一文秒懂动力电池管理系统（BMS）工作原理

忠魁

动力电池管理系统BMS是用来对蓄电池组进行安全监控及有效管理， 提高蓄电池使用效率的装置。对于电动车辆而言，通过该系统对电池组充放电的有效控制，可以达到增加续驶里程,延长使用寿命，降低运行成本的目的， 并保证动力电池组应用的安全性和可靠性。 动力电池管理系统已经成为电动汽车不可缺少的核心部件之一。

      动力电池管理系统具体的功能包括数据采集、 电池状态计算、 能量管理、 安全管理、热管理、 均衡控制、 通信功能和人机接口， 如图1-1所示。

动力电池管理系统按结构可分为集中式系统、 分散式系统和集成式系统。
（ 一） 集中式系统
      集中式系统的结构中， 中央控制单数据采集单元等形成整个电源系统的管理单元， 对电源系统的基本信息如电压、电流、 温度进行采样， 然后在 BMS 中央处理器内进行数据的处理、 计算、 判断和相应控制。 图 1-2 为集中式BMS 结构示意图。

1.优点
      集中式系统的优点是材料的成本低， 可在电池管理系统之间无限制地通信，安全管理便利，简化了对不同电池参数的调整与改写，对参数的测量速度较快，可靠性高，可以灵活计算，根据不同的情况在中央处理器内修改软件，满足不同要求。
2.缺点
      集中式系统的缺点是需要解决串联蓄电池的电压测量中共地、 隔离、 测量精度等问题技术难度大。
（ 二） 分散式系统
      在分散式系统中，数据采集是分散的，即每个电池模组对应一个采集单元，这些单元与中心的 BMS 通过一根母线进行数据通信，充电控制、放电控制等单元也可能和中央处理单元分开，有的没有总的 BMS 控制板， 直接通过总线传输到电动汽车中心控制器。 图 1-3 为分散式BMS结构示意图。

1.优点
     分散式系统结构的优点是减少了布线，便于电源系统的扩展，可以分散安装,通过总线进行连接与信息通信,采集的数据可以就近处理，精度高， 使得有可能更好地计算电池的状态，利于建立标准化的电源管理系统。
2.缺点
       分散式系统的缺点是成本比较高，灵活性差，修改麻烦，数据由串行总线传输，系统巡回检测的速度受限制，数据的实时性不高。 BMS 是一个动力系统，采用分布式检测系统时，由于采样的下位板数目较多，造成电池包内的走线较多，不利于对系统的维护。在较大电池中，使用分散系统较经济。多适用于由多个电池包组成的电源系统，目前多数专门进行 BMS 开发或生产的企业制作的多为这种分散式系统。

（ 三） 集成式系统
      内集成式是采用大量电池管理芯片进行集成设计。 现在有很多电池管理芯片， 如DS2438芯片， 可完成对电池当前各种状态的监测， 包括对当前电池的充/放电状态、电压、电流、温度、剩余电量、时间等参数的监测。 DS2438 芯片能够自动采集这些参数， 并将其存放 EPROM/RAM中， 再通过一根双向数据线与控制器通信。 有些电池管理系统任务必须由多个设备来完成， 特别是安全管理。 正常情况下， 设备之间很少或根本没有通信联系， 所以要进行最优化运行是不可能的。 另一个缺点是与电池相关的控制功能被放在不同设备中， 因此每个设备部必须适用于所用的特殊电池。设计电动汽车时， 通常需要满足一定的加速能力、 爬坡能力和最高车速等动力性指标，若只配备单个动力电池单体作为能量源是远远无法达到要求的。 因此，工程上通常将动力电池单体进行串并联成组， 以满足车辆设计的技术要求。 面对大规模的动力电池管理问题， 动力电池管理系统（ BMS） 的拓扑结构非常重要。动力电池管理系统（ BMS） 的拓扑结构直接影响系统成本、 可靠性、 安装维护便捷性以及测量准确性。 一般情况下， 电池监测回路（ Battery Monitoring Circuit，BMC） 与电池组控制单元（ Battery Control Unit， BCU） 共同构成硬件电路部分。根据电池管理系统（ BMS） 、 电池组控制单元（ BCU） 与动力电池单体三者之间的结构关系， 电池管理系统（ BMS） 可分为集中式拓扑结构和分布式拓扑结构。