鋰電BMS,電動工具,場效應管

鋰電BMS

鋰電BMS，BMS其實就是BATTERY MANAGEMENT SYSTEM的縮寫，中文名字叫電池管理系統(tǒng)，顧名思義，是專門用來進行鋰電池運行管理的模塊，對象是鋰電池。對于一般的終端用戶而言，鋰電池保護板其實并不存在，或者說，他們并不知道正在自己使用的產(chǎn)品中還有這么一個東西。比如說電動車，100%的用戶都知道電動車上面有電池，因為電池提供了能源，但我敢保證，最多有1%的用戶知道還有鋰電池保護板這個東西的存在。

鋰電BMS,電動工具,場效應管

鋰電BMS的存在感之所以如此低，完全是因為它并不能和用戶產(chǎn)生直接的交流，也并不能與用戶發(fā)生頻繁的交互，就算是偶爾產(chǎn)生了一些數(shù)據(jù)，不過這些數(shù)據(jù)也是通過某些儀表盤傳遞給用戶觀測，當用戶看見儀表盤上的紅燈時只會說：“嗯，車子好像是壞掉了，質量真差。”

話說回來，BMS雖然存在感低，不過它存在的意義卻是絲毫不亞于儀表，甚至可以說是比儀表還重要，因為他可以檢測出這輛車子的能源系統(tǒng)是否壞掉了，只有擁有BMS系統(tǒng)，用戶才可能在不冒險的情況下知道這輛車到底是好是壞。

如果有一個行業(yè)內的嵌入式工程師要買一輛電動車，在一輛沒有顯示儀表和BMS板子的電動車中進行選擇，那么他肯定不敢選后者，因為如果電動車沒有了儀表，那么用戶體驗會極差，但如果電動車沒有了BMS……與其說是一輛電動車，還不如說是一輛隨時可能發(fā)生被激活的炸彈。

那么BMS在能源領域為什么如此重要？BMS的存在到底有什么意義？

本文便從一個底層工程師的角度，以電動車用的BMS模塊作為例子專門對鋰電池的保護板設計進行一些探討，并且會給出一個參考方案，當然由于筆者能力有限，水平一般，如果文中出現(xiàn)了錯誤或者紕漏，請直接指出。

BMS的大體需求是什么？

當設計團隊拿到一個項目，開始開發(fā)的時候，首先必須要搞清楚的便是項目的需求，這個需求可不僅僅是老板口頭上說幾句話，而是需要一個切實的、詳細的、標準的文檔，文檔要以1、2、3為結構，明確的把所有的需求點給羅列出來。我們現(xiàn)在拿到了一個項目：低速電動車的BMS板。

只要項目立項成功，那么作為產(chǎn)品經(jīng)理，或者團隊leader，則列出需求文檔是必須要做的事情。鋰電池管理系統(tǒng)，其中重點二字在于“管理”，要想實現(xiàn)管理功能，必然需要兩個模塊，第一：監(jiān)測。第二：控制。只有在我能夠監(jiān)測這個系統(tǒng)的前提下，我才能控制這個系統(tǒng)。

由此為核心點，我便可以慢慢的羅列出大致需求：

1、監(jiān)測能源系統(tǒng)，能夠實時讀出鋰電池的所有狀態(tài)。

2、控制能源系統(tǒng)，根據(jù)鋰電池的狀態(tài)，在需要的時候進行干預（比如斷開/閉合充放電回路的MOS管）。

鋰電BMS保護功能如何實現(xiàn)？

數(shù)據(jù)采集

電池系統(tǒng)的大致需求分為采集和控制，那么采集的都會有什么數(shù)據(jù)？

1、電壓

2、電流

3、溫度

作為一個以管理鋰電池的系統(tǒng)而言，以上3點是我們要重點監(jiān)測的數(shù)據(jù)，如果系統(tǒng)超級簡單，采集的點只有3、4個，那么直接使用MCU的AD接口進行讀取信息便可，但在實際中幾乎不可能存在這種情況，通常所用的采集的方式一般是使用模擬前端。

系統(tǒng)信息

電壓：鋰電池本身的化學特性決定了我們必須要對電壓進行保護，所謂的電壓保護，是我們必須要保證鋰電池的電壓永遠在合適的范圍之類，不能讓電壓過低，因為其內部存儲電能是靠電化學一種可逆的化學變化實現(xiàn)的，過度的放電會導致這種化學變化有不可逆的反應發(fā)生，因此鋰電池最怕過放電，一旦放電電壓低于2.7V，將可能導致電池永久性損壞，也就是報廢。同時也不能讓電壓過高，因為電池一旦過度充電，導致的危害遠遠大于過放，過放最多損壞電池，不會對周圍造成危害，而過充則可能導致電池溫度升高，以至于發(fā)生自燃甚至爆炸，這種危害是致命的。

電流：所謂的電流保護，也是我們必須要保證，無論是充電還是放電，電流都不能過大，大家都清楚的短路便是過流的一種體現(xiàn)，當系統(tǒng)正負極直接接觸，導線電阻極小，導致電流極大，極大的電流又會產(chǎn)生大量的熱，從而引發(fā)的燃燒和爆炸是很致命的。其實，就算不是短路，但過大的電流依然會導致電池內部發(fā)熱，這樣也極有可能會造成永久性的損害。

溫度：溫度保護不用多言，除開鋰電池本身的化學特性導致它不能在極端溫度下使用之外，我想任何一個類似的系統(tǒng)，為了安全起見都應該考慮到溫度。

看到這里大家也應該明白了，鋰電池保護系統(tǒng)的邏輯其實很簡單，無非就是一些判斷，以及MOS管的控制，這些東西只要是有過軟件基礎的大學生應該都能實現(xiàn)。

電工工具概述

電工工具，外殼用鑄鐵制成，能在鋼板上鉆 4mm的孔。隨后出現(xiàn)了三相工頻（50Hz）電鉆，但電動機轉速沒能突破3000r/min。1914 年，出現(xiàn)了單相串激電動機驅動的電動工具，電動機轉速達10000r/min以上。1927年，出現(xiàn)了供電頻率為150～200Hz的中頻電動工具，它既具有單相串激電動機轉速高的優(yōu)點，又具有三相工頻電動機結構簡單、可靠的優(yōu)點，但因需用中頻電流供電，使用受到限制。

電動工具的種類

電鉆

主要規(guī)格有4、6、8、10、13、16、19、23、25、32、38、49mm等，數(shù)字指在抗拉強度為390N/mm的鋼材上鉆孔的鉆頭最大直徑。對有色金屬、塑料等材料最大鉆孔直徑可比原規(guī)格大30～50%、配磨光機。

電動扳手和電動螺絲刀

用于裝卸螺紋聯(lián)接件。電動扳手的傳動機構由行星齒輪和滾珠螺旋槽沖擊機構組成。規(guī)格有M8、M12、M16、M20、M24、M30等。電動螺絲刀采用牙嵌離合器傳動機構或齒輪傳動機構，規(guī)格有M1、M2、M3、M4、M6等。

電錘和沖擊電鉆

用于混凝土、磚墻及建筑構件上鑿孔、開槽、打毛。結合膨脹螺栓使用，可提高各種管線、機床設備的安裝速度和質量；電錘的沖擊原理是靠內部活塞運動產(chǎn)生沖擊動力，沖擊鉆的沖擊原理是齒輪磨合產(chǎn)生沖擊動力，所以電錘的沖擊力更大。

混凝土振動器

用于澆筑混凝土基礎和鋼筋混凝土構件時搗實混凝土，以消除氣孔，提高強度。其中電動直聯(lián)式振動器的高頻擾動力由電動機帶動偏心塊旋轉而形成，電動機由150Hz或200Hz中頻電源供電。

電刨

用于刨削木材或木結構件，裝在臺架上也可作小型臺刨使用。電刨的刀軸由電動機轉軸通過皮帶驅動。

電磨

俗稱磨頭機；電磨；電動砂輪機，用砂輪或磨盤進行砂磨的電動工具。