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一、什么是BMS？
BMS是Battery Management System首字母縮寫，電池管理系統(tǒng)。它是配合監(jiān)控儲(chǔ)能電池狀態(tài)的裝置，主要就是為了智能化管理及維護(hù)各個(gè)電池單元，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。一般BMS表現(xiàn)為一塊電路板，即BMS保護(hù)板，或者一個(gè)硬件盒子。
BMS保護(hù)板或者BMS保護(hù)盒子通過采樣線、鎳片等與電芯組成的pack連接，通過對系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，達(dá)到管理電池組的目的。
二、BMS系統(tǒng)組成
BMS總成包括電池組、線束、結(jié)構(gòu)件、BMS保護(hù)板等組件組成，其中電池組是由一系列單體電芯組合而來，通常單體電芯電壓、容量都較低，如果想得到更高電壓平臺(tái)和更大容量的電池包，就需要多個(gè)電芯組合。
組合方式有以下兩種：
1、先串后并
2、先并后串
電池串聯(lián): 電壓相加，容量不變，內(nèi)阻增大。
電池并聯(lián): 電壓不變，容量相加，內(nèi)阻減小，可供電時(shí)間延長。
成組示意圖：
| ? | 先串聯(lián)后并聯(lián) | 先并聯(lián)后串聯(lián) |
|---|---|---|
| 優(yōu)勢 | ① BMS可以監(jiān)控每個(gè)電芯的電壓 ② 成組時(shí)高壓連接簡單 | ① BMS電壓采樣通道少，成本低 ② 減小了電芯容量差異性對成組的影響 |
| 劣勢 | ① BMS電壓采樣通道多，成本高 ② 電芯不一致，各支路電流不均衡，導(dǎo)致SOC計(jì)算不準(zhǔn)、電池衰老不同步 | ① 無法監(jiān)控到每個(gè)電芯的電壓 ② 成組時(shí)連接復(fù)雜 |
多支電芯串并聯(lián)之后得到一個(gè)電池包，電池包用熱縮膜、或者結(jié)構(gòu)件包裝起來，此時(shí)的電池包是有一定危險(xiǎn)性的，就需要BMS保護(hù)板來避免這些危險(xiǎn)。
可以看到下面的這個(gè)電池包是36V@6Ah 10S3P的，首先10S3P，代表10串3并，單體電芯電壓標(biāo)稱3.6V，10串也即36V，單體2Ah，3并也即6Ah。
三、BMS架構(gòu)
目前BMS架構(gòu)主要分為集中式架構(gòu)和分布式架構(gòu)
1、集中式架構(gòu)
簡單來說，集中式BMS將所有電芯統(tǒng)一用一個(gè)BMS硬件采集，適用于電芯少的場景。
集中式BMS具有成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，一般常見于容量低、總壓低、電池系統(tǒng)體積小的場景中，如電動(dòng)工具、機(jī)器人（搬運(yùn)機(jī)器人、助力機(jī)器人）、IOT智能家居（掃地機(jī)器人、電動(dòng)吸塵器）、電動(dòng)叉車、電動(dòng)低速車（電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托、電動(dòng)觀光車、電動(dòng)巡邏車、電動(dòng)高爾夫球車等）、輕混合動(dòng)力汽車。
2、分布式架構(gòu)
目前行業(yè)內(nèi)分布式BMS的各種術(shù)語五花八門，不同的公司，不同的叫法。動(dòng)力電池BMS大多是主從兩層架構(gòu)：
儲(chǔ)能BMS則因?yàn)殡姵亟M規(guī)模龐大，大多都是三層架構(gòu)，在從控、主控之上，還有一層總控。
四、BMS管理哪些東西？
從上圖中可以看出，與BMS相關(guān)的幾大塊，電壓、電流、溫度、均衡，信息等，BMS保護(hù)板通過采集電壓、電流、溫度等信息，評(píng)估BMS當(dāng)前狀態(tài)。
1、信息采集
1.1、電壓采集
電壓采集分為總電壓采集和單電芯電壓采集
1.2、電流采集
電流分為充電電流、放電電流、短路電流，通過采樣電阻采集
1.3、溫度采集
溫度采集主要分為電芯溫度采集和功率回路溫度采集，電芯溫度一般采用線式NTC
2、SOX算法估算
SOX包括SOC、SOE和SOP
2.1、SOC估計(jì)方法
傳統(tǒng)方法：安時(shí)積分法、開路電壓法
基于電池模型的方法：卡爾曼濾波法、粒子濾波算法
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法
2.2、SOP算法：
根據(jù)電池的SOC和溫度，查表確定最大持續(xù)充放電功率和最大瞬時(shí)充放電功率。
電芯的去極化速度，決定當(dāng)前最大功率使用的頻率。當(dāng)SEI膜表面的Li 離子堆積速度大于負(fù)極的吸收速度時(shí)候，就會(huì)發(fā)生電壓下降，最大功率無法維持。
因此，SOP的計(jì)算難點(diǎn)是峰值功率與持續(xù)功率如何過度？
2.3、SOH算法:
兩點(diǎn)法計(jì)算SOH
根據(jù)OCV-SOC曲線確定兩個(gè)準(zhǔn)確的SOC值，并安時(shí)累積計(jì)算這兩個(gè)SOC之間的累積充入或放出電量，然后計(jì)算出電池的容量，從而得到SOH。
兩點(diǎn)法計(jì)算SOH的流程圖
算法有一定難度，需要大量的數(shù)據(jù)和模型，才能比較準(zhǔn)確的估算，這里只做簡要介紹
3、安全診斷
以三元鋰電池為例：
3.1 過流保護(hù)
過流保護(hù)分為充電過流保護(hù)和放電過流保護(hù)，一般根據(jù)功能安全的要求，分兩級(jí)保護(hù)，一級(jí)保護(hù)一般為軟件保護(hù)，二級(jí)為硬件保護(hù)，例如：
1級(jí)充電過流保護(hù)電流：4A
1級(jí)充電過流保護(hù)時(shí)間：4S
2級(jí)充電過流保護(hù)電流：7A
2級(jí)充電過流保護(hù)時(shí)間：1S
1級(jí)放電過流保護(hù)電流：25A
1級(jí)放電過流保護(hù)時(shí)間：4S
2級(jí)放電過流保護(hù)電流：30A
2級(jí)放電過流保護(hù)時(shí)間：0.4S
3.2 過壓保護(hù)（過充）
過壓保護(hù)發(fā)生在充電時(shí)候，分一級(jí)過壓保護(hù)盒二級(jí)過壓保護(hù)，例如：
1級(jí)充電過壓保護(hù)電壓：4200mV
1級(jí)充電過壓保護(hù)時(shí)間：4S
2級(jí)充電過壓保護(hù)電壓：4220mV
2級(jí)充電過壓保護(hù)時(shí)間：1S
3.3 欠壓保護(hù)（過放）
欠壓保護(hù)發(fā)生在放電時(shí)候，分一級(jí)欠壓保護(hù)盒二級(jí)欠壓保護(hù)，例如：
1級(jí)過放保護(hù)電壓：2850mV
1級(jí)過放保護(hù)時(shí)間：4S
2級(jí)過放保護(hù)電壓：2700mV
2級(jí)過放保護(hù)時(shí)間：1S
3.4 高溫保護(hù)
高溫保護(hù)包括充電高溫保護(hù)、放電高溫保護(hù)，一般只有1級(jí)，也可以設(shè)計(jì)二級(jí)保護(hù)，例如：
充電高溫保護(hù)溫度：50℃
充電高溫保護(hù)時(shí)間：4S
放電高溫保護(hù)溫度：65℃
放電高溫保護(hù)時(shí)間：4S
3.5 低溫保護(hù)
低溫保護(hù)包括充電低溫保護(hù)、放電低溫保護(hù)，一般只有1級(jí)，也可以設(shè)計(jì)二級(jí)保護(hù)，例如：
充電低溫保護(hù)溫度：2℃
充電低溫保護(hù)時(shí)間：4S
放電低溫保護(hù)溫度：-18℃
放電低溫保護(hù)時(shí)間：4S
3.6 短路保護(hù)
短路保護(hù)也可以歸屬到電流保護(hù)里面，短路保護(hù)對于保險(xiǎn)絲參數(shù)的核算是非常重要的，一定要選取合適量程的保險(xiǎn)絲。
短路保護(hù)電流：300A
短路保護(hù)時(shí)間：400uS
4、 均衡管理
均衡是BMS中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，你是不是遇到過因?yàn)槟骋还?jié)電芯電壓異常導(dǎo)致電池包使用容量變少的問題問題，BMS是遵循短板效應(yīng)的，因?yàn)槟骋还?jié)電芯的電壓比較低會(huì)導(dǎo)致SOX的估算直接不準(zhǔn)，明明其他電芯還有電，但是確有勁無處使，對電池包的影響還是非常大的。
關(guān)于均衡還是比較麻煩的，這里就不展開說了。
當(dāng)前的均衡控制策略中，有以單體電壓為控制目標(biāo)參數(shù)的，也有人提出應(yīng)該用SOC作為均衡控制目標(biāo)參數(shù)。以單體電壓為例：
首先設(shè)定一對啟動(dòng)和結(jié)束均衡的閾值：例如一組電池中，單體電壓極值與這組電壓平均值的差值達(dá)到30mV時(shí)啟動(dòng)均衡，5mV結(jié)束均衡。
BMS按照固定的采樣周期采集單體電壓，計(jì)算平均值，再計(jì)算每個(gè)單體電壓與均值的差值；
如果最大的一個(gè)差值達(dá)到了30mV，BMS就需要啟動(dòng)均衡程序；
在均衡過程中持續(xù)步驟2，直到差值都小于5mV，結(jié)束均衡。
五、信息管理
BMS分為純硬件BMS保護(hù)板和軟件結(jié)合硬件的BMS保護(hù)板
純硬件的BMS保護(hù)板是一組比較固定的保護(hù)參數(shù)，根據(jù)自身采集到的電壓、電流、溫度等狀態(tài)保護(hù)與恢復(fù)，不需要MCU參與，這樣的保護(hù)板也就不具備通訊信息交互的功能
而軟件+硬件的方式，MCU可以對信息的實(shí)時(shí)采集并且通過can、485等通訊方式與外部交互，上傳BMS保護(hù)板實(shí)時(shí)信息。
一般為了更好地分析電池過去的狀態(tài)，尤其是在故障分析和算法建模的時(shí)候，需要大量的數(shù)據(jù)支撐，這時(shí)候就需要log存儲(chǔ)功能，盡可能多的記錄BMS的數(shù)據(jù)。
審核編輯：劉清
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