。还有关键的一点,你是通过什么元件让 ...

0 t. `6 Q9 P4 ?! T* J4 @; w这不是普通的光耦。。是可以有一定负载能力的。。。光耦mos可以支持长时间的过载电流(例如 1a电流)。。就可以通过mcu配置通道,巡检采样电池数据,处理后给低压电池充电(通过隔离dc降压隔离后,再通过降压ic降到合适的电压,并到需要均衡的电池上(均衡时间由mcu控制))。。。。
xianrui198944b5 回答时间:2018-7-27 17:52:30
您好,读了您的帖子,应该是大体知道了原理,可是我想问您一下,通过光耦切换并联的DCDC隔离模块,那么这个隔离模块的输入电是从哪里取的?这种方式是不是属于有源平衡啊?采高补低的意思是不是纸的顶部平衡,还是电池单体电压高的流向电池单体电压低的?
watershade 回答时间:2017-2-18 14:21:05
Paderboy 发表于 2017-2-17 21:25) X+ S& h5 \& n! r, L' W; O
这不是普通的光耦。。是可以有一定负载能力的。。。光耦mos可以支持长时间的过载电流(例如 1a电流)。。 ...

% ^" \" `# A% K! u谢谢讲解。我最初还说怎么没用MOS管呐。原来是这样。但是似乎光耦的价格科比mos管高多了
风子 回答时间:2016-5-5 14:42:27
围观大神
creep 回答时间:2016-5-5 14:48:09
Paderboy 大神好厉害!!
Paderboy 回答时间:2016-5-5 14:51:40
风子 发表于 2016-5-5 14:42
( z7 e" e4 ]" C* o: _围观大神
7 n7 f1 C; U, M/ l
多谢,捧场。。
Paderboy 回答时间:2016-5-5 14:51:58
creep 发表于 2016-5-5 14:48
4 Z0 ]/ e+ k$ xPaderboy 大神好厉害!!

" E+ c9 u; K  |. k$ \多谢,捧场。。
freeelectron 回答时间:2016-5-5 15:15:29
围观大神!
dearfar 回答时间:2016-5-5 15:19:34
厉害啊。功能不错。还带屏
Paderboy 回答时间:2016-5-5 15:20:39
freeelectron 发表于 2016-5-5 15:15
) ~" _# N- h" j围观大神!

5 w, S: T0 ]' \多谢,多谢。。。
dearfar 回答时间:2016-5-5 15:20:58
那两排16个是什么元件?
Paderboy 回答时间:2016-5-5 15:23:24
本帖最后由 Paderboy 于 2016-5-6 13:41 编辑 7 [& M4 V: T7 {8 T* z' u
farky 发表于 2016-5-5 15:198 R, q% W% C8 x+ h# n
厉害啊。功能不错。还带屏
& J! M; z4 O$ G
BMS要是不带屏幕就不爽了。。。这样非常直观。。。全部数据可以方便查看。。。。
Paderboy 回答时间:2016-5-5 15:24:50
farky 发表于 2016-5-5 15:209 m; [, `% G2 f$ e& Q
那两排16个是什么元件?
, p9 R6 X2 F0 f0 \5 F% z
光耦(通道切换)。。。目前可以支持800ma的主动均衡。。。。
jinglixixi 回答时间:2016-5-5 16:09:00
farky 发表于 2016-5-5 15:20- `+ T) ~" }( k: a2 o  k  i
那两排16个是什么元件?
' Q/ Q1 }1 ?' n, o" p4 D, d4 |
应该是光隔。
tymaker 回答时间:2016-5-5 16:52:44
厉害,围观顺便支持下
Paderboy 回答时间:2016-5-5 20:59:55
geek1024 发表于 2016-5-5 16:52/ w% k9 G& {% V9 N
厉害,围观顺便支持下
4 q) _1 I% e( ~, ]1 J0 w' X& E
时光虫子 回答时间:2016-5-5 21:22:51
厉害,牛人
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