何為電池管理系統(tǒng)？電源管理系統(tǒng)用途分析

BMS對不同的人意味著不同的東西。對某些人來說，它只是電池監(jiān)控，在充電和放電過程中檢查關(guān)鍵操作參數(shù)，例如電壓和電流以及電池內(nèi)部和環(huán)境溫度。監(jiān)控電路通常會(huì)為保護(hù)設(shè)備提供輸入，如果任何參數(shù)超出限制，保護(hù)設(shè)備將產(chǎn)生警報(bào)或斷開電池與負(fù)載或充電器的連接。

對于負(fù)責(zé)備用電源的電力或工廠工程師來說，電池是防止停電或電信網(wǎng)絡(luò)中斷的最后一道防線，BMS意味著電池管理系統(tǒng)。這種系統(tǒng)不僅包括電池的監(jiān)控和保護(hù)，還包括在需要時(shí)保持電池準(zhǔn)備好提供全功率的方法以及延長其使用壽命的方法。這包括從控制充電制度到計(jì)劃維護(hù)的所有內(nèi)容。

對于汽車工程師來說，電池管理系統(tǒng)是更復(fù)雜的快速作用能量管理系統(tǒng)的組成部分，必須與其他車載系統(tǒng)（如發(fā)動(dòng)機(jī)管理、氣候控制、通信和安全系統(tǒng)）連接。

因此，BMS有很多品種。

設(shè)計(jì)裸金屬服務(wù)器

為了控制電池的性能和安全性，有必要了解需要控制什么以及為什么需要控制。這需要深入了解基本的電池化學(xué)成分、性能特征和電池故障模式，尤其是鋰電池故障。電池不能簡單地被視為黑匣子。

BMS構(gòu)建塊

所有電池管理系統(tǒng)有三個(gè)共同的目標(biāo)

保護(hù)電池或電池免受損壞

延長電池的使用壽命

將電池保持在可以滿足指定應(yīng)用程序的功能要求的狀態(tài)。

為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，房舍管理處可以納入以下一項(xiàng)或多項(xiàng)職能。（點(diǎn)擊鏈接查看這些功能是如何實(shí)現(xiàn)的。

細(xì)胞保護(hù)保護(hù)電池免受超出公差的工作條件的影響是所有BMS應(yīng)用的基礎(chǔ)。在實(shí)踐中，BMS必須提供全面的細(xì)胞保護(hù)，以涵蓋幾乎所有可能發(fā)生的情況。在規(guī)定的設(shè)計(jì)限制之外操作電池將不可避免地導(dǎo)致電池故障。除了不便之外，更換電池的成本可能令人望而卻步。對于必須在惡劣環(huán)境中運(yùn)行的高壓和高功率汽車電池尤其如此，同時(shí)又容易被用戶濫用。

充電控制這是BMS的一個(gè)基本功能。與任何其他原因相比，因充電不當(dāng)而損壞的電池更多。

需求管理雖然與電池本身的操作沒有直接關(guān)系，但需求管理是指使用電池的應(yīng)用。其目標(biāo)是通過在應(yīng)用電路中設(shè)計(jì)節(jié)能技術(shù)來最大限度地減少電池的電流消耗，從而延長電池充電之間的時(shí)間。

土壤有機(jī)碳測定許多應(yīng)用需要了解電池或電池鏈中單個(gè)電池的充電狀態(tài)（SOC）。這可能只是為了向用戶提供電池中剩余容量的指示，或者可能需要在控制電路中確保對充電過程的最佳控制。

SOH 測定健康狀態(tài) （SOH）

是衡量電池提供其指定輸出的能力的指標(biāo)。這對于評估應(yīng)急電力設(shè)備的準(zhǔn)備情況至關(guān)重要，也是是否需要采取維護(hù)措施的指標(biāo)。

電池平衡在多節(jié)電池鏈中，由于生產(chǎn)公差或工作條件而導(dǎo)致的電芯之間的微小差異往往會(huì)隨著每個(gè)充電/放電循環(huán)而放大。較弱的電池在充電過程中會(huì)受到過大的壓力，導(dǎo)致它們變得更弱，直到它們最終失效導(dǎo)致電池過早失效。電池平衡是一種通過均衡鏈中所有電池上的電荷來補(bǔ)償較弱電池的方法，從而延長電池壽命。

歷史 -

（日志功能）監(jiān)控和存儲(chǔ)電池的歷史記錄是BMS的另一個(gè)可能功能。這是為了估計(jì)電池的健康狀況所必需的，也是為了確定它是否受到濫用。可以記錄循環(huán)次數(shù)、最大和最小電壓和溫度以及最大充電和放電電流等參數(shù)，以供后續(xù)評估。這可能是評估保修索賠的重要工具。

認(rèn)證和識別BMS還允許記錄有關(guān)電池的信息，例如制造商的型號名稱和電池化學(xué)成分，這有助于自動(dòng)測試，以及批次或序列號以及制造日期，以便在電池故障時(shí)實(shí)現(xiàn)可追溯性。

通信大多數(shù)BMS系統(tǒng)在電池和充電器或測試設(shè)備之間集成了某種形式的通信。有些鏈接到與電池接口的其他系統(tǒng)，以監(jiān)控其狀況或歷史記錄。還需要通信接口，以允許用戶訪問電池以修改BMS控制參數(shù)或進(jìn)行診斷和測試。

以下示例說明了BMS在實(shí)際中的三種截然不同的應(yīng)用。

智能電池

可充電鎳鎘和鎳氫電池（如電動(dòng)工具中使用的電池）的壽命可以通過使用智能充電系統(tǒng)來延長，該系統(tǒng)有助于電池和充電器之間的通信。電池提供有關(guān)其規(guī)格、當(dāng)前狀況和使用歷史的信息，充電器使用這些信息來確定最佳充電曲線，或者由使用電池的應(yīng)用來控制其使用情況。

充電器/電池組合的主要目標(biāo)是允許采用更廣泛的保護(hù)電路，防止電池過度充電或損壞，從而延長其使用壽命。充電控制可以在電池或充電器中。應(yīng)用/電池組合的目的是防止過載并節(jié)省電池。與充電器組合類似，放電控制可以在應(yīng)用中或電池中。

雖然已經(jīng)開發(fā)出一些包含智能的特殊電池，但智能更有可能在電池組中實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)工作原理如下：

智能電池或智能電池提供傳感器的輸出，這些傳感器提供電池內(nèi)電壓、電流和溫度的實(shí)際狀態(tài)以及充電狀態(tài)。它還可以提供報(bào)警功能，指示超出公差條件。

智能電池還包含一個(gè)存儲(chǔ)芯片，該芯片由制造商編程，其中包含有關(guān)電池規(guī)格的信息，例如：-

制造數(shù)據(jù)（名稱、日期、序列號等）

細(xì)胞化學(xué)

電池容量

機(jī)械外形代碼

電壓上限和下限

最大電流限制

溫度限制

一旦電池投入使用，內(nèi)存也可能記錄：-

電池充電和放電的次數(shù)。

已用時(shí)間

電池的內(nèi)部阻抗

它所承受的溫度曲線

任何強(qiáng)制冷卻回路的運(yùn)行

超出限制的任何情況。

該系統(tǒng)還需要可能位于電池或充電器或兩者中的設(shè)備，這些設(shè)備可以根據(jù)一組規(guī)則中斷或修改充電。類似地，電池放電可以通過應(yīng)用中的電池或需求管理電路來控制。

智能電池還需要一個(gè)可以與之交談的智能充電器和可以說的語言。

充電器被編程為響應(yīng)來自電池的輸入，以優(yōu)化充電曲線，以最大速率充電，直到達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，然后減慢或停止充電和/或打開冷卻風(fēng)扇，以免超過溫度限制，從而避免對電池造成永久性損壞。如果電池內(nèi)部阻抗惡化表明需要修復(fù)，則還可以對充電器進(jìn)行編程，通過對其進(jìn)行幾次深度充電，放電循環(huán)來改造電池。由于電池包含有關(guān)其規(guī)格的信息，充電器可以讀取這些信息，因此可以構(gòu)建通用充電器，只要它們符合商定的消息協(xié)議，就可以自動(dòng)使充電配置文件適應(yīng)一系列電池化學(xué)成分和容量。

需要一個(gè)單獨(dú)的通信通道來促進(jìn)電池和充電器之間的交互。用于簡單應(yīng)用的一個(gè)例子是系統(tǒng)管理總線（SMBus），它構(gòu)成了智能電池系統(tǒng)的一部分，主要用于低功耗應(yīng)用。符合SBS標(biāo)準(zhǔn)的電池稱為智能電池。然而，智能電池不僅限于SMS方案，許多制造商已經(jīng)實(shí)施了自己的專有方案，這些方案可能更簡單或更復(fù)雜，具體取決于應(yīng)用的要求。

據(jù)稱，使用這種技術(shù)可將電池壽命延長 50%。

自動(dòng)控制系統(tǒng)

這是自動(dòng)控制系統(tǒng)的一個(gè)例子，其中電池向充電器提供有關(guān)其實(shí)際狀況的信息，充電器將實(shí)際狀況與所需條件進(jìn)行比較，并生成錯(cuò)誤信號，該信號用于啟動(dòng)控制動(dòng)作以使實(shí)際狀況符合所需條件?？刂菩盘枠?gòu)成反饋回路的一部分，反饋回路提供自動(dòng)補(bǔ)償，使電池保持在所需的工作參數(shù)內(nèi)。它不需要任何用戶干預(yù)。某種形式的自動(dòng)控制系統(tǒng)是所有BMS的重要組成部分

電池監(jiān)控

除了與充電器通信外，智能電池還可以與用戶或電池可能所屬的其他系統(tǒng)通信。它提供的信號可用于打開警告燈或通知用戶電池的狀況以及剩余電量。

監(jiān)控電池狀況是所有電池管理系統(tǒng)的重要組成部分。在以下兩個(gè)示例中的第一個(gè)示例中，控制操作是手動(dòng)的，-發(fā)電廠維護(hù)工程師修復(fù)任何缺陷。在第二個(gè)示例中，電池是自動(dòng)控制系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)由幾個(gè)相互連接的反饋回路組成，控制電池本身及其作為整個(gè)車輛能量管理系統(tǒng)的一部分的作用。

電廠電池管理系統(tǒng)

備用和應(yīng)急電源安裝的電池管理要求完全不同。電池可能長時(shí)間處于非活動(dòng)狀態(tài)，不時(shí)通過涓流充電，或者像在電信裝置中一樣，它們可能會(huì)保持浮動(dòng)充電以始終保持充滿電。就其性質(zhì)而言，此類裝置必須隨時(shí)可用。管理此類安裝的基本職責(zé)是了解電池的狀態(tài)，以及是否可以依靠它來支持停電期間的負(fù)載。為此，了解電池的SOH和SOC至關(guān)重要。在鉛酸電池的情況下，單個(gè)電池的SOC可以通過使用比重計(jì)測量電池中電解質(zhì)的比重來確定。傳統(tǒng)上，確定SOH的唯一方法是放電測試，即通過完全放電電池并測量其輸出。這樣的測試非常不方便。對于大型安裝，電池放電可能需要八個(gè)小時(shí)，再充電需要三天。在此期間，除非提供備用電池，否則安裝將沒有應(yīng)急電源。

測量電池SOH的現(xiàn)代方法是 阻抗測試或電導(dǎo)測試

。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞的阻抗與SOC呈負(fù)相關(guān)，而作為阻抗倒數(shù)的電導(dǎo)與細(xì)胞的SOH有直接相關(guān)性。這兩種測試都可以在不對電池放電的情況下進(jìn)行，但更好的是，監(jiān)測設(shè)備可以保持在原位，提供永久的在線測量。這使工廠工程師能夠?qū)﹄姵貭顩r進(jìn)行最新評估，以便檢測電池性能的任何惡化，并計(jì)劃適當(dāng)?shù)木S護(hù)措施。

汽車電池管理系統(tǒng)

汽車電池管理比前兩個(gè)示例要求高得多。它必須與許多其他車載系統(tǒng)接口，它必須在快速變化的充電和放電條件下實(shí)時(shí)工作

當(dāng)車輛加速和制動(dòng)時(shí)，它必須在惡劣和不受控制的環(huán)境中工作。此示例描述了一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，以說明可能的功能，但并非所有應(yīng)用程序都需要此處顯示的所有功能。

適用于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的BMS的功能如下：

監(jiān)測組成電池的單個(gè)電池的狀況

將所有電池保持在操作范圍內(nèi)

保護(hù)細(xì)胞免受超出公差條件的影響

在出現(xiàn)不受控制的情況、通信丟失或?yàn)E用的情況下提供“故障安全”機(jī)制

緊急情況下隔離電池

補(bǔ)償電池鏈中電池參數(shù)的任何不平衡

設(shè)置電池工作點(diǎn)，以允許在不對電池過度充電的情況下吸收再生制動(dòng)電荷。

提供有關(guān)電池充電狀態(tài) （SOC） 的信息。此功能通常稱為“燃油表”或“燃?xì)獗怼?“

提供有關(guān)電池健康狀態(tài) （SOH） 的信息。該測量值指示廢舊電池相對于新電池的狀況。

為駕駛員顯示器和警報(bào)提供信息

預(yù)測電池剩余電量的可能續(xù)航里程（只有電動(dòng)汽車需要這樣做）

接受并實(shí)施來自相關(guān)車輛系統(tǒng)的控制指令

為電池充電提供最佳充電算法

提供預(yù)充電以允許在接通前進(jìn)行負(fù)載阻抗測試，并提供兩級充電以限制浪涌電流

提供為單個(gè)電池充電的訪問方式

應(yīng)對車輛運(yùn)行模式的變化

記錄電池使用情況和濫用情況。（超出公差條件的頻率、幅度和持續(xù)時(shí)間）稱為日志功能

在電池發(fā)生故障的情況下緊急“跛行回家模式”。

因此，在實(shí)際系統(tǒng)中，BMS可以包含更多的車輛功能，而不僅僅是管理電池。它可以確定車輛所需的運(yùn)行模式，無論是加速、制動(dòng)、怠速還是停止，并實(shí)施相關(guān)的電力管理動(dòng)作。

細(xì)胞保護(hù)

電池管理系統(tǒng)的主要功能之一是提供必要的監(jiān)測和控制，以保護(hù)電池免受超出公差的環(huán)境或操作條件的影響。由于惡劣的工作環(huán)境，這在汽車應(yīng)用中尤為重要。除了單個(gè)電池保護(hù)外，汽車系統(tǒng)還必須通過隔離電池和解決故障原因來響應(yīng)外部故障條件。例如，如果電池過熱，可以打開冷卻風(fēng)扇。如果過熱變得過熱，則可以斷開電池連接。

保護(hù)方法在保護(hù)部分中詳細(xì)討論。

電池充電狀態(tài) （SOC）

確定電池的充電狀態(tài)（SOC）是BMS的第二個(gè)主要功能。SOC

不僅用于提供電量計(jì)指示。BMS監(jiān)控并計(jì)算電池中每個(gè)電池的SOC，以檢查所有電池中的均勻充電，以驗(yàn)證單個(gè)電池不會(huì)過應(yīng)力。

SOC 指示還用于確定充電和放電周期的結(jié)束時(shí)間。過度充電和過度放電是電池故障的兩個(gè)主要原因，BMS 必須將電池保持在所需的 DOD

操作限制內(nèi)。

混合動(dòng)力汽車電池既需要用于再生制動(dòng)的高功率充電能力，也需要用于發(fā)射輔助或助推的高功率放電能力。出于這個(gè)原因，它們的電池必須保持在可以放電所需功率的SOC，但仍有足夠的余量來接受必要的再生功率，而不會(huì)冒電池過度充電的風(fēng)險(xiǎn)。為HEV電池充滿電以平衡電池（見下文）會(huì)降低再生制動(dòng)的充電接受能力，從而降低制動(dòng)效率。設(shè)置下限是為了優(yōu)化燃油經(jīng)濟(jì)性，并防止過度放電，從而縮短電池壽命。因此，HEV需要準(zhǔn)確的SOC信息，以保持電池在所需的安全范圍內(nèi)運(yùn)行。

混合動(dòng)力汽車電池工作范圍

電池管理系統(tǒng) （BMS）

裸金屬服務(wù)器范圍和故障后果

下圖顯示了可能的電池故障機(jī)制、后果以及電池管理系統(tǒng)應(yīng)采取的必要措施

細(xì)胞故障、后果和保護(hù)機(jī)制

BMS必須在所有這些條件下保護(hù)電池和用戶

多級安全系統(tǒng)

BMS是多級安全系統(tǒng)的一部分，具有以下目標(biāo)和保障措施

本質(zhì)安全型細(xì)胞化學(xué)

電池技術(shù)設(shè)計(jì)審核

電池片供應(yīng)商和生產(chǎn)審核

工作人員的技術(shù)能力

過程控制（已安裝和工作）

電池級（內(nèi)部）安全裝置

電路中斷裝置 （CID） 如果超過內(nèi)部壓力限制，則切斷電路

關(guān)閉分離器

壓力排氣閥

外部電路器件

PTC 電阻器（僅限低功耗應(yīng)用）

熔斷 器

電池和電池隔離。電氣和機(jī)械分離（接觸器和物理分離），以防止事件傳播

裸金屬服務(wù)器軟件

監(jiān)測與控制行動(dòng)相結(jié)合的所有關(guān)鍵指標(biāo)。（冷卻、電源斷開、負(fù)載管理）

控制操作或在超出限制的情況下關(guān)閉

BMS 硬件 - 故障安全備份

在軟件故障的情況下關(guān)閉硬件。設(shè)置為稍高的限制

低壓 BMS 電源故障時(shí)的電池關(guān)閉

遏制

堅(jiān)固的外部容器，通風(fēng)可控

細(xì)胞之間的物理屏障

裸金屬服務(wù)器實(shí)施

下圖是主要 BMS

功能的概念表示。它顯示了三個(gè)主要的BMS構(gòu)建模塊，電池監(jiān)控單元（BMU），電池控制單元（BCU）和CAN總線車輛通信網(wǎng)絡(luò)，以及它們?nèi)绾闻c其他車輛能量管理系統(tǒng)接口。其他配置可以通過嵌入在電池單元到電池互連中的分布式BMS來實(shí)現(xiàn)。

在實(shí)踐中，BMS也可以耦合到通過CAN總線（見下文）與BMS通信的其他車輛系統(tǒng)，例如熱管理系統(tǒng)或禁用電池的防盜設(shè)備?？赡苓€需要系統(tǒng)監(jiān)控和編程，以及使用

RS232 串行總線進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。

電池監(jiān)控單元

電池監(jiān)控單元是基于微處理器的單元，包含三個(gè)功能或子模塊。這些子模塊不一定是單獨(dú)的物理單元，但為清楚起見，此處單獨(dú)顯示。

電池型號

電池模型在軟件算法中表征電池響應(yīng)各種外部和內(nèi)部條件的行為。然后，模型可以使用這些輸入在任何時(shí)刻估計(jì)電池的狀態(tài)。

電池模型的一個(gè)基本功能是計(jì)算上述功能的電池SOC。

SOC基本上是通過對隨時(shí)間變化的電流進(jìn)行積分來確定的，修改以考慮影響電池性能的許多因素，然后從充滿電的電池的已知容量中減去結(jié)果。這在 SOC

一節(jié)中有詳細(xì)說明。

電池模型可用于記錄過去的歷史記錄以進(jìn)行維護(hù)，或預(yù)測車輛在電池需要充電之前可以行駛多少英里。剩余續(xù)航里程根據(jù)最近的駕駛或使用模式計(jì)算得出，該范圍是根據(jù)當(dāng)前的

SOC 和消耗的能源以及自上次充電以來覆蓋的里程（或者根據(jù)以前的長期平均值）計(jì)算得出的。行駛距離來自CAN總線上其他傳感器提供的數(shù)據(jù)（見下文）。

對于唯一電源是電池的電動(dòng)汽車來說，續(xù)航里程計(jì)算的準(zhǔn)確性更為重要。如果電池完全放電，HEV 和自行車有另一種“帶你回家”的電源。

當(dāng)單個(gè)電池發(fā)生故障時(shí)失去所有功率的問題可以通過增加四個(gè)更昂貴的接觸器來緩解，這些接觸器有效地將電池分成兩個(gè)單獨(dú)的單元。如果電池發(fā)生故障，接觸器可以隔離并旁路包含故障電池的一半電池，允許車輛使用另一半（良好）電池以一半的電量跛行回家。

模型的輸出也使用CAN總線發(fā)送到車輛顯示器。

多路復(fù)用

為了降低成本，電池監(jiān)控單元采用多路復(fù)用架構(gòu)，而不是并行監(jiān)控每個(gè)電池，該架構(gòu)將每個(gè)電池（輸入對）的電壓依次切換到單個(gè)模擬或數(shù)字輸出線（見下文）。通過減少模擬控制和/或數(shù)字采樣電路的數(shù)量，從而將元件數(shù)量降至最低，可以實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約。缺點(diǎn)是一次只能監(jiān)測一個(gè)電池電壓。需要高速切換機(jī)制將輸出線切換到每個(gè)單元，以便可以按順序監(jiān)視所有單元。

BMU還提供用于估算電池SOH的輸入，但是由于SOH在電池的使用壽命內(nèi)僅逐漸變化，因此需要較少的采樣。根據(jù)用于確定SOH的方法，采樣間隔可能低至每天一次。例如，阻抗測量甚至可以在車輛不使用時(shí)進(jìn)行。當(dāng)然，循環(huán)計(jì)數(shù)只能在車輛運(yùn)行時(shí)進(jìn)行。

需求或個(gè)性模塊

需求模塊在某些方面與電池模型相似，因?yàn)樗粋€(gè)參考模型，其中包含與電池模型監(jiān)控的各種參數(shù)相關(guān)的所有公差和限制。Demand

模塊還從通信總線（例如來自 BMS

的命令）接收再生制動(dòng)充電的指令，或者來自其他車輛傳感器（如安全裝置）或直接從車輛操作員獲取指令。該裝置還用于設(shè)置和監(jiān)控車輛運(yùn)行模式參數(shù)。

該模塊有時(shí)被稱為個(gè)性模塊，因?yàn)榘▽ο到y(tǒng)進(jìn)行編程的規(guī)定，所有可能特定于客戶應(yīng)用的自定義要求。例如，電池制造商將建議一個(gè)溫度限制，出于安全原因，必須在該溫度限制下自動(dòng)斷開電池。但是，汽車制造商可以設(shè)置兩個(gè)下限，一個(gè)可以打開強(qiáng)制冷卻，另一個(gè)可以點(diǎn)亮駕駛員儀表板上的警告燈。

對于HEV應(yīng)用，個(gè)性模塊通過CAN總線與發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元（ECU）接口。該模塊中規(guī)定用于設(shè)置所需的系統(tǒng)SOC工作范圍以及用于控制電驅(qū)動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)之間的功率共享的參數(shù)。

Demand 模塊還包含一個(gè)存儲(chǔ)塊，用于保存所有參考數(shù)據(jù)并累積用于監(jiān)控電池 SOH

的歷史數(shù)據(jù)。顯示SOH或打開警告燈的數(shù)據(jù)可以通過CAN總線提供給車輛儀表模塊。

需求模塊的輸出為設(shè)置電池的工作條件或觸發(fā)保護(hù)電路的動(dòng)作提供了參考點(diǎn)。

通過標(biāo)準(zhǔn) RS 232 或 RS485 串行總線提供對 BMS 的測試訪問，用于監(jiān)控或設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)以及下載電池歷史記錄。

決策邏輯模塊

決策邏輯模塊將電池模型中測量或計(jì)算的電池參數(shù)的狀態(tài)與需求模塊的所需或參考結(jié)果進(jìn)行比較。然后，邏輯電路提供錯(cuò)誤消息以啟動(dòng)電池保護(hù)動(dòng)作或用于各種BMS反饋回路，從而將系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)到所需的工作點(diǎn)或在不安全條件下隔離電池。這些錯(cuò)誤消息為電池控制單元提供輸入信號。

系統(tǒng)通信

BMS需要一個(gè)通信通道，用于在其各種內(nèi)部功能電路模塊之間傳遞信號。它還必須與多個(gè)外部車輛系統(tǒng)連接，以監(jiān)控或控制遠(yuǎn)程傳感器、執(zhí)行器、顯示器、安全聯(lián)鎖和其他功能。

因此，汽車BMS使用為此目的設(shè)計(jì)的CAN總線作為其主要通信通道。

該系統(tǒng)還應(yīng)包括標(biāo)準(zhǔn)汽車車載診斷（OBD）的規(guī)定，并向服務(wù)工程師提供診斷故障代碼（DTC）。這種連接對于識別電池故障的任何外部原因非常重要。

電池控制單元

電池控制單元包含所有 BMS 電力電子電路。它從電池監(jiān)控單元獲取控制信號，以控制電池充電過程并將電源連接切換到單個(gè)電池。

該單元的一些可能功能是：

在充電過程中控制充電器輸出的電壓和電流曲線。

為單個(gè)電池提供充電，以平衡電池鏈中所有電池的充電。

在故障或報(bào)警條件下隔離電池

根據(jù)需要將再生制動(dòng)充電切換到電池中

電池充滿電時(shí)傾倒過多的再生制動(dòng)電荷

應(yīng)對車輛運(yùn)行模式的變化

為了提供這些功能，電池中的每個(gè)電池可能需要能夠切換 200 安培或更高的昂貴大電流開關(guān)，以提供必要的互連。

二進(jìn)制控制和漸進(jìn)控制

在最簡單的形式中，BMS為故障或過載等超出公差條件提供“二進(jìn)制”O(jiān)N/OFF響應(yīng)，僅通過打開主接觸器完全隔離電池。然而，在過載的情況下，可以通過利用CAN總線來減少對電池的需求，從而提供漸進(jìn)式或可變控制。

電池平衡

這是汽車BMS的另一個(gè)基本功能。如上所述，需要補(bǔ)償單個(gè)電池的弱點(diǎn)，這些弱點(diǎn)最終可能導(dǎo)致整個(gè)電池的故障。單元平衡的原因及其實(shí)現(xiàn)方式在“單元平衡”頁面上進(jìn)行了說明。

跛行回家模式

盡管電池設(shè)計(jì)為3年或更長時(shí)間無故障，但電池始終有可能因單節(jié)電池故障而失效。如果電池開路，電池基本上沒電了。但是，BMS旨在監(jiān)控每個(gè)單元的狀態(tài)，因此將自動(dòng)識別故障單元的位置。將電池串聯(lián)分成兩部分并不困難，每部分都可以通過斷開包含故障電池的電池部分并在其位置切換導(dǎo)電鏈路來獨(dú)立繞過。這將允許車輛使用電池的良好部分以半功率到達(dá)家中或最近的避難所。除了鏈路外，系統(tǒng)還需要兩個(gè)更昂貴的高功率接觸器來實(shí)現(xiàn)此功能，但是當(dāng)替代方案可能是高速公路上昂貴且危險(xiǎn)的故障時(shí)，這種投資可能是合理的。

系統(tǒng)增強(qiáng)功能

汽車BMS可能還需要提供各種功能，這些功能不一定是管理電池所必需的。這些可能包括從車隊(duì)總部遠(yuǎn)程監(jiān)控電池，這也可能包括車輛的GPS位置。因此，如果車輛電量不足或偏離充電站太遠(yuǎn)，則可以警告駕駛員。

幸運(yùn)的是，并非所有BMS應(yīng)用程序都像這個(gè)一樣復(fù)雜。

實(shí)用的BMS實(shí)施

實(shí)現(xiàn)電池管理系統(tǒng)的方法有很多種，下面顯示了由 256 節(jié)磷酸鐵鋰電池組成的 80 伏電池的兩個(gè)不同示例。

主從

主站和從站，星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將單元組織成塊或模塊，每個(gè)模塊由一個(gè)從站管理。在所示示例中，16 X 3.2 伏電池排列在模塊中，每個(gè)模塊的輸出電壓為

51.2 伏，但其他模塊尺寸和電壓也是可能的。

奴隸——每個(gè)電池都有一個(gè)溫度傳感器以及用于測量電壓的連接，所有這些都連接到從站，從站監(jiān)控電池的狀況并實(shí)現(xiàn)電池平衡。

師父——多個(gè)從站可以連接到主站，主站監(jiān)控電流并將其隨時(shí)間進(jìn)行積分以計(jì)算凈庫侖流量，并使用來自從站的電壓和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行修改以計(jì)算電池SOC。主設(shè)備控制主電池隔離接觸器啟動(dòng)電池保護(hù)，以響應(yīng)來自主電流傳感器的數(shù)據(jù)或來自從站的電壓和溫度數(shù)據(jù)。主站還提供系統(tǒng)通信。

BMS 主站和從站（星形拓?fù)洌?/p>

I2C 總線進(jìn)行。

缺點(diǎn)是傳感器和從站之間的通信是模擬形式，因此容易受到噪聲的影響，并且需要大量的傳感器線，每個(gè)單元四根。還需要從機(jī)和主機(jī)之間的光隔離連接，因?yàn)閺臋C(jī)上的電壓會(huì)逐漸升高，直至電池全電壓，因?yàn)檫B接是從電池鏈的上游獲取的。

與外界的通信（上圖和下圖中的COMS）通常通過RS232或更可能的USB串行連接進(jìn)行。

BMS菊花鏈

菊花鏈，環(huán)形拓?fù)洌褂眠B接到每個(gè)電池的小型簡單從屬印刷電路板來容納帶有A至D轉(zhuǎn)換器的電壓和溫度傳感器，以及一個(gè)電流旁路開關(guān)，通過電荷分流實(shí)現(xiàn)電池平衡，以及具有內(nèi)置電容隔離的通信收發(fā)器，用于以數(shù)字形式接收和傳輸數(shù)據(jù)。從機(jī)從其正在監(jiān)控的單元獲取電源，單個(gè)RS

485三線數(shù)據(jù)總線將所有從站的節(jié)點(diǎn)連接到主站，主站依次輪詢每個(gè)節(jié)點(diǎn)并請求更新其單元條件。除了A到D轉(zhuǎn)換外，從站不執(zhí)行任何信號處理，因?yàn)檫@都是由主機(jī)執(zhí)行的，以及上面示例中的所有監(jiān)控，保護(hù)和通信功能。

BMS 菊花鏈（環(huán)形拓?fù)洌?/p>

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