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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 : i. v* n+ J& l6 M1 [
0 q' U% N/ Q- S( }4 T  @
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。。
( y9 X# T& X" }" N/ d, V- Q+ f
7 m7 ?( k0 v6 e1 j
& M3 G) x! k3 i- O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。
% J* R- R3 s. _( H0 j9 p' V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。。
. I5 i8 w1 p4 M7 ]8 L& c7 T/ m
3 s. \5 C4 H. t- K6 EL0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。。。。3 u" i# z/ G% W5 I1 D8 p
& o5 A. z) P  \) `
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。。。。。' M0 ^7 N9 \$ v+ f

. ~' H& I# a5 I, S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。。。。
1 I( S( d1 s* }1 `6 J) r
- ~0 q* Y5 b+ V) {7 U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2 X, O8 ~  d5 i1 P# t
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
+ G/ X! n$ j# ^2 i9 g4 k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。。。$ P2 z' p( m2 p' @6 l) B2 S
! i' N7 E5 l% V9 J
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
0 c# c  k; |; Z" ~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)
  }* ], I0 `6 y2 ~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/ Z2 L  b& A' R; f# P
提高均衡效果和发热量。。
0 a8 H7 `1 R" T& E- O/ p
& L* b! O) c! O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。。
$ N2 c" T: Q6 q5 u0 n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。。。
& s. {5 `3 U' o, \  x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 ^' x2 H8 B# D, M& S9 c7 |! l+ @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。。
4 [5 @+ k0 u% i/ e+ C
* L6 `0 c1 n+ Z& E  t! V  X0 |' n9 H
! L, o  w' T8 |8 S* z先来个项目框架结构---以及STM32L073RZ-Morpho硬件接口图:
0 }( a/ C5 r9 Z: z. P STM32L073RZ_xm.png / }$ L# S2 P5 C3 N, }( F$ g
+ ?; }) N" p' k
xnucleo64_revc_l073rz morpho.png   `2 p) _" h4 r8 u0 T
接下来。。。先介绍STM32L073RZ-Nucleo配置:
1 m' _* f" m. A$ U3 E9 C2 u/ X! [0 ?) g$ L: C: ^
1.配置系统主频32Mhz 使用内部晶振5 Z$ u( N7 X8 T% b, L: m1 X3 b

# ?6 t$ |% O  C) o/ J& O: Z2.配置PC13,PC14,PC15为中断按键,通过按键设置均衡参数
3 q8 K3 @8 j$ W+ F4 G3 B& h6 a( e" T9 [0 D8 M
3.配置SPI2+PC4,PB1,PB2,PB11为LCD控制显示输出$ f2 ?  U6 `8 b9 D6 J. B/ f4 N

1 h( u) B; L2 W8 M( W! J4 ?. G1 \4.配置串口2作为Wifi或者BLE通讯预留接口。。空闲中断+DMA
, e% M# `% W/ Z9 _3 Z; W- H3 p9 X) u" M7 L+ B, i7 z8 i
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# L& A. c9 X) K- W" E% |
+ g. y) p8 D0 E( j( {
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)。。。+ D8 A( g' P+ J7 a- G4 V

9 d( I# a- h, @8 d8 M- c: B' t3 n7.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。。
3 d* z1 Q: ?1 g$ b. d& l! |
/ ^6 H' J9 {# ^1 |" }% b5 T* S. w" Z: l4 ?
STM32L073RZ-BMS-07.png
- c! v3 B. V  r
! V0 X9 d0 e+ B! f STM32L073RZ-BMS-08.png
8 B$ i5 O+ M( r+ X
7 V5 F2 ^7 W5 F% V8 f. q STM32L073RZ-BMS-09.png 7 B% T+ o5 m$ l( _3 |$ V5 Z. n

- M9 |. j/ Q5 T# n! V STM32L073RZ-BMS-10.png ) f$ X  {6 n% R* t. I/ `, e% f

: V# O/ `1 C$ p  I% F; E1 T STM32L073RZ-BMS-11.png
0 D' U1 y& O9 q4 m
9 {" J- H1 v5 H STM32L073RZ-BMS-12.png $ [3 q" a1 c! P& s1 C& }

2 |, K' M* ~- Q' U7 [6 O: r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。。)
9 J, s( B, `1 n STM32L073RZ-BMS-01.png
& j& |8 U. H: \; P" Q% }
* i% a- ^% u) e/ A STM32L073RZ-BMS-02.png ! f% U5 s" g4 P8 y; q; w- x+ U& O9 ]

# R2 x  J# o: b( O9 J( Q STM32L073RZ-BMS-03.png 4 }. X+ [, g/ ?% l' H& D7 d0 S$ g* g

5 Y9 f: T3 d  m6 L STM32L073RZ-BMS-04.png 7 G& E3 Q6 v- a- k! N# O* `  t& _

) r& `% g5 A- g+ y3 v0 r STM32L073RZ-BMS-05.png ! N) }; A3 }, C  U- _+ f7 s8 s& F
1 ?7 o7 b" v! T
STM32L073RZ-BMS-06.png
7 [. d. L' B& s" `! r& [! h, U5 |% t' ]
' S9 Z' M# R5 D( e2 Z# E% x1 X- G
来几张PCB截图吧。。。0 e5 Q# T6 [* c6 S
STM32L073RZ-BMS-13.png ; Q. v# V5 J" M( t+ Z$ h, S

0 G8 _) m& a; t$ t STM32L073RZ-BMS-14.png 8 M& \& J8 u( T  e2 W  I1 n6 L
7 I: i* i" O8 p# O' x9 ]  |' P6 y+ y
STM32L073RZ-BMS-15.png
- V' m8 S8 q/ [0 K" c' _
( l/ B6 s! J6 e2 J; b- e好了,最后实物测试截图。。
& S" G( O8 o" r% I. N IMG_20160427_164033.jpg
6 t( Y3 U. X2 `0 P7 c" Y/ l7 k
# E8 l* f7 `& h6 {3 _! [ IMG_20160504_214157.jpg
  v+ R: S3 l% J1 ^: C9 m" n
; \) h& w# @! ^' w( W) n% b+ J; _ IMG_20160504_214230.jpg
. O& X! k3 O9 |- B* k, Z6 S& k# H  @; y
IMG_20160504_213909.jpg % n" z! G+ X; m/ ]- O4 E) j& \

6 x. J- [+ h; A% s0 a IMG_20160504_213853.jpg ! F4 E8 w# |+ x+ z0 T% E7 O

! Y& Q* {3 G4 F( X) V0 j/ g, o3 a# g" E0 K! f0 ]

2 W* d4 O$ x5 i, e* p7 z; j' x
! G; e* S2 b& Q0 U. _# F* @4 @* }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。。。
- J; X) Y& ^  ~6 P( { IMG_20160505_135630.jpg , g2 Q0 u9 J0 Y: `. L# o. z

( A3 Q) K/ }2 w) T1 @* H0 n IMG_20160505_135654.jpg
" ]% Z$ N- p1 I. _2 B* v: M, r8 p# r# k6 }& K& o+ D4 F. v
" A8 B  J0 V( ]. D/ J' U

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评分

参与人数 1 ST金币 +10 收起 理由
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赞 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% [9 p+ d% k0 b) O" X
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 ...

3 Z) @# S! g. o# Q$ \! f0 w6 M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, w" \; D5 @' @
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)。。 ...

( f) a1 Y  J: P: Y# L3 Q; j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 14:420 z8 x9 _8 |* ^$ Q4 f3 o. {& {
围观大神
! f" n9 ^9 K6 @) d% n+ K3 @, A4 K
多谢,捧场。。
Paderboy 回答时间:2016-5-5 14:51:58
creep 发表于 2016-5-5 14:48( b1 l7 n, h4 M! Z* n; [
Paderboy 大神好厉害!!

9 {1 _5 w% @5 h, i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
) u$ ?& {0 K, i0 F. C; N+ h) o围观大神!

) c0 n+ y: X9 B* Z5 M# K' {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 # f( O8 H$ x, q2 E) G
farky 发表于 2016-5-5 15:19+ p2 P: |! K1 [  }) d
厉害啊。功能不错。还带屏

9 e! S9 P. S9 E, `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 15:20
( p0 I% t) q; ?6 W# g5 r那两排16个是什么元件?
; [. w  |7 T1 }* B+ `
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' ?' @; v+ y, E' F# n7 e
那两排16个是什么元件?

' H: H: a5 v% q% t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
4 C5 m0 f! s; f+ J9 ~' [6 j厉害,围观顺便支持下

4 L  M" f1 B9 ]5 ~$ Y
时光虫子 回答时间:2016-5-5 21:22:51
厉害,牛人

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