一文学懂新能源汽车电池管理系统(BMS)

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从早期的镍氢蓄电池开始，蓄电池由于其本身的发热鼓包和自动燃烧等特点，需要蓄电池管理系统来管理，它也是新能源汽车整体架构中的要素之一。从总体来看，蓄电池管理系统的主要目的是监控蓄电池状态、延长蓄电池的使用寿命。动力蓄电池管理系统作为动力蓄电池和整车控制器(VCU)以及驾驶人沟通的桥梁，通过控制高压继电器的动作来控制动力蓄电池的充放电，并向整车控制器上报动力蓄电池系统的运行参数与故障信息。



一.蓄电池管理系统的功能作用

蓄电池管理系统通过检测蓄电池组中各单体蓄电池的状态来确定整个蓄电池系统的状态，并根据它们的状态对动力电池系统进行对应的控制调整和策略实施，实现对动力电池系统及各单体蓄电池的充放电管理以保证动力电池系统安全稳定地运行。蓄电池管理系统的基本功能可以分为检测、管理、保护这三大块，这其中又包括数据采集、状态监测、均衡控制、热管理、安全保护、信息管理等功能。



蓄电池管理系统在硬件上可以分为主控模块和从控模块两大部分。蓄电池管理系统主要由数据采集单元(采集模块)、中央处理单元(主控模块)、显示单元、均衡单元检测模块(电流传感器、电压传感器、温度传感器、漏电检测)、控制部件(熔断器、继电器)等组成。中央处理单元由高压控制电路、主控板等组成;数据采集单元由温度采集模块、电压采集模块等组成，一般采用CAN现场总线技术实现相互间的信息通信。

蓄电池管理系统中的软件设计功能一般包括电压检测、 温度采集、电流检测、绝缘监测、SOC估算、CAN通信、放电均衡功能、系统自检功能、系统检测功能、充电管理、热管理等。

二.蓄电池管理系统的组成

电池管理系统包括硬件系统和软件系统。硬件系统设计取决于管理系统实现的功能。基本要实现对动力电池组的合理管理，即保证采集数据的准确性、系统通信的可靠稳定性及抗干扰性。在具体实现过程中，根据设计要求确定需要采集动力电池组的数据类型;根据采集量以及精度要求确定前向通道的设计;根据通信数据量以及整车的要求选用合理的总线。

电池管理系统的基本组成如图所示，它主要由检测模块、均衡电源模块和控制模块三部分组成。检测模块能够对电池组中各单体电池的电压、电流、温度等关键状态参数进行准确、实时的检测，并通过SPI上报给控制模块;均衡电源模块能够平衡单体电池间的电压差异，解决电池组“短板效应”;控制模块能够根据既定策略完成控制功能，实现SOC估计，同时将电池状态数据通过CAN总线发送给整车其他电子单元。



电池的温度是判断电池能否正常使用的关键性参数，如果电池的温度超过一定值，有可能造成电池的不可恢复性破坏。电池组之间的温度差异造成电池组的单体之间的不均衡，从而会造成电池寿命的降低。

电压是判断电池组好坏的重要依据，系统要求能得到电池组在同一时刻的电压值的变化和各电池组的值，通过算法来找出问题电池组，因此电压的采样精度要求比较高。

电动汽车中电机等强电磁干扰源的存在对系统的抗干扰性要求较高，所以要求系统从硬件设计、印制电路板的制作和软件程序方面提高系统的抗干扰性。

三.电池管理系统的要求

电池管理系统的要求分为一般要求和技术要求。

1.一般要求



①电池管理系统应能检测电池电和热相关的数据，至少应包括电池单体或者电池模块的电压、电池组回路电流和电池包内部温度等参数。

②电池管理系统应能对动力电池的荷电状态、最大充放电电流(或者功率)等状态参数进行实时估算。

③电池管理系统应能对电池系统进行故障诊断，并可以根据具体故障内容进行相应的故障处理，如故障码上报、实时警示和故障保护等。

④电池管理系统应有与车辆的其他控制器基于总线通信方式的信息交互功能。

⑤电池管理系统应用在具有可外接充电功能的电动汽车上时，应能通过与车载充电机或者非车载充电机的实时通信或者其他信号交互方式实现对充电过程的控制和管理。

2.技术要求

由于车厂，动力电池厂商以及用户对汽车驾乘体验，人身安全越来越高的重视，电池管理系统的技术要求也随之逐渐提高，绝缘电阻、绝缘耐压等级、状态参数测量精度、SOC值估算精度、电池故障诊断、过电压运行、欠电压运行、高温运行、低温运行、耐高温运行、耐高温性能、耐低温性能、耐温度变化性能、耐盐雾性能、耐湿热性能、耐振动性能、耐电源极性反接性能、电磁辐射抗干扰性，这些目标都将在技术层面愈发普及和成熟。

四.蓄电池管理系统常见故障

蓄电池管理系统常见故障如下图



五.总结

由于汽车的运行工况十分复杂、运行环境的变化也很大。都会对电源管理系统产生影响，同时汽车行驶时所产生的噪声和电波等可能会使系统功能丧失，使其不能正常工作。因此，动力汽车蓄电池管理系统需要具备相当的可靠性、通用性、经济性。在满足汽车动力性能的前提下，能量管理策略应当能够根据汽车动力系统的特性及实时的运行工况，实现在发动机、电机之间合理的转矩分配，以获得整车最大的燃油经济性能、最低的排放以及平稳的驾驶性能。