電池管理系統(tǒng)三種結(jié)構(gòu)的介紹與電動(dòng)汽車的集中式和分布式BMS分析

　　由于汽車電氣化的水平發(fā)展，乘用車用電池管理系統(tǒng)，未來可以在低壓啟動(dòng)電池（12V&48V）和高壓HEV電池（1kwh~1.5kwh）和PHEV電池（4～18kwh）和BEV電池（20～85kwh）等電池系統(tǒng)里面看得到。低壓系統(tǒng)和高壓系統(tǒng)差異很大。電池系統(tǒng)差異在各個(gè)車廠和各個(gè)應(yīng)用平臺(tái)之間都比較大，各個(gè)企業(yè)有自己的風(fēng)格，本文主要通過對(duì)不同廠家的產(chǎn)品做資料分析，根據(jù)各個(gè)車廠未來應(yīng)用的內(nèi)部的電池管理系統(tǒng)按照目前的模塊化策略，來整合分析電池管理系統(tǒng)。應(yīng)該說未來各家車廠設(shè)計(jì)理念的演變，使得高壓電池系統(tǒng)是有一定的相似性的，這里主要敘述高壓電池包里面的電池管理系統(tǒng)的一些情況。整篇文章將涵蓋電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、集中式管理系統(tǒng)案例分析、分布式管理案例分析和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)考慮幾個(gè)部分。限于本人的水平和對(duì)案例的認(rèn)知有限，難免有些偏差或者錯(cuò)誤，在這里僅是拋磚引玉，請(qǐng)各位讀者海涵。

　　第一部分 電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　電池管理系統(tǒng)有三種不同的構(gòu)型，我們可以稱為集中式管理系統(tǒng)、半分布式管理系統(tǒng)和分布式管理系統(tǒng)。

　　1）集中式管理系統(tǒng)（大BMS方式）：這種管理架構(gòu)，是將所有的采集單體電壓&電壓備份和溫度的單元全部集中在一塊BMS板上，由整車控制器直接控制繼電器控制盒。大部分低壓的HEV都是這樣的結(jié)構(gòu)，PHEV和EV典型的應(yīng)用如LEAF、Cmax等。這樣做的優(yōu)點(diǎn)，是相對(duì)而言比較簡單，成本較低，由于采集備份在同一塊板上，之間的通信也簡化了。缺點(diǎn)當(dāng)然是很明顯的，單體采樣的線束比較長，導(dǎo)致采樣導(dǎo)線的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，長線和短線在均衡的時(shí)候?qū)е骂~外的電壓壓降；整個(gè)包的線束排布也比較麻煩一些，整塊BMS所能支持的最高的通道也是有限的。這種方式成本低，但是適用性也比較差，性能有些地方?jīng)]法保證，只能適用于較小的電池包。

　　2）分布式管理系統(tǒng)（BMU+多個(gè)CSC方式）：這種是將電池模組（模組和CSC一配一的方式）的功能獨(dú)立分離，整個(gè)系統(tǒng)形成了CSC（單體管理單元）、BMU（電池管理控制器）、S-Box繼電器控制器和整車控制器，三層兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的形式。典型的應(yīng)用如德系的I3、I8、E-Golf和日系的IMIEV、Outlander和Model S。優(yōu)點(diǎn)是可以將模組裝配過程簡化，采樣線束固定起來相對(duì)容易，線束距離均勻，不存在壓降不一的問題；如后面分析的那樣，當(dāng)電池包大了以后，這種模式就很有優(yōu)勢(shì)了。缺點(diǎn)是成本較高，如3所示，需要額外的MCU，獨(dú)立的CAN總線支持將各個(gè)模塊的信息整合發(fā)送給BMS，總線的電壓信息對(duì)齊設(shè)計(jì)也相對(duì)復(fù)雜。這種方案系統(tǒng)成本最高，但是移植起來最方便，屬于單價(jià)高開發(fā)成本低的典型，電池包可大可小。

　　3）半分布式管理系統(tǒng)（BMU+少量大CSC方式）：簡單一些來說，這就是兩種模式的妥協(xié)，主要用于模組排布比較奇特的包上，典型的應(yīng)用如Smart ED和Volt。這是一種是將電池管理的子單元做的大一些，采集較多的單體通道，這樣做的好處是整個(gè)系統(tǒng)的部件較少，但是需要注意的是這種方式優(yōu)勢(shì)不太明顯，主要是部件不少而且功能集中度也高一些，是三種方案里面成本較高的方案。

　　圖1 三種電池管理系統(tǒng)架構(gòu)