電池管理系統BMS知識匯總

電池管理系統，BMS（Battery Management System），是電動汽車動力電池系統的重要組成。它一方面檢測收集并初步計算電池實時狀態參數，并根據檢測值與允許值的比較關系控制供電回路的通斷；另一方面，將采集的關鍵數據上報給整車控制器，并接收控制器的指令，與車輛上的其他系統協調工作。電池管理系統，不同電芯類型，對管理系統的要求往往并不一樣。電動汽車用鋰離子電池容量大、串并聯節數多，系統復雜，加之安全性、耐久性、動力性等性能要求高、實現難度大，因此成為影響電動汽車推廣普及的瓶頸。鋰離子電池安全工作區域受到溫度、電壓窗口限制，超過該窗口的范圍，電池性能就會加速衰減，甚至發生安全問題。電池管理系統的主要任務是保證電池系統的設計性能，可以分解成如下三個方面：

1）安全性，保護電池單體或電池組免受損壞，防止出現安全事故；

2）耐久性，使電池工作在可靠的安全區域內，延長電池的使用壽命；

3）動力性，維持電池工作在滿足車輛要求的狀態下。

BMS由各類傳感器、執行器、控制器以及信號線等組成，為滿足相關的標準或規范，BMS應該具有以下功能：

1）電池參數檢測。包括總電壓、總電流、單體電池電壓檢測（防止出現過充、過放甚至反極現象）、溫度檢測（最好每串電池、關鍵電纜接頭等均有溫度傳感器）、煙霧探測（監測電解液泄漏等）、絕緣檢測（監測漏電）、碰撞檢測等。

2）電池狀態估計。包括荷電狀態（SOC）或放電深度（DOD）、健康狀態（SOH）、功能狀態（SOF）、能量狀態（SOE）、故障及安全狀態（SOS）等。

3）在線故障診斷。包括故障檢測、故障類型判斷、故障定位、故障信息輸出等。故障檢測是指通過采集到的傳感器信號，采用診斷算法診斷故障類型，并進行早期預警。電池故障是指電池組、高壓電回路、熱管理等各個子系統的傳感器故障、執行器故障（如接觸器、風扇、泵、加熱器等），以及網絡故障、各種控制器軟硬件故障等。電池組本身故障是指過壓（過充）、欠壓（過放）、過電流、超高溫、內短路故障、接頭松動、電解液泄漏、絕緣降低等。

4）電池安全控制與報警。包括熱系統控制、高壓電安全控制。BMS診斷到故障后，通過網絡通知整車控制器，并要求整車控制器進行有效處理（超過一定閾值時BMS也可以切斷主回路電源），以防止高溫、低溫、過充、過放、過流、漏電等對電池和人身的損害。

5）充電控制。BMS中具有一個充電管理模塊，它能夠根據電池的特性、溫度高低以及充電機的功率等級，控制充電機給電池進行安全充電。

6）電池均衡。不一致性的存在使得電池組的容量小于組中最小單體的容量。電池均衡是根據單體電池信息，采用主動或被動、耗散或非耗散等均衡方式，盡可能使電池組容量接近于最小單體的容量。

7）熱管理。根據電池組內溫度分布信息及充放電需求，決定主動加熱/散熱的強度，使得電池盡可能工作在最適合的溫度，充分發揮電池的性能。

8）網絡通訊。BMS需要與整車控制器等網絡節點通信；同時，BMS在車輛上拆卸不方便，需要在不拆殼的情況下進行在線標定、監控、自動代碼生成和在線程序下載（程序更新而不拆卸產品）等，一般的車載網絡均采用CAN總線技術。

9）信息存儲。用于存儲關鍵數據，如SOC、SOH、SOF、SOE、累積充放電Ah數、故障碼和一致性等。車輛中的真實BMS可能只有上面提到的部分硬件和軟件。每個電池單元至少應有一個電池電壓傳感器和一個溫度傳感器。對于具有幾十個電池的電池系統，可能只有一個BMS控制器，或者甚至將BMS功能集成到車輛的主控制器中。對于具有數百個電池單元的電池系統，可能有一個主控制器和多個僅管理一個電池模塊的從屬控制器。對于每個具有數十個電池單元的電池模塊，可能存在一些模塊電路接觸器和平衡模塊，并且從控制器像測量電壓和電流一樣管理電池模塊，控制接觸器，均衡電池單元并與主控制器通信。根據所報告的數據，主控制器將執行電池狀態估計，故障診斷，熱管理等。

10）電磁兼容。由于電動車使用環境惡劣，要求BMS具有好的抗電磁干擾能力，同時要求BMS對外輻射小。