高压电池系统BMS浅析专题一

来源：线束世界•作者：线束世界-Jimmy•2022-09-01 11:06

BMS的全称BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，电池管理系统，是新能源车高压系统至关重要的零部件。

对于整车的动力来源而言，BMS就像是高压电池包的“二十四小时保姆”一样。

在本系列中，我们将向读者们介绍BMS系统的定义，作用和构成；系统构架的分类，BMS的工作原理和具备的各类功能分析。

BMS定义

新能源车动力电池由若干单体电池组成。

在大批量生产时，单体电池的工作电压、存储电量、输出功率和温度会不可避免的存在差异。

在实际使用时，单体电池也会因为区域环境、老旧、过度充电、过度放电、高温循环等因素，导致单体电池之间的不一致性愈发明显，逐渐造成电池效率便低、使用寿命变短、甚至存在爆炸燃烧等安全隐患。

相比于续航焦虑来说，纯电动汽车的安全焦虑是用户们更为关注的话题。有数据显示：80％的新能源车自燃事故是在充电中或充满电后1小时内发生。

对于动力电池而言，电池包的性能和单体电池的性能关联度很高。如果单体电池出现上文所述的问题后，基于“木桶原理”，电池串联电路中充放电状态最差的单体电池，会对整个电池包充放电产生影响，进而影响整个动力电池包的使用效率和使用寿命。

根据试验数据显示，新能源车的热管理效果会影响超过40％以上的续航效果。

为了管理电池包内成百上千的单体电池，有效规避充电导致的起火，降低电动汽车的安全事故，BMS应运而生。

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BMS由电池电子部件Battery Electronics和电池控制单元Battery Control Unit组成。

根据GB/T 19596的定义，电池电子部件Battery Electronics指的是采集电池单体(集成)或电池模块(集成)的与电和热相关的数据，并将这些数据提供给电池控制单元的电子装置。

电池控制单元Battery Control Unit指的是控制或管理电池系统的电性能或热性能，并可以与车辆上的其他控制单元进行信息交互的电子控制部件。

BMS主要功能

BMS是电动汽车不可或缺的重要部件，是管理和监控动力电池的中枢，管理、维护、监控电池各个模块，肩负着防止电池过充过放电、延长电池使用寿命、帮助电池正常运行的重任。

电池管理系统（BMS）是连接车载电池和电动车的重要纽带，它处理的信号足够丰富，它们包括：电芯、碰撞、CAN、充电、水泵、高压、绝缘等等。

一次过放电就会造成电池的永久性损坏，极端情况下锂电池过热或者过充电会导致热失控、电池破裂甚至爆炸。所以，BMS要进行严格的控制充放电，避免过充、过放、过热。

BMS主要的功能包括：电池物理参数实时监测、电池状态估计、在线诊断与预警、充放电与预充控制均衡管理、热管理等等。以上哪个功能实现不好，都会让电池出现致命的危害。

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BMS的其他功能还包括：

BMS系统构架分类

BMS构架一般分为3类：集中式，分布式，集成式/半分布式。

集中式

电压、温度采集以及电量均衡等所有功能，均由主控单元来完成，不存在从控单元。主控和电池无总线通信，直接通过线束相连。

主控单元对电池的电压、电流、温度等进行采样，继而进行数据处理、计算和判断，最终发布控制指令。

这种设计的优点是构造简单，缺点是需要使用到比较长且多的线束，整体可靠性不高，并且在单体电池数量很多的情况下，会对计算和管理造成一定困难。

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集中式BMS系统

分布式

分布式结构BMS的数据采集是分散的，且电池组的功能相对独立。

整个系统分为“单体电池监控单元”和“电池管理控制器”。

监控单元(Cell Monitor Unit)安装在单体电池上，负责单体电池的信息采集和传递。

若干监控单元通过信号线和电池管理控制器BMU相连，进行数据通信，再通过CAN总线传输到车辆ECU。

相比于集中式BMS，分布式BMS减少了线束的使用，监控数据的精度也会有很大提升，并且，由于监控单元和电池模组是一体的，对于电池组的总体数量并无限制。

由于更换动力电池时不涉及BMU的变更，因而此种BMS架构更有利于采取换电模式的车型。

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分布式BMS系统

集成式/半分布式

集成式/半分布式BMS通常分为主控模块和测控模块，其中测控模块又可分为从控模块和高压测控模块。

从控模块一般安装在电池组上，用来测量单体电池的电压和温度，并且实施均衡控制和热管理控制。

高压测控模块一般安装在车辆的中控箱内，主要是对总电压、总电流、能量、绝缘电阻的测量和高压继电器的控制。

主控模块和测控模块通过CAN总线进行数据通信。

就整个系统而言，集成式/半分布式的设计采用的部件较少，功能集中度高，结构比分布式更简单，能够提高整体的可靠性和安全性，适用于各类型的电池包设计，包括模组排布较为奇特的电池包，应用范围更加广泛。

但这种介于分布式和集中式的折中设计，成本较前两者而言比较高。

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集成式/半分布式 BMS系统

在本文中，我们概述了BMS的基础功能和BMS不同的架构结构。

在下一篇推文中，我们将详细说明BMS的每项核心功能，包括电池状态估算、功率估算、BMS应对电池过充/电池过放运作模式、电池均衡方式、绝缘电阻检测、对电池温度进行热管理和监控等。

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