1 動(dòng)力電池管理系統(tǒng)在整車上的位置

動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，縮寫B(tài)MS），電動(dòng)汽車動(dòng)力電池包的低壓管理系統(tǒng)，在整個(gè)電動(dòng)汽車上的位置如下圖所示：

我們看到，電池管理系統(tǒng)和動(dòng)力電池組一起組成電池包整體。與電池管理系統(tǒng)有通訊關(guān)系的兩個(gè)部件，整車控制器和充電機(jī)。電池管理系統(tǒng)，向上，通過CANbus與電動(dòng)汽車整車控制器通訊，上報(bào)電池包狀態(tài)參數(shù)，接收整車控制器指令，配合整車需要，確定功率輸出；向下，監(jiān)控整個(gè)電池包的運(yùn)行狀態(tài)，保護(hù)電池包不受過放、過熱等非正常運(yùn)行狀態(tài)的侵害；充電過程中，與充電機(jī)交互，管理充電參數(shù)，監(jiān)控充電過程正常完成。

2 BMS組成

電池管理系統(tǒng)，總的來說，都是由主控模塊和采集模塊或者叫從控模塊共同構(gòu)成的。單體電壓采集、溫度采集和均衡功能一般分配在從控模塊上；總電壓，總電流的采集，內(nèi)外部通訊，故障記錄，故障決策，都是主控模塊的功能。

按照采集模塊和主控模塊在實(shí)體上的分配布置不同，BMS分為集中式和分布式兩種。

集中式，形式上，整個(gè)管理系統(tǒng)安置在一個(gè)盒體里。全部電壓，溫度，電流采集信號(hào)線，直接連接到控制器上。采集模塊和主控模塊的信息交互在電路板上直接實(shí)現(xiàn)。這種形式一般用在總體電壓比較低，電池串?dāng)?shù)比較少的小型車上。

可取之處在于，省去了從板，進(jìn)而省去了主板從板之間的通訊線束和接口，造價(jià)低，信號(hào)傳遞可靠性高。

缺點(diǎn)也很明顯，全部線束都直接走線到控制盒，無論控制器布置在什么位置，總有一部分線束會(huì)跑長線。信號(hào)受到干擾的幾率增加，線束質(zhì)量和制作水平以及固定方式也受到考驗(yàn)。

分布式，一個(gè)主控盒和幾個(gè)從控盒共同組成。主控盒只接入通訊線，主控負(fù)責(zé)采集的信號(hào)線，給從板提供的電源線等必須的線束。從控盒，布置在自己負(fù)責(zé)采集溫度、電壓的電池模組附件，把采集到的信號(hào)通過CAN線報(bào)告給主控模塊。有的電池模組，直接把電壓、溫度采集線做在模組內(nèi)部，用一個(gè)線對(duì)線連接器引出。電池包組裝時(shí)，直接對(duì)插連接器即可。

分布式，主要應(yīng)用于高電壓系統(tǒng)，電池串?dāng)?shù)多，或者商用車這種一輛車上布置幾個(gè)電池箱的情況。

這樣的設(shè)計(jì)，確實(shí)帶來了成本的小幅提高。但同時(shí)減少了線束應(yīng)用，降低了現(xiàn)場接線工作量，也就降低了接線錯(cuò)誤的幾率。分布式，是適合于大批量，自動(dòng)化生產(chǎn)的設(shè)計(jì)形式。

3 BMS功能

3.1 從控模塊功能

從控模塊，一般只具備電壓、溫度采集功能和均衡功能。由于電池系統(tǒng)要求的功能越來越多，也有廠家開始給從板添加控制功能，例如增加接觸器觸發(fā)端口，用以控制分布在從板附近的電器，像加熱器、滅火器之類。

均衡功能，作為從板反作用于電池包，起到優(yōu)化電池系統(tǒng)功能的一項(xiàng)能力需要多說一句。

均衡，分為主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡。

所謂主動(dòng)均衡，是能量的轉(zhuǎn)移，基于削峰填谷的理念。具體的實(shí)現(xiàn)形式多種多樣，有用變壓器將總能量部分的轉(zhuǎn)移到電壓偏低的電池上的，也有利用電容電感等儲(chǔ)能器件，從電壓高的電芯放出一部分能量，再充入電壓低的電芯。

所謂被動(dòng)均衡，是能量的消耗，把電壓高的電芯接入電阻回路，讓多出來的電量消耗在電阻上。

二者各有優(yōu)劣之處。

主動(dòng)均衡，可以做到比較大的電流，均衡的效果比較明顯；能量只是轉(zhuǎn)移了一下，沒有消失，是一種節(jié)能的工作方式。但主動(dòng)均衡需要的變壓器、電容、電感等器件，體積比較大，造價(jià)比較高，使得理論上具備優(yōu)勢的主動(dòng)均衡策略至今還沒有得到普遍的應(yīng)用；

被動(dòng)均衡，受電阻發(fā)熱的限制，均衡電流無法做的太大，故而效果不是特別理想。但優(yōu)勢在于，體積小，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低。在產(chǎn)品要求不是特別高的場合，客戶反而會(huì)選擇被動(dòng)均衡系統(tǒng)，以提高產(chǎn)品性價(jià)比。同時(shí)，通過每隔一段時(shí)間，對(duì)電芯進(jìn)行維護(hù)，來解決均衡不充分造成的電池壓差偏大問題。

3.2 主控模塊功能

不同廠家設(shè)計(jì)的功能略有差距，并且隨著技術(shù)的發(fā)展和市場對(duì)電池管理系統(tǒng)要求的提高，一些功能逐漸被增加進(jìn)來。

監(jiān)測采集方面的功能：電池包總體參數(shù)采集和計(jì)算，比如總電流，總電壓，最高最低單體電壓，最高最低溫度點(diǎn)溫度，絕緣情況。

電池包狀態(tài)估計(jì)和管理：荷電狀態(tài)SOC(State Of Charge)，健康狀態(tài)SOH(State of Health)，安全狀態(tài)SOF，功率狀態(tài)SOP(State Of Power)，功能狀態(tài)SOF(state of function)，以及熱管理等等。

SOC，當(dāng)前電池荷電量占當(dāng)前總體可用容量的百分比，表征當(dāng)前剩余電量的多少，反應(yīng)在車輛儀表盤上可能變成了剩余里程數(shù)。

SOH，各家定義略有不同，主流是按照當(dāng)前電池包總?cè)萘空夹码姵爻跏既萘康陌俜直?，表征電池包老化程度的一個(gè)重要參數(shù)。實(shí)際上，國標(biāo)要求的動(dòng)力電池退役指標(biāo)，就是按照容量特征來定義的。

SOP，動(dòng)力電池的放電能力，隨著SOC的降低，以及環(huán)境溫度的變化，會(huì)有所不同。剩余電量太少，溫度過高或者過低，電池包都需要降低功率工作，以保護(hù)電池不受不可逆的損傷，避免發(fā)生熱失控事故。

SOF，是個(gè)比較新的概念，由SOC和SOH共同確定。

熱管理

前面幾個(gè)功能都是對(duì)電池包當(dāng)前狀態(tài)的反應(yīng)，而熱管理功能，則使得電池管理系統(tǒng)能夠?qū)﹄姵匕┘又鲃?dòng)作用。電池溫度過高時(shí)，熱管理系統(tǒng)開動(dòng)冷卻功能，電池溫度過低無法啟動(dòng)行車時(shí)，熱管理系統(tǒng)開動(dòng)加熱功能。對(duì)于主控模塊，熱管理只是一套算法和幾個(gè)接觸器控制端口。熱管理技術(shù)含量，主要集中在冷卻加熱設(shè)備以及與之匹配的冷卻出現(xiàn)冷凝水、風(fēng)冷解決密封等級(jí)等等具體問題上。

具備熱管理功能，對(duì)整個(gè)電池系統(tǒng)意義重大，是設(shè)計(jì)者能夠阻止熱失控發(fā)生的重要手段，是從設(shè)計(jì)上保障動(dòng)力電池安全和延長使用壽命的不二法門。

絕緣監(jiān)測

實(shí)時(shí)監(jiān)測電池包系統(tǒng)的絕緣情況，由于對(duì)電氣系統(tǒng)的影響重大，絕緣故障被定義為級(jí)別最高的故障類型。