汽車動力電池管理系統的分解

電池管理系統(BatteryManagementSystem，BMS)隨著鋰離子電池在不同行業與產品中越來越多的使用而成為熱點。這篇文章主要概述其在電動車中使用，主要解析BMS的作用、架構和設計考慮要點。

汽車動力電池管理系統的分解

電池管理系統(BatteryManagementSystem，BMS)隨著鋰離子電池在不同行業與產品中越來越多的使用而成為熱點。這篇文章主要概述其在電動車中使用，主要解析BMS的作用、架構和設計考慮要點。

在中國電動車標準里頭，有一份正在報批的推薦性國家標準《電動車用電池管理系統技術條件》。這份標準之中定義了不少BMS的功能需求，分為一般要求和技術要求。一般要求包括電池數據采集、信息傳遞和安全管理三部分的內容，詳盡包括測試電池與熱和電相關的數據(電壓、電流和溫度等參數))荷電狀態(SOC)實時估算)對電池系統進行故障診斷，內含故障解決機制)通過總線與車輛其他控制器實現信息交互)通過與充電設備的通訊實現對充電過程的控制和管理。技術要求包括絕緣電阻、絕緣耐壓性能、電池系統狀態監測、SOC估算、電池故障診斷、安全保護，也定義了運行條件包括過電壓運行、欠電壓運行、高溫運行、低溫運行、耐高溫性能、耐低溫性能、耐鹽霧性能、耐濕熱性能、耐振動性能、耐電源極性反接性能和電磁輻射抗擾性等。

以上的標準定義，可能對BMS的概念會萌生一些模糊，另外一種劃分可能更為精確一些：

1.監測：BMS通過測試電池包中的物理參數實現對電池單體和電池包情況進行監測。由于一般電池包需要熱系統，所以流量作為一個緊要參數)荷電狀態(SOC)和電池健康狀態(SOH)從理論上應當被放置在監測的內容之中，雖然想要得出兩個狀態都需要較多的數據和計算支持。

2.計算：真正的計算其實是在整車控制器下依據監測得到的狀態得出的電池使用限制。比如在不同的SOC下，電池的最大充電功率和放電功率的不同的限值。電動車需要計算和統計電池的使用情況，需要將單次使用的能量、首次使用后總共使用能量和首次使用后的時間進行統計，以評估汽車電動行駛里程和電池壽命情況。

3.通信：BMS內部和外部都需要通過通信的方式發送數據。以無線和有線的方式，將電池和車輛數據進行匯總，這是BMS的通信的基本要求。在電動車充電范疇中，直流快速充電，車輛和電網電力交換(V2G)，以及車輛和住宅電力交換(V2H)，在這些將來的擴展功能中，BMS的通信功能起到至關緊要的功能。

4.保護：在這塊內容之中，涵蓋故障診斷和解決兩方面內容，包括過壓、欠壓、過流、低溫、高溫柔短路。這部分內容已經作為BMS部分基本的內容，但是與電池單體的特性相關性非常大。在故障解決的時候，往往需要BMS能配置開關和冷卻系統，不過緊要的一點是平衡電池安全和車輛運行安全之間。如果BMS猛然去執行部分操作而不考慮汽車安全的話，將會帶來非常糟糕的結果。

5.優化：這項內容涉及電池包的平衡、電池容量計算和其他壽命優化。從汽車出廠開始使用以后，隨著充電次數的增加和使用時間的延長，通過一系列參數定時去分解電池的狀況變化是BMS的一個緊要的工作。

當然在BMS之中，可能由于整個電動車的安全性要求，需要加入高壓互鎖、絕緣測試或者其他功能，這部分都可以考慮為所有高壓相關部件所共有的安全特征，可以單獨羅列。4R.^*\9D(amp)i3Z0?6H

典型的BMS系統，可以分為內部架構和外部架構

內可以分為：

1.信號調理部分：單體電壓、模塊電壓、電池包電壓、電流和溫度傳感器、流量傳感器、絕緣測試和其他信號的調理電路，通常分別位于子模塊和主模塊上。

2.控制驅動部分：正級繼電器、負極繼電器、加熱裝置驅動、散熱裝置驅動和高壓互鎖等控制部分。

3.一般僅由主模塊進行控制。

4.電源和時鐘部分：由于BMS存在高壓和12V低壓，首先需要留意隔離的問題。

5.解決部分：這塊基本是控制策略和算法的工作。

7外可分為以下三部分內容：

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1.機械連接：依據電池單體的數量和布置，BMS可以選擇分布式或者是聚集式的。這里就會涉及到主模塊和子模塊的固定問題。而整個電池組系統的機械連接問題，往往也是電動車設計的重點考慮，力和振動方面分解，以及爬坡等質量配置等也都是考慮涉及的問題。

2.數據通信：這里是指實際的總線接口，一般以高速和低速的CAN為主。在將來實現智能電網系統中，可能會配置電力線載波通信(PLC)等有線接口和Zigbee等無線接口)在國家電網設計的電池組內還配置有GPS等電路模塊。'

3.物理連接：單體電池正負極上的電壓、溫度測量傳感器和電流傳感器等都需要和BMS進行筆直的物理連接，這部分是看似簡單但卻是洋溢智慧的地方。

外部架構是BMS與電池系統和其他部件一起工作的基石，馬虎不得。

由于要滿足傳統駕駛員的使用習慣，HEV、PHEV、EREV和EV都是按一般車的基本要求來設計的，使得改進的動力系統和基本的駕駛情況都需要與原有的內燃機汽車存在較大的相近性。以歐洲NEDC、ECE15、EUDC，美國FTP72、FTP75、SFTP、US06、SFTP、SC03和日本10-15Mode為藍本的駕駛工況，通過整車的情況，可以得到電池包的實際工作情況。在很多的試驗室內，可以看到基于這樣的整車探測平臺所得到的數據，而BMS的實際工作環境就是建立在這些抽象出來的典型工況上面的。

電動車區別于其他用電設備的一個很緊要的因素，就在于它既需要較高的功率也需要很大的能量。高功率意味著大電流，意味著很難在低成本下精確測量電流，能量大意味著電池容量和數量的巨大，這兩者對于電池包的安全要求很高。一系列的因素組合之下，使得車用BMS涉及的東西較多，這里敘述的是個人的一些淺見，希望與大家共同探討這個范疇。

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