BMS的基礎(chǔ)功能和BMS不同的架構(gòu)結(jié)構(gòu)概述

BMS的全稱(chēng)BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，電池管理系統(tǒng)，是新能源車(chē)高壓系統(tǒng)至關(guān)重要的零部件。

對(duì)于整車(chē)的動(dòng)力來(lái)源而言，BMS就像是高壓電池包的“二十四小時(shí)保姆”一樣。

在本系列中，我們將向讀者們介紹BMS系統(tǒng)的定義，作用和構(gòu)成；系統(tǒng)構(gòu)架的分類(lèi)，BMS的工作原理和具備的各類(lèi)功能分析。

BMS定義

新能源車(chē)動(dòng)力電池由若干單體電池組成。

在大批量生產(chǎn)時(shí)，單體電池的工作電壓、存儲(chǔ)電量、輸出功率和溫度會(huì)不可避免的存在差異。

在實(shí)際使用時(shí)，單體電池也會(huì)因?yàn)閰^(qū)域環(huán)境、老舊、過(guò)度充電、過(guò)度放電、高溫循環(huán)等因素，導(dǎo)致單體電池之間的不一致性愈發(fā)明顯，逐漸造成電池效率便低、使用壽命變短、甚至存在爆炸燃燒等安全隱患。

相比于續(xù)航焦慮來(lái)說(shuō)，純電動(dòng)汽車(chē)的安全焦慮是用戶們更為關(guān)注的話題。有數(shù)據(jù)顯示：80％的新能源車(chē)自燃事故是在充電中或充滿電后1小時(shí)內(nèi)發(fā)生。

對(duì)于動(dòng)力電池而言，電池包的性能和單體電池的性能關(guān)聯(lián)度很高。如果單體電池出現(xiàn)上文所述的問(wèn)題后，基于“木桶原理”，電池串聯(lián)電路中充放電狀態(tài)最差的單體電池，會(huì)對(duì)整個(gè)電池包充放電產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響整個(gè)動(dòng)力電池包的使用效率和使用壽命。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，新能源車(chē)的熱管理效果會(huì)影響超過(guò)40％以上的續(xù)航效果。

為了管理電池包內(nèi)成百上千的單體電池，有效規(guī)避充電導(dǎo)致的起火，降低電動(dòng)汽車(chē)的安全事故，BMS應(yīng)運(yùn)而生。

BMS由電池電子部件Battery Electronics和電池控制單元Battery Control Unit組成。

根據(jù)GB/T 19596的定義，電池電子部件Battery Electronics指的是采集電池單體(集成)或電池模塊(集成)的與電和熱相關(guān)的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)提供給電池控制單元的電子裝置。

電池控制單元Battery Control Unit指的是控制或管理電池系統(tǒng)的電性能或熱性能，并可以與車(chē)輛上的其他控制單元進(jìn)行信息交互的電子控制部件。

BMS主要功能

BMS是電動(dòng)汽車(chē)不可或缺的重要部件，是管理和監(jiān)控動(dòng)力電池的中樞，管理、維護(hù)、監(jiān)控電池各個(gè)模塊，肩負(fù)著防止電池過(guò)充過(guò)放電、延長(zhǎng)電池使用壽命、幫助電池正常運(yùn)行的重任。

電池管理系統(tǒng)（BMS）是連接車(chē)載電池和電動(dòng)車(chē)的重要紐帶，它處理的信號(hào)足夠豐富，它們包括：電芯、碰撞、CAN、充電、水泵、高壓、絕緣等等。

一次過(guò)放電就會(huì)造成電池的永久性損壞，極端情況下鋰電池過(guò)熱或者過(guò)充電會(huì)導(dǎo)致熱失控、電池破裂甚至爆炸。所以，BMS要進(jìn)行嚴(yán)格的控制充放電，避免過(guò)充、過(guò)放、過(guò)熱。

BMS主要的功能包括：電池物理參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、電池狀態(tài)估計(jì)、在線診斷與預(yù)警、充放電與預(yù)充控制均衡管理、熱管理等等。以上哪個(gè)功能實(shí)現(xiàn)不好，都會(huì)讓電池出現(xiàn)致命的危害。

BMS的其他功能還包括：

BMS系統(tǒng)構(gòu)架分類(lèi)

BMS構(gòu)架一般分為3類(lèi)：集中式，分布式，集成式/半分布式。

集中式

SPRING

電壓、溫度采集以及電量均衡等所有功能，均由主控單元來(lái)完成，不存在從控單元。主控和電池?zé)o總線通信，直接通過(guò)線束相連。

主控單元對(duì)電池的電壓、電流、溫度等進(jìn)行采樣，繼而進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、計(jì)算和判斷，最終發(fā)布控制指令。

這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是需要使用到比較長(zhǎng)且多的線束，整體可靠性不高，并且在單體電池?cái)?shù)量很多的情況下，會(huì)對(duì)計(jì)算和管理造成一定困難。

集中式BMS系統(tǒng)

分布式

SPRING

分布式結(jié)構(gòu)BMS的數(shù)據(jù)采集是分散的，且電池組的功能相對(duì)獨(dú)立。

整個(gè)系統(tǒng)分為“單體電池監(jiān)控單元”和“電池管理控制器”。

監(jiān)控單元(Cell Monitor Unit)安裝在單體電池上，負(fù)責(zé)單體電池的信息采集和傳遞。

若干監(jiān)控單元通過(guò)信號(hào)線和電池管理控制器BMU相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，再通過(guò)CAN總線傳輸?shù)杰?chē)輛ECU。

相比于集中式BMS，分布式BMS減少了線束的使用，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的精度也會(huì)有很大提升，并且，由于監(jiān)控單元和電池模組是一體的，對(duì)于電池組的總體數(shù)量并無(wú)限制。

由于更換動(dòng)力電池時(shí)不涉及BMU的變更，因而此種BMS架構(gòu)更有利于采取換電模式的車(chē)型。

分布式BMS系統(tǒng)

集成式/半分布式

SPRING

集成式/半分布式BMS通常分為主控模塊和測(cè)控模塊，其中測(cè)控模塊又可分為從控模塊和高壓測(cè)控模塊。

從控模塊一般安裝在電池組上，用來(lái)測(cè)量單體電池的電壓和溫度，并且實(shí)施均衡控制和熱管理控制。

高壓測(cè)控模塊一般安裝在車(chē)輛的中控箱內(nèi)，主要是對(duì)總電壓、總電流、能量、絕緣電阻的測(cè)量和高壓繼電器的控制。

主控模塊和測(cè)控模塊通過(guò)CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

就整個(gè)系統(tǒng)而言，集成式/半分布式的設(shè)計(jì)采用的部件較少，功能集中度高，結(jié)構(gòu)比分布式更簡(jiǎn)單，能夠提高整體的可靠性和安全性，適用于各類(lèi)型的電池包設(shè)計(jì)，包括模組排布較為奇特的電池包，應(yīng)用范圍更加廣泛。

但這種介于分布式和集中式的折中設(shè)計(jì)，成本較前兩者而言比較高。