两轮BMS 短路保护策略详解

BMS 短路保护策略详解

基于量产 60V BMS（STM32F0 + SH367306 AFE），拆解短路保护从硬件触发到软件锁定的完整策略。

一、短路保护为什么特殊？

过流保护是软件阈值比较，短路保护是硬件直接检测。短路时电流数百A/ms级上升，软件 10ms 采样周期根本来不及。所以 AFE（SH367306）内置了专用模拟比较器：

	放电过流保护	短路保护
检测方式	软件阈值比较	AFE 硬件比较器
响应延时	数十ms ~ 秒	<50µs
阈值量级	数十A	~400A
系统动作	仅禁止放电	同时禁止充放电（掩码 0x14）

二、四层架构

复制代码

硬件层（<50µs）：      AFE 比较器 → SC 标志 → 硬件自动关断 MOS
驱动层（50ms 周期）：   12/14 投票滤波 → 确认真实短路
故障层（10ms 周期）：   标志触发 → 禁止充放电 → 恢复/锁定状态机
系统层（50ms 周期）：   NVRAM 统计 → 历史记录

硬件层

AFE 通过分流器压降判断：阈值 200mV（≈400A），持续 >50µs 即触发。触发后硬件自动关断放电 MOS------不经过 MCU、不经过 I2C，<1µs 完成。

驱动层

MCU 每 50ms 读一次 AFE 状态。采用 12/14 多数投票：700ms 窗口内 ≥12 次读到 SC 标志才确认短路。作用是过滤容性负载上电瞬间的短脉冲大电流。

故障层

上游确认后直接置故障标志（不做阈值比较）。故障响应掩码 0x10 = 禁止放电。

故障恢复条件

短路消失后，MCU 侧故障并不会立即清除 。清除路径有三条（FDR.c:1342）：

c 复制代码

s_faultClearCondition[ShortCircuitFlt] = ShortCircuitFltRecovery()
                                       | ChargeCurr_flg
                                       | ShortCircuitFltLock_flg;

路径 1：时间恢复 ------ 短路消失后等待 60s

短路消失（AFE 不再报 SC），FaultCode 依然置位。ShortCircuitFltRecovery 开始计时，等待 60 秒后才允许清除：

复制代码

短路消失 → AFE SC 标志停止 → SCStatus = 0
         → ShortCircuitFltRecovery 计时（i++）
         → i > ShortCircuitRecov_Times（= 1min × 60 × 10 = 600 周期 = 60s）
         → Counter++，若 Counter < 3 → rtvalue = true → 故障清除

60 秒的等待是为了确保短路真的解除了，而不是短暂消失后再次发生。

路径 2：充电恢复 ------ 插上充电器立即清除

检测到充电电流（current_mA < -500mA）→ Counter 清零，故障立即清除。相当于"接入充电柜 = 安全确认"。

路径 3：锁定后清除

Counter ≥ 3 次后 ShortCircuitFltLock_flg = true，此标志本身就是清除条件------故障码清除，但 forbidDisCharge_flg 持续生效，直到充电解锁。

锁定与解除

复制代码

每次短路恢复 → Counter++（共 3 个 Counter 槽位）
Counter < 3  → 允许自恢复，可继续用
Counter ≥ 3  → 锁定！forbidDisCharge 持续生效
             → 必须插充电器 → ChargeCurr_flg = true
             → Counter 清零 + 锁定解除

参数	默认值	来源
AFE 硬件重试	32ms	SH367306 RST $1:0$ 寄存器
MCU 确认次数	12 次	驱动层防抖
故障恢复等待	60s	ShortCircuitProtectReleaseInterval_Min = 1
允许自恢复次数	3 次	ShortCircuitProtectSelfRecoveryTimes
锁定解除	插充电器	ChargeCurr_flg 触发
充电解锁延时	5s	ShortCircuitFltLockRec_Cnt > 50

三、策略要点

硬件极速关断：50µs 检测 + <1µs 关断，不依赖 MCU。短路能量与时间成正比，速度就是一切。
AFE 32ms 自动重试：AFE 每 32ms 尝试重新打开 MOS------短路消失即恢复，无需 MCU 干预。硬件层天然具备"自恢复"能力。
软件防误报：12/14 投票过滤容性启动脉冲。如果真是电容充电引起的，额外有预充重试机制兜底。
故障清除等 60s：短路消失后不立即清故障，等足一分钟确认并非暂时性解除。这是对"短路是否真的没了"的审慎判断。
3 次锁定：允许 3 次自恢复，第 3 次锁定。短路是危险事件，不能无限重试------每次短路都是对 MOS、电池、线束的一次冲击。
充电解锁：锁定后只有插充电器才能解除------设计假设接入充电柜是一种"安全确认"，运维人员在场。

四、与过流保护的层级关系

复制代码

电流从小到大：
  放电过流告警  → 只通知，不动作
  放电过流保护1 → 禁止放电，可自恢复（锁定机制）
  放电过流保护2 → 禁止放电，更快速响应（锁定机制）
  短路保护      → 硬件直接触发，禁止放电（3 次锁定，充电解锁）

响应速度：
  过流告警/保护 → 秒级（软件滤波延时）
  短路保护      → 微秒级（AFE 硬件直连）

本文基于量产 BMS 代码分析。