求助14串鋰電保護方案
如果用MCU怎么樣?有沒有那種16到20個AD通道且價格低廉的MCU,麻煩各位前輩推薦一下.
我主要想做一個電動車鋰電池的保護板,可以保護36V或48V.
希望各位前輩多幫幫忙,我是一個新手.
你就根本不需要想的.
要是我老板叫我做,我根本就不需要理他.
告訴為什么做不了,做出來了也不頂個屁用.
那還不如10元也可以省了,不要保護板得了.
哈哈
雙面PCB:1.5元;三星單片機S3F9454 2.2元;功率MOSFET2個:4.3元;電壓和電流檢測:7元;平衡電路不算在內的話,用單片機做,最便宜的方案至少也要15元以上的,估計你只能用保護IC的方案做。10元以下是根本不可能的事。如果不做平衡的話,你要是用國產電芯,電池組的壽命會極短的,這種板做出來,也是害人。:)
主控芯片采用ATmega48,其有8通道10bitAD。
由于要保護14S鋰電池,每一個電芯都要采集電壓,所以至少要有14個AD口。除去單片機只帶的AD口,還需要6個AD口。
方法1:通過兩個ATmega48進行采樣,兩個MCU有16個AD口,足夠給每一電芯采樣
方法2:通過普通口模擬AD口以達到電壓采樣。模擬方法采用電容在恒流下充電與時間成正比,結合單片機的定時器,利用程序進行電壓的 間接采樣。
另外由于14S鋰電池,電壓可能達到60V以上,所以通過電阻分壓后,在通過AD進行電壓采樣。
電流則通過精密電阻進行采樣,同樣可以用AD采樣得到電壓后,得出電流值。
平衡電路則采用最簡單的方式:恒定分流電阻均衡。
然后通過MCU進行充放電的控制。
14S的鋰離子電池,充滿時的電壓接近60V了,因此如果直接電阻分壓后進行電壓測量,分辯率只有60V/1024=60mV,(1024為10bitA/D的分辯率),即使有軟件校準,最小的誤差也會有60mV,這種電壓精度做保護都不夠用,用來做平衡的話,平衡完壓差也在60mV以上了。
因此如果你要用10BIT的A/D檢測高位的電芯電壓,必須要做電壓變換,電壓變換有幾種方式,但是都需要錢,常用的有運放進行變換。
又:三星單片機S3F9454有9路的10BIT的A/D,只有2元2,比ATMEL的還便宜,如果你要想成本更低,可以用它。
如果你是新手,并且是公司小的話,我建議你放下單片機的方案,這個方案對于一個新手來說能在一年內玩下來都算你很有成就了,所以還別走這一條彎路,如果只是玩玩樣品當然問題不大,但是要上量且可靠,這不兒戲,單片機保護,有很多優勢和不足,對于新手根本無法兼備,對于鋰電的精度你至少做到50MV的精度,并且是最大值50MV,如果是+/-50MV那么電池過充的時候,極端情況下,你就有可能出現0。1V的壓差,這對鋰電有很大影響,比如一個充到4。2V,而另一個就可能只有4。1V(我這只是簡單說明,因為這里面還有很多其因素)。所以單片機很難做到50MV這個精度,我曾經用12位精度單片機也只能做到35MV,再往上做成本就大很多,無法跟市面產品做競爭,目前市面上有幾種單片機大致有三種方案,電阻分壓,電壓差分,懸浮地電位采樣,但卻有多種做法,根據不同使用場合有不同使用優勢
電壓差分這種電路優點成本低,
缺點:1。精度差,并且有誤差疊加,也就是當一個通道有50MV的誤差時,14串整組電壓就有0。05*14=至少就有700MV的疊加誤差(如果按設計一一計算,至少也有1。5V的誤差),因為電阻分壓基本上是做減法。還有,由于你是多通道采樣,這里還存在時間誤差導致的檢測誤差,通道越多,這誤差越大。
2。精耗電流大,并且分布不均勻,由于是用5V供電,采集14串,那么必須得做電阻分壓,14*4。3/5=12。04倍,留一定余量,用電阻上限120K,下限10K進行分壓采樣,那么就會存在靜耗電流,第一節靜態電流為最大4。2/130K=32UA,最小19UA,最高節4.2*14/130K=450uA,最小269uA,從靜耗上看,高節和低節靜耗電流相差太大,不難算出,半年待機時間,就會有6%的容差。從精度上看,由于單片機采樣需要一定的采樣電流,不同品牌有所不同,一般大于5UA方能準確采樣,那么可以根據電路大約等效單片機內部相當于一個下拉電阻5/5UA=5M,也就是說每個單節電池下拉電阻多并了一個5M電阻,這樣對于不同節數導致的偏移也不一樣。所以這采樣的方法和時間,很重要,當然根據以上的缺點也可以做一些優化。比如電壓跟隨,等等!
對新手來說,用單片機做的確難度比較大,會有一些困難,不過從我目前所見過的所有方案來看,用單片機做的方案,檢測精度最高,實際測試中,對每節電芯的電壓最大測量誤差,只有5mV.只是這種測量方法要用到一種電壓變換電路,這種電路是我司已申請專利.在我所見過的多種電池管理系統中,精度最高的兩種,都是5mV,而這兩種也都是用單片機完成的.采用專用的多節電池電壓檢測芯片,即使在軟件校準條件下,也只做到20mV.
如果我沒說錯,5MV的精度你應用在BMS系統,而不是電動車保護板,成本和靜耗是自行車所不能承受的,只有電壓差分和懸浮地加上電位校正才能做到5MV的精度,但話說回來,保護板一旦精度上到25MV,工藝是一個很復雜的過程,且保護板和電池組組裝往往不是同一家公司,這里面彼此必須得有很好的配合才能體現這精度的優勢,否則精度越高只會出現越多的問題。比如一組電池組中,每個電池組必須通過導體連接,而這個導體根據不同在大電流情況所產生的壓降也不一樣,比如一個導體電阻1MR(電動車電池組連接導體通常來講都大于3MR),電流20A,那么就有20MV的誤差,也就是在物理上這導體是同一電位,而實際上,你接第一個電池的+和第二個電池的負極卻是有很大的不同,所以當精度上25MV以內,就必須得引出雙線,就每個電池都得對應一根正負導線,否則再高精度的系統也沒有任何意義。再者更嚴重的就是均衡而引起的誤差精度,這里就不一一詳談了。有需要交流歡迎加入電池保護系統QQ群35585132
我們目前把這種檢測電路也用在了電動自行車的保護板上了,并不只限于電池管理系統中。它的電壓檢測電路這部分成本約為0.5元/節。功耗小于100uA(所有節數都算在一起的最大功耗)。
0。5/節我想只能做到30V以下(最多也就是40V),如果是60V以下應在0。7~0。9每節左右,順便請教一下,如果是用在自行車上,你做這么高的精度應該是為了均衡吧,如果僅僅是檢測,我想沒這個必要,電池管理系統因為要做能量計算,精度所以就顯得重要了。還有,自行車方案應做不了獨立單片機電源供電,因為不像BMS那樣可以做工作開關,既然做不了單獨電源供電,那么就做不了單片機直接采樣,如果不直接采樣能做5MV精度真是可謂上品,我看只是個別或在一定條件測試出來而已,如果是用開關切換差分,那么運放差分本身用1%的電阻就已經超過5MV的誤差,即使你用0。5%的電阻,不考慮溫漂,運放失調精度和單片機采樣的誤差(包括模數轉換的四舍五入算法),比如采集第10串40V電壓,9節為36V,正常情況下,運放+相是20V,但經過0。5%的極端誤差后,20。1V,那么—不考慮失調也就是20。1V,如此算來就算負相電阻不作誤差算就已經4。2V,正常應是4V,再經負相電阻極端誤差會更大,這是不作校正算法,作了校正后,我仔細算過,用0。5%穩壓IC的作基準,也會在8mV~15MV之間,就算你用昂貴的2MV精度誤差基準,如果加上以上運放失調和溫漂,和算法誤差,也根本做不到5mV,當然如果只測樣,我不否認能測出個別正負5MV誤差精度的樣品來,因為本身儀表測試也有誤差,但是我想你規格書并不敢大膽承諾5MV的精度,目前我只見過單片機直接采樣,并且是12位精度,高精度基準源校正,才能做到5MV的承諾,如果兄臺真能做到如此低價上品,不防說說一二,讓大家分享分享
我的測量方法不是對高電壓直接A/D的,是電壓變換,直接將高端的電池電壓變換成對地電壓后進行檢測的,因此用10bit的A/D作過采樣再加軟件校準后,誤差就做到5mV以下了。
這個電路是我們的專利電路,現在還在保密階段,不宜公開。
下面我貼兩張圖上來,一張是專利受理號的,另一張是實測結果的。
真正用于電壓變換部分的,每節是0.3元。