电子说
概述
BMS是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带,对于新能源汽车来说,电池是既基础又核心的部件,汽车的各个部件均依靠电池来供电。
电池包一般是由电池模组、热管理系统、电池管理系统(BMS)、电气系统及结构件组成,其中电池模组是由多个电芯组成。
电池包的成组方式有:先串后并和先并后串。
一般来说,电动汽车是靠由一个个的单体电芯串联而组成的电池包来供电,通常单体电芯的数目能达到上百个。
而BMS(Battery Management System,即电池管理系统) 就是专门针对电动汽车锂电池的管理系统。
BMS的硬件拓扑
BMS的硬件拓扑架构分为集中式与分布式两种类型。
集中式:
将所有电气部件集中在一块板子上。这种硬件架构优点是电路设计简单,成本低;缺点是单体采样的线束比较长,采样压降不一,采样线束设计复杂,采样通道数有限,适用于较小的电池包。
分布式:
分布式硬件架构包括主板和从板。这种硬件架构优点是采样线束距离均匀;缺点是成本较高,需要额外的芯片将各个模块的信息整个发送给BMS主板。
BMS的电气架构
1.主正继电器内侧电压VA
2.主保险丝外侧电压V1
3.主正继电器外侧电压VC
4.主负继电器外侧电压VG
5.快充正继电器外侧电压VD
6.快充负继电器外侧电压V3
BMS 常用CAN网络
1、 ECAN(external CAN)整车CAN
2、 ICAN(Internal CAN)子网CAN
BMS的功能
BMS的目的,主要就是为了能够提高电池的利用率,防止电池出现过充电和过放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。
BMS的主要功能包括:电池物理参数实时监测;电池状态估计;在线诊断与预警;充、放电与预充控制;均衡管理和热管理等。
BMS的总压采集(主板功能)
通常,BMS采用分压电路测各节点相对于GND的电压。用于诊断保险丝和继电器的连通状态。
BMS的电流采集(主板功能)
电流采集通常有两种,一种是霍尔传感器,一种是分流器。
BMS的电芯电压和温度采集(从板功能)
以先并后串为例,电池包由许多的单体电芯组成,将 X 个单体电芯并联称为一并,然后将 Y 并串联组成一个电池包。
BMS的电芯电压采集,实际上是以并为单位进行采集,电池包有多少并电池就有多少采集点。
BMS的电芯温度采集,通常是采集一定范围内的温度,所以采集点相对电压较少,只有几个。
现在从板通常使用菊花链技术,完成电压和温度的采集。
BMS的SOC、SOP和SOH(ASW计算)
SOC即电池组的电池剩余电量,保证SOC维持在合理的范围内,防止由于过充电或过放电对电池的损伤非常重要。
计算SOC的SOC算法通常需要电池组的最大可用容量和总线电流。
SOP即电池的功率状态,包括最大允许的充电功率和最大允许的放电功率。计算SOP需要电池的SOC和温度。
SOH即电池的健康状态,它包括两部分:安时容量和功率的变化。
一般认为:当安时容量衰减20%或者输出功率衰减25%时,电池的寿命就到了。功率的变化更为重要这是因为电池的安时容量比较小,可以供应的功率有限尤其是在低温。
BSM的绝缘检测
绝缘检测的目的:检测电池包的正极对壳体和负极对壳体的绝缘阻值,防止电池包漏电导致安全事故发生。
BSM的充电管理
充电方式分为:快充和慢充
AC交流充电(慢充):采用交流车载充电机对电池系统进行充电
DC直流充电(快充):采用外部直流充电桩对电池系统进行充电
均衡管理
电池组内均衡的方式分为两种:被动均衡和主动均衡。
国标数据上传
数据上传路径:
上传内容:
BMS组成
BMS是电池包关键的零部件,与VCU类似,部分由硬件电路、底层软件和应用层软件组成。
在分布式架构中,BMS硬件由主板(BCU)和从板(BMU)两部分组成, 从版安装于模组内部,用于检测单体电压、电流和均衡控制;主板安装位置比较灵活,用于继电器控制、荷电状态值(SOC)估计和电气伤害保护等。
底层软件架构符合AUTOSAR标准, 模块化开发容易实现扩展和移植,提高开发效率。
应用层软件是BMS的控制,包括电池保护、电气伤害保护、故障诊断管理、热管理、继电器控制、从板控制、均衡控制、SOC估计和通讯管理等模块, 应用层软件架构如下图所示:
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审核编辑 黄宇
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