動力電池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，對電池系統(tǒng)充放電過程進行監(jiān)測和控制，從而在保證電池安全的前提下最大限度地利用動力電池系統(tǒng)儲存的能量。按照功能，可將BMS分為電池數(shù)據(jù)采集、電池狀態(tài)分析、電池安全保護、電池系統(tǒng)能量管理控制、數(shù)據(jù)通信和儲存、故障診斷和管理等部分。

1 電池數(shù)據(jù)采集

電池數(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)的實時數(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。電池已滿充電次數(shù)等于電池累計充電的總?cè)萘砍噪姵貪M充容量，計算公式如下。

SOC和SOH的估算是BMS的核心技術之一，是整車評估續(xù)航里程的主要參數(shù)。SOC估算的典型算法有開路電壓法(OCV法)、安時積分法、阻抗法、擴展 Kalman濾波法和神經(jīng)網(wǎng)絡法等。現(xiàn)階段，大部分BMS都是采用帶加權的安時積分法，在安時積分法的基礎上增加開路電壓、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SOC進行修正。為了縮小SOC估算誤差，已經(jīng)有BMS供應商和科研單位研究人工智能SOC的估算方法，人工智能SOC就是在加權的安時積分法基礎上，通過采集電池系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)(單體電壓、電流、溫度等)進行實時OCV的推算，從而實現(xiàn)動態(tài)OCV修正SOC。

3 電池安全保護

當電池系統(tǒng)出現(xiàn)過壓、欠壓、超高溫、超低溫、過流、絕緣低、電壓采集線斷線、溫度采集線斷線、高壓互鎖異常等故障時，BMS需及時對電池系統(tǒng)進行保護，按照故障的嚴重程度，分級采取限制功率、立即下電等保護措施，從而保證電池系統(tǒng)在安全前提下最大限度地利用其儲存的能量。

在低溫或高溫環(huán)境下，當電池系統(tǒng)需要充放電時，BMS會先上報電芯表面和極耳的溫度以及液冷進出接口溫度給整車，整車通過分析BMS上報的溫度數(shù)據(jù)，開啟液冷系統(tǒng)對電池系統(tǒng)進行加熱或者散熱，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流導致接口過溫，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)當前的電芯溫度和SOC對電池系統(tǒng)的充電功率MAP進行線性查表，從而確定系統(tǒng)的當前最大允許充電電流。充電時，BMS把電池系統(tǒng)允許充電的單體最高電壓、最高總電壓、最高溫度以及當前允許充電的最大電流、標稱能量、SOC和當前電池電壓等信息與充電設備(充電樁或車載充電機)進行交互，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行充電，保證電池充滿電。同時，根據(jù)充電機最大輸出能力和電池系統(tǒng)充電狀態(tài)估算充電剩余時間。

4.2 放電管理

放電管理是BMS根據(jù)實時采集的溫度和估算的SOC對動力電池系統(tǒng)的10s/30s峰值放電功率MAP和持續(xù)放電功率MAP進行線性查表，獲得電池系統(tǒng)的當前10s/30s的峰值放電功率值和持續(xù)放電功率值，上報給整車MCU。MCU對電機請求功率P1(電機請求功率是根據(jù)車輛行駛的電機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成的電機功率)與BMS上報的峰值放電功率Pmax和持續(xù)放電功率Pc進行比較。當P1>Pmax時，取電池系統(tǒng)峰值放電功率Pmax放電并計時，超時后就降到持續(xù)放電功率Pc放電;當 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存的能量。

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

5 數(shù)據(jù)通信和儲存

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CAN通信上報給整車，整車收到數(shù)據(jù)后，一是把實時的總電壓、電流和SOC顯示在儀表中;二是對故障告警信息進行分析，然后通過CAN通信對BMS發(fā)送命令，使BMS對電池系統(tǒng)進行保護和控制，同時，部分故障點亮儀表盤的故障燈，以提醒用戶。

6 故障診斷和管理

根據(jù)電芯參數(shù)和電池系統(tǒng)的功能制定相應的故障閾值表，包括故障名稱、故障閾值、故障回差、故障檢測時間和響應時間，以及BMS采取的保護措施和整車的保護措施等信息。

原文標題：詳解電池管理系統(tǒng)(BMS)的功能性設計!

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審核編輯：湯梓紅