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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 7 k3 _. B' \8 g

# j2 d% I: v, Y7 O0 @# P* E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。。
% o, }  {4 k( Q* v) W# m& E' I1 Y9 }1 @. V( a/ Z1 b) x
9 E: I- b$ D6 s! g7 _" N1 F* @
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。
  z, F/ k" q: B$ _  {$ `! b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。。
% V) n8 J; D9 }5 P  O' q& F
- t* F" f$ `6 G4 b- A, qL0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。。。。! o6 n1 g1 f0 u' j: E
8 `/ q6 S+ E, D9 W3 Y, B4 J; }4 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。。。。。7 W0 [! j- `0 g8 q# H( ]6 h0 M1 o

# ^3 [+ \( f& i& U( k. T5 g* Q/ a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。。。。2 e2 r& ~2 z% ~' \

1 H6 u1 Z+ \3 j+ z  v) y3 F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
7 r# v+ ]" _" B8 H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3 s8 S3 F; Y/ ?6 k) j1 k( ]7 H
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。。。
4 u6 s, P8 y+ d5 b8 u# H
8 H* M9 d8 Y7 Y  P7 d# J2 @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
4 Y% m# {7 ?- n$ ~) D8 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)
4 }6 M8 P( A, \- B% l) U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) l& a! B1 r2 s. o! x
提高均衡效果和发热量。。2 ]  [1 Q+ i) e1 @. U6 W; {! G' k5 G

% W( }  h2 B: h6 g& 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。。
  J; r, J# g) }- A+ y2 z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。。。  g0 P) G7 ?9 b  ?6 |* ?
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 _% t6 }. F# p1 N: V' r% }
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。。
( h" ?% R0 @5 x" \9 z/ k0 z/ B. r* L8 M+ v6 x' E
0 a5 i: O6 b& J! C- F
先来个项目框架结构---以及STM32L073RZ-Morpho硬件接口图:
, \/ S# V- ~0 B& r. V STM32L073RZ_xm.png % R$ a2 E# \& g

* m. H* u" }# b9 ~- r7 q xnucleo64_revc_l073rz morpho.png
3 r0 d8 F7 K9 o- ~* a接下来。。。先介绍STM32L073RZ-Nucleo配置:1 U5 P1 P+ L: L+ ]. D- }
% F5 X9 i2 s$ {, J3 O
1.配置系统主频32Mhz 使用内部晶振9 w! g- e. [% l: U3 n3 C7 |# U" }

! T3 F! ^$ n& O7 l7 E4 i2.配置PC13,PC14,PC15为中断按键,通过按键设置均衡参数) y! P$ _9 ~0 [- H/ ^0 u
" T1 h8 ~9 |$ c
3.配置SPI2+PC4,PB1,PB2,PB11为LCD控制显示输出' B% F9 g9 ]2 h
+ p( U' C4 {  `8 t" X9 ~
4.配置串口2作为Wifi或者BLE通讯预留接口。。空闲中断+DMA
8 E, y) q3 T$ ?9 {1 Z+ I
! B. C" }$ p6 w7 ]2 m5.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5 n4 [) Y3 \' v' P) A8 d: R1 p
" @' B9 B: y3 i* P0 G' F
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 q- l7 f5 y7 V. {- d$ L& ]
9 L% p: S7 {9 d9 q" x" A
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。。$ Q5 p, J7 g% \' a2 f% z1 Y5 v7 f
3 x5 ?% d; v: t  b) u

6 N( u7 B2 D. P% h& } STM32L073RZ-BMS-07.png   B  f; ]- i2 Z/ _/ Q1 v# L

5 `& ~1 y) c; }7 `5 o3 t STM32L073RZ-BMS-08.png
  ^5 v0 j* d" O% q/ d; W/ {
( s' T2 C5 Y) T/ ]' W. [# f; l2 r/ B+ F STM32L073RZ-BMS-09.png + W. K8 z& J* a8 l3 _6 @: l  [
! }1 Q9 C/ c2 G8 g
STM32L073RZ-BMS-10.png
4 U. u& ~; U6 A* \* Q8 a
8 l7 U. T: r: p9 p, ]8 {4 H STM32L073RZ-BMS-11.png * N& c( T8 q8 d  i
, Y+ a) y! s# y0 J) P$ A
STM32L073RZ-BMS-12.png
- |1 E! H5 O1 ]. N' s; W
3 h8 ~5 n6 C! m7 H+ G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。。)
2 N4 [& Y. {/ u9 r, D STM32L073RZ-BMS-01.png 4 q+ T7 a$ e6 u7 N
. a; C0 m0 j+ N4 t# D. n1 H
STM32L073RZ-BMS-02.png " I; I8 _6 A" d- J, Q! M* ]
: i5 X( f* _/ t" @9 s& C! x
STM32L073RZ-BMS-03.png . Q: Q4 i' j% N: P& Z* s
9 W+ A, p1 M/ n
STM32L073RZ-BMS-04.png * m% k2 t, a& Q: E5 F2 U& ?. t. r0 H

6 ^0 i. D+ Q3 E" J) B$ p1 y STM32L073RZ-BMS-05.png   U) r: ?/ v: |6 e  v
3 n$ y. a. |4 K( u8 v* A6 s0 H
STM32L073RZ-BMS-06.png
' l5 N# `  a0 k7 d0 y, d2 I; J5 _9 ~) i5 j5 A

: g% c% G, R6 z9 r5 k来几张PCB截图吧。。。4 Z- x5 Q8 z+ W- G  @& J
STM32L073RZ-BMS-13.png
% M4 i! e, a( f( K7 }2 k$ r$ `. P) F( G, {
STM32L073RZ-BMS-14.png
' _8 e( Z  {5 s" j$ r7 a- u3 a+ ^9 K7 d" D1 N7 b0 o* y
STM32L073RZ-BMS-15.png 4 J# r$ e6 X% d% y, e. V" C

) M' U2 Y1 x: z" P' g2 h好了,最后实物测试截图。。
7 l7 w  I/ m- E* R IMG_20160427_164033.jpg
1 S0 A9 p# @2 o% ~+ I& L4 y; @* b( U0 b9 k: i0 M1 t  r% Y8 k
IMG_20160504_214157.jpg & q$ d' @) i3 J# D# D1 c7 U

9 e, B0 {) j5 s! b3 [5 k. L* F& X IMG_20160504_214230.jpg
- M' x( ]) f' `' C1 O: i8 Z+ d6 Y2 Q# v- r) |# D6 F
IMG_20160504_213909.jpg
8 B4 u! g8 F1 ]4 q9 Y2 x
. x7 y* J& m  d; g  A5 K IMG_20160504_213853.jpg 7 s' p) [2 A- B- l. N7 w' i! o
( o- W3 I8 ~, j' P

3 |+ X* ^& j2 Y9 h& f+ ]' _# s/ q4 ~
! |. Z( Q7 i  q6 Y; T
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。。。8 i1 q6 k8 E7 x8 S
IMG_20160505_135630.jpg
2 V( \0 G2 m: V& ^/ E' }
& S( w% ]' K$ ?) a8 E  X" r. O# X0 Z IMG_20160505_135654.jpg # y5 ]! a5 G$ B5 G+ o/ }. V
5 m+ w* r# _' |$ h; i9 X3 Q9 z

5 P" {8 A! a; o& Q8 R& a; H
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9 ~2 \- R( Y) `" l6 D) [& `. A
0 a* ^0 X5 |2 ]1 j) \' B, r; M
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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
# N, Y" F' x* H0 R* [: N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 ...

8 R9 U8 s! h7 b* N( K. l* e6 @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
+ i3 q+ D/ r: N" _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)。。 ...
* e4 t* i8 v; G7 ^
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& {6 T# |. Z4 i6 o1 B4 V  V2 V! U
围观大神
7 j  s5 L& o8 f7 Z# e
多谢,捧场。。
Paderboy 回答时间:2016-5-5 14:51:58
creep 发表于 2016-5-5 14:48
  O0 S6 M3 M) d! Q( g# R5 tPaderboy 大神好厉害!!

" d4 ~9 ~3 n5 B4 o4 V( [/ O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 15:151 ?1 W' W& W2 D9 M7 H& M  N  k
围观大神!

. y5 k& b9 e) y2 X. c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
8 Z% g6 o* E! T6 h
farky 发表于 2016-5-5 15:19; P- C$ b! B3 h9 R7 N
厉害啊。功能不错。还带屏

( c) `/ G* R! FBMS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 15:20
7 i* _2 }4 r' Z3 X1 m6 I那两排16个是什么元件?

, F! I% o; T) 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# _6 j: A0 V0 ^) {6 f5 t- a
那两排16个是什么元件?

0 H/ K  J0 u0 Q& t- _4 j' K8 `4 Y: w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
$ ?% c! L) R5 Q" m厉害,围观顺便支持下
/ w6 B0 V4 d! q0 g
时光虫子 回答时间:2016-5-5 21:22:51
厉害,牛人
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