【知識】從硬件架構、軟件結構兩方面認識BMS

BMS電池系統俗稱之為電池保姆或電池管家，主要就是為了智能化管理及維護各個電池單元，防止電池出現過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監控電池的狀態。BMS電池管理系統單元包括BMS電池管理系統、控制模組、顯示模組、無線通信模組、電氣設備、用于為電氣設備供電的電池組以及用于采集電池組的電池信息的采集模組，

BMS的硬件架構：

（電池管理系統硬件架構，圖1，圖來于網絡）

主板，作為BMS的大腦，會收集來自各個從板（通常叫LCU）的采樣信息，通過低壓電氣接口與整車進行通訊，控制BDU（高壓分斷盒）內的繼電器動作，實施監控電池的各項狀態，保證電池在充放電過程中的安全使用；

從板（LCU），作為BMS的哨兵，實施監控著模組的單體電壓、單體溫度等信息，將信息傳輸給主板，具備電池均衡功能，從板與主板的通訊方式通常是CAN通訊或者菊花鏈通訊；

BDU，是電池包電能進出的大門，通過高壓電氣接口與整車高壓負載和快充線束連接，包含預充電路、總正繼電器、總負繼電器、快充繼電器等，受主板控制；

高壓控制板，電池包電能進出的大門門衛，可集成在主板（如圖1），也可獨立出來，實時監控著電池包的電壓電流，同時還包含預充檢測和絕緣檢測功能。

電池管理系統（BMS）的軟件架構

面對汽車逐步的電動化、智能化、網聯化，汽車電子的軟件開發也越來越復雜，所以AUTOSAR聯盟也就應運而生了。

AUTOSAR即是Automotive Open System Architecture（汽車開發系統架構），AUTOSAR的分層模型架構使得主機廠、供應商、科研機構可以聯合開發、高效配合，構造出強大的軟件系統。

（圖2）

成熟的BMS軟件開發通常是基于AUTOSAR架構開發。AUTOSAR架構將運行在Microcontroller之上的ECU軟件分為：Application、RTE、BSW三層，如圖2，接下來簡單介紹下AUTOSAR各分層的分工情況：

Application應用層，將軟件都劃分為一個ASWC（Atomic Software component），包括硬件無關的Application Software component、Sensor Software component、Actuator Software component等

。對于電池管理系統，其功能絕大部分算法邏輯都是在應用層進行，也是BMS軟件開發的核心工作。

RTE運行環境，提供基礎的通訊服務，支持Software Component之間和Software Component到BSW的通訊（包含ECU內部的程序調用、ECU外部的總線通訊等情況），RTE使得應用層的軟件架構完全脫離于具體的單個ECU和BSW。

BSW基礎軟件層，如圖3所示可細分為：Services Layer、ECU Abstraction Layer、Microcontroller AbstractionLayer和Complex Drivers Layer。

（圖3）

每層的BSW都保護不同的功能模塊，介紹如下：

Service Layer，服務層，位于BSW最上層，將各種基礎軟件功能以服務的形式封轉起來，供應用層調用，包括RTOS、通訊與網絡管理、內存管理、診斷服務、狀態管理、程序監控等服務。

ECU Abstraction Layer，電控單元抽象層，封轉了微控制器層以及外圍驅動設備的驅動，將微控制器內外設的訪問進行統一，使上層軟件應用與ECU硬件相剝離。

Microcontroller Abstraction Layer，微控制器抽象層，位于BSW的最底層，包含訪問微控制器的驅動，使上層軟件與微控制器相分離，便于應用的移植。

Complex Drivers Layer，復雜驅動層，為了滿足實時性等要求，可以利用復雜驅動讓應用層通過RTE直接訪問硬件，也可以利用復雜驅動封轉已有的非分層的軟件，以實現項AUTOSAR軟件架構逐步實施。

電池管理系統的功能：

電池管理系統的功能可分為測量功能、核心算法和應用功能，如圖4。

（圖4）

BMS中大致包含三個大的功能模塊。

第一，測量功能主要包含：

模組的電壓采樣和溫度采樣、Pack的總電壓采樣和總電流采樣、高壓互鎖檢測、絕緣檢測。測量功能實時監控著電池的基本狀態，是BMS所有功能的基礎，離開了這些測量，BMS所有核心算法、應用功能都難以執行。

第二，核心算法主要包含：

SOC（電池荷電狀態）算法、SOH（壽命狀態）算法、SOP（功率狀態）算法、電池均衡算法。喜歡挑戰算法的朋友可以挑戰。

其中，SOC算法，行業內典型的方案有安時積分、開路電壓、人工神經網絡、卡爾曼濾波，單單某一種方案都會存在缺點，目前主流的方案是使用安時積分加上卡爾曼濾波的方式。

SOH算法，目前常用的算法有庫侖計算法加上開路電壓，還有卡爾曼濾波等等算法。

SOP算法，目前可靠的方法還是靠試驗數據，用查表法實現。

均衡功能的原理，可以聯想木桶原理，有主動均衡和被動均衡兩種方法。主動均衡就是長木板裁剪后來補短木板，使得所有木板平均；被動均衡就是長木板都進行裁剪，保持所有長木板與最短木板一樣長。

第三，應用功能主要包含：

高壓上下電與低壓上下電、交流充電與直流充電、電池系統熱管理、電池系統故障診斷。

其中，高壓上下電與低壓上下電是需要其他控制器，比如VCU與BMS配合來實現，BMS完成高壓上電后，才能給整車高壓負載供電或進行充電（也有廠家做的集成度高的，BMS自己就能搞定上下電的過程）。

交流充電是通過交流充電樁、車載充電機為動力電池充電；直流充電是通過直流充電樁為動力電池充電。充電功能有相關的國標規定。

電池熱管理主要是保證電池處在一個合理的溫度范圍，保證充放電功能處于最佳狀態。

故障診斷這塊，內容較多，電池的安全就全靠這塊，包含過欠壓保護、過流保護、繼電器粘黏檢測、電池壓差保護等等功能。

（文章來源知乎-小鵬汽車）