電池管理系統(tǒng)定義

電池管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性能，可以分解成如下三個(gè)方面：

1)安全性，保護(hù)電池單體或電池組免受損壞，防止出現(xiàn)安全事故;

2)耐久性，使電池工作在可靠的安全區(qū)域內(nèi)，延長(zhǎng)電池的使用壽命;

3)動(dòng)力性，維持電池工作在滿足車輛要求的狀態(tài)下。鋰離子電池的安全工作區(qū)域如圖1所示。

圖1為鋰離子電池的安全操作窗口

BMS由各類傳感器、執(zhí)行器、控制器以及信號(hào)線等組成，為滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，BMS應(yīng)該具有以下功能。

1)電池參數(shù)檢測(cè)。包括總電壓、總電流、單體電池電壓檢測(cè)(防止出現(xiàn)過充、過放甚至反極現(xiàn)象)、溫度檢測(cè)(最好每串電池、關(guān)鍵電纜接頭等均有溫度傳感器)、煙霧探測(cè)(監(jiān)測(cè)電解液泄漏等)、絕緣檢測(cè)(監(jiān)測(cè)漏電)、碰撞檢測(cè)等。

2)電池狀態(tài)估計(jì)。包括荷電狀態(tài)(SOC)或放電深度(DOD)、健康狀態(tài)(SOH)、功能狀態(tài)(SOF)、能量狀態(tài)(SOE)、故障及安全狀態(tài)(SOS)等。

3)在線故障診斷。包括故障檢測(cè)、故障類型判斷、故障定位、故障信息輸出等。故障檢測(cè)是指通過采集到的傳感器信號(hào)，采用診斷算法診斷故障類型，并進(jìn)行早期預(yù)警。電池故障是指電池組、高壓電回路、熱管理等各個(gè)子系統(tǒng)的傳感器故障、執(zhí)行器故障(如接觸器、風(fēng)扇、泵、加熱器等)，以及網(wǎng)絡(luò)故障、各種控制器軟硬件故障等。電池組本身故障是指過壓(過充)、欠壓(過放)、過電流、超高溫、內(nèi)短路故障、接頭松動(dòng)、電解液泄漏、絕緣降低等。

4)電池安全控制與報(bào)警。包括熱系統(tǒng)控制、高壓電安全控制。BMS診斷到故障后，通過網(wǎng)絡(luò)通知整車控制器，并要求整車控制器進(jìn)行有效處理(超過一定閾值時(shí)BMS也可以切斷主回路電源)，以防止高溫、低溫、過充、過放、過流、漏電等對(duì)電池和人身的損害。

5)充電控制。BMS中具有一個(gè)充電管理模塊，它能夠根據(jù)電池的特性、溫度高低以及充電機(jī)的功率等級(jí)，控制充電機(jī)給電池進(jìn)行安全充電。

6)電池均衡。不一致性的存在使得電池組的容量小于組中最小單體的容量。電池均衡是根據(jù)單體電池信息，采用主動(dòng)或被動(dòng)、耗散或非耗散等均衡方式，盡可能使電池組容量接近于最小單體的容量。

7)熱管理。根據(jù)電池組內(nèi)溫度分布信息及充放電需求，決定主動(dòng)加熱/散熱的強(qiáng)度，使得電池盡可能工作在最適合的溫度，充分發(fā)揮電池的性能。

8)網(wǎng)絡(luò)通訊。BMS需要與整車控制器等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信;同時(shí)，BMS在車輛上拆卸不方便，需要在不拆殼的情況下進(jìn)行在線標(biāo)定、監(jiān)控、自動(dòng)代碼生成和在線程序下載(程序更新而不拆卸產(chǎn)品)等，一般的車載網(wǎng)絡(luò)均采用CAN總線技術(shù)。

9)信息存儲(chǔ)。用于存儲(chǔ)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如SOC、SOH、SOF、SOE、累積充放電Ah數(shù)、故障碼和一致性等。車輛中的真實(shí)BMS可能只有上面提到的部分硬件和軟件。每個(gè)電池單元至少應(yīng)有一個(gè)電池電壓傳感器和一個(gè)溫度傳感器。對(duì)于具有幾十個(gè)電池的電池系統(tǒng)，可能只有一個(gè)BMS控制器，或者甚至將BMS功能集成到車輛的主控制器中。對(duì)于具有數(shù)百個(gè)電池單元的電池系統(tǒng)，可能有一個(gè)主控制器和多個(gè)僅管理一個(gè)電池模塊的從屬控制器。對(duì)于每個(gè)具有數(shù)十個(gè)電池單元的電池模塊，可能存在一些模塊電路接觸器和平衡模塊，并且從控制器像測(cè)量電壓和電流一樣管理電池模塊，控制接觸器，均衡電池單元并與主控制器通信。根據(jù)所報(bào)告的數(shù)據(jù)，主控制器將執(zhí)行電池狀態(tài)估計(jì)，故障診斷，熱管理等。

10)電磁兼容。由于電動(dòng)車使用環(huán)境惡劣，要求BMS具有好的抗電磁干擾能力，同時(shí)要求BMS對(duì)外輻射小。電動(dòng)汽車BMS軟硬件的基本框架如圖2所示。

圖2車載BMS的軟硬件基本框架