動(dòng)力電池BMS最核心的功能就是采集系統(tǒng)的電壓、溫度、電流、絕緣電阻、高壓互鎖狀態(tài)等數(shù)據(jù)，然后分析數(shù)據(jù)狀態(tài)和電池的使用環(huán)境，對(duì)電池系統(tǒng)充放電過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，從而在保證電池安全的前提下最大限度地利用動(dòng)力電池系統(tǒng)儲(chǔ)存的能量。按照功能，可將BMS分為電池?cái)?shù)據(jù)采集、電池狀態(tài)分析、電池安全保護(hù)、電池系統(tǒng)能量管理控制、數(shù)據(jù)通信和儲(chǔ)存、故障診斷和管理等部分。

1 電池?cái)?shù)據(jù)采集

電池?cái)?shù)據(jù)采集包括電壓、溫度、電流、絕緣電阻、高壓互鎖狀態(tài)等數(shù)據(jù)的采集，能為BMS提供電池系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為后續(xù)的電池系統(tǒng)的狀態(tài)分析、控制和保護(hù)提供依據(jù)。

電壓采集有每串電芯的電壓、電池系統(tǒng)內(nèi)部總電壓Vbat和電池系統(tǒng)外部總電壓Vlink。溫度采集有電芯表面和極耳的溫度、液冷進(jìn)出水口的溫度、快充樁接口溫度和BMS工作內(nèi)部溫度。電流采集主要通過(guò)分流器或霍爾電流傳感器采集電池系統(tǒng)主回路的電流，并采取安時(shí)積分等估算方法估算電池系統(tǒng)的狀態(tài)。絕緣電阻主要采集電池系統(tǒng)總正與箱體之間的絕緣電阻，以及電池系統(tǒng)總負(fù)與箱體之間的絕緣電阻。高壓互鎖包括高壓航插的互鎖狀態(tài)和MSD的互鎖狀態(tài)。

2 電池狀態(tài)分析

2.1 動(dòng)力電池系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)的估算

SOC的定義是電池的剩余電量與電池的容量的百分比，計(jì)算公式如下。

2.2 電池系統(tǒng)的健康狀態(tài)(SOH)的估算

SOH的定義是電池已滿(mǎn)充電次數(shù)與電池壽命周期的可用充電次數(shù)的百分比。電池已滿(mǎn)充電次數(shù)等于電池累計(jì)充電的總?cè)萘砍噪姵貪M(mǎn)充容量，計(jì)算公式如下。

SOC和SOH的估算是BMS的核心技術(shù)之一，是整車(chē)評(píng)估續(xù)航里程的主要參數(shù)。SOC估算的典型算法有開(kāi)路電壓法(OCV法)、安時(shí)積分法、阻抗法、擴(kuò)展 Kalman濾波法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。現(xiàn)階段，大部分BMS都是采用帶加權(quán)的安時(shí)積分法，在安時(shí)積分法的基礎(chǔ)上增加開(kāi)路電壓、不同溫度下的額定容量、不同電流下的充放電效率等電芯參數(shù)，從而對(duì)SOC進(jìn)行修正。為了縮小SOC估算誤差，已經(jīng)有BMS供應(yīng)商和科研單位研究人工智能SOC的估算方法，人工智能SOC就是在加權(quán)的安時(shí)積分法基礎(chǔ)上，通過(guò)采集電池系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(單體電壓、電流、溫度等)進(jìn)行實(shí)時(shí)OCV的推算，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)OCV修正SOC。

3 電池安全保護(hù)

當(dāng)電池系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、超高溫、超低溫、過(guò)流、絕緣低、電壓采集線(xiàn)斷線(xiàn)、溫度采集線(xiàn)斷線(xiàn)、高壓互鎖異常等故障時(shí)，BMS需及時(shí)對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，按照故障的嚴(yán)重程度，分級(jí)采取限制功率、立即下電等保護(hù)措施，從而保證電池系統(tǒng)在安全前提下最大限度地利用其儲(chǔ)存的能量。

在低溫或高溫環(huán)境下，當(dāng)電池系統(tǒng)需要充放電時(shí)，BMS會(huì)先上報(bào)電芯表面和極耳的溫度以及液冷進(jìn)出接口溫度給整車(chē)，整車(chē)通過(guò)分析BMS上報(bào)的溫度數(shù)據(jù)，開(kāi)啟液冷系統(tǒng)對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行加熱或者散熱，使電池系統(tǒng)在適宜的環(huán)境溫度下充放電。

BMS采集快充接口溫度是為了判斷快充接口是否連接好或者過(guò)流導(dǎo)致接口過(guò)溫，防止安全事故。

4 電池系統(tǒng)能量管理

4.1 充電管理

BMS根據(jù)電池系統(tǒng)當(dāng)前的電芯溫度和SOC對(duì)電池系統(tǒng)的充電功率MAP進(jìn)行線(xiàn)性查表，從而確定系統(tǒng)的當(dāng)前最大允許充電電流。充電時(shí)，BMS把電池系統(tǒng)允許充電的單體最高電壓、最高總電壓、最高溫度以及當(dāng)前允許充電的最大電流、標(biāo)稱(chēng)能量、SOC和當(dāng)前電池電壓等信息與充電設(shè)備(充電樁或車(chē)載充電機(jī))進(jìn)行交互，從而使電池系統(tǒng)按照適配的充電電壓、充電電流和充電方法進(jìn)行充電，保證電池充滿(mǎn)電。同時(shí)，根據(jù)充電機(jī)最大輸出能力和電池系統(tǒng)充電狀態(tài)估算充電剩余時(shí)間。

4.2 放電管理

放電管理是BMS根據(jù)實(shí)時(shí)采集的溫度和估算的SOC對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)的10s/30s峰值放電功率MAP和持續(xù)放電功率MAP進(jìn)行線(xiàn)性查表，獲得電池系統(tǒng)的當(dāng)前10s/30s的峰值放電功率值和持續(xù)放電功率值，上報(bào)給整車(chē)MCU。MCU對(duì)電機(jī)請(qǐng)求功率P1(電機(jī)請(qǐng)求功率是根據(jù)車(chē)輛行駛的電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成的電機(jī)功率)與BMS上報(bào)的峰值放電功率Pmax和持續(xù)放電功率Pc進(jìn)行比較。當(dāng)P1>Pmax時(shí)，取電池系統(tǒng)峰值放電功率Pmax放電并計(jì)時(shí)，超時(shí)后就降到持續(xù)放電功率Pc放電;當(dāng) P1

4.3 均衡管理

均衡管理的主要功能是把單體電壓之間的壓差減小，從而減小電芯放電的一致性，保證電池系統(tǒng)在安全前提下最大限度地利用其儲(chǔ)存的能量。

均衡分為主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡，主動(dòng)均衡是在單體壓差過(guò)大時(shí)，把電壓高的單體中能量轉(zhuǎn)移到電壓低的單體中，從而達(dá)到均衡;被動(dòng)均衡是在單體壓差過(guò)大時(shí)，在電壓高的那幾串單體處并聯(lián)一個(gè)電阻，從而消耗一部分能量，最終達(dá)到均衡功能。

5 數(shù)據(jù)通信和儲(chǔ)存

BMS把電池系統(tǒng)的單體電壓、溫度、總電壓、電流、SOC、SOH以及故障告警等數(shù)據(jù)通過(guò)CAN通信上報(bào)給整車(chē)，整車(chē)收到數(shù)據(jù)后，一是把實(shí)時(shí)的總電壓、電流和SOC顯示在儀表中;二是對(duì)故障告警信息進(jìn)行分析，然后通過(guò)CAN通信對(duì)BMS發(fā)送命令，使BMS對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)和控制，同時(shí)，部分故障點(diǎn)亮儀表盤(pán)的故障燈，以提醒用戶(hù)。

6 故障診斷和管理

根據(jù)電芯參數(shù)和電池系統(tǒng)的功能制定相應(yīng)的故障閾值表，包括故障名稱(chēng)、故障閾值、故障回差、故障檢測(cè)時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間，以及BMS采取的保護(hù)措施和整車(chē)的保護(hù)措施等信息。

原文標(biāo)題：詳解電池管理系統(tǒng)(BMS)的功能性設(shè)計(jì)!

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審核編輯：湯梓紅