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

對于整車的動力來源而言，BMS就像是高壓電池包的“二十四小時保姆”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，BMS的工作原理和具備的各類功能分析。

BMS定義

新能源車動力電池由若干單體電池組成。

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

在實際使用時，單體電池也會因為區(qū)域環(huán)境、老舊、過度充電、過度放電、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)航焦慮來說，純電動汽車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％的新能源車自燃事故是在充電中或充滿電后1小時內(nèi)發(fā)生。

對于動力電池而言，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，會對整個電池包充放電產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響整個動力電池包的使用效率和使用壽命。

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)顯示，新能源車的熱管理效果會影響超過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，降低電動汽車的安全事故，BMS應(yīng)運而生。

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是電動汽車不可或缺的重要部件，是管理和監(jiān)控動力電池的中樞，管理、維護(hù)、監(jiān)控電池各個模塊，肩負(fù)著防止電池過充過放電、延長電池使用壽命、幫助電池正常運行的重任。

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

一次過放電就會造成電池的永久性損壞，極端情況下鋰電池過熱或者過充電會導(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，避免過充、過放、過熱。

BMS主要的功能包括：電池物理參數(shù)實時監(jiān)測、電池狀態(tài)估計、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。以上哪個功能實現(xiàn)不好，都會讓電池出現(xiàn)致命的危害。

BMS的其他功能還包括：

BMS系統(tǒng)構(gòu)架分類

BMS構(gòu)架一般分為3類：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，均由主控單元來完成，不存在從控單元。主控和電池?zé)o總線通信，直接通過線束相連。

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

這種設(shè)計的優(yōu)點是構(gòu)造簡單，缺點是需要使用到比較長且多的線束，整體可靠性不高，并且在單體電池數(shù)量很多的情況下，會對計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獨立。

整個系統(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)控單元通過信號線和電池管理控制器BMU相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，再通過CAN總線傳輸?shù)杰囕vECU。

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

由于更換動力電池時不涉及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控模塊，其中測控模塊又可分為從控模塊和高壓測控模塊。

從控模塊一般安裝在電池組上，用來測量單體電池的電壓和溫度，并且實施均衡控制和熱管理控制。

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

主控模塊和測控模塊通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

就整個系統(tǒng)而言，集成式/半分布式的設(shè)計采用的部件較少，功能集中度高，結(jié)構(gòu)比分布式更簡單，能夠提高整體的可靠性和安全性，適用于各類型的電池包設(shè)計，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，成本較前兩者而言比較高。

集成式/半分布式 BMS系統(tǒng)

在本文中，我們概述了BMS的基礎(chǔ)功能和BMS不同的架構(gòu)結(jié)構(gòu)。

審核編輯：劉清