純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力輸出依靠電池，而電池管理系統BMS（Battery Management System）則是其中的核心，負責控制電池的充電和放電以及實(shí)現電池狀態(tài)估算等功能。

國外公司BMS做的比較好的有聯(lián)電、大陸、德?tīng)柛?、AVL和FEV等等，現在基本上都是按照AUTOSAR架構以及ISO26262功能安 全的要求來(lái)做，軟件功能更多，可靠性和精度也較高。

國內很多主機廠(chǎng)也都有自主開(kāi)發(fā)的BMS產(chǎn)品并應用，前期在功能和性能上與國外一 流公司相差甚遠，但隨著(zhù)國內電池和BMS技術(shù)的快速發(fā)展差距正在逐步縮小，希望不久的將來(lái)能夠實(shí)現成功追趕甚至超越。

BMS主要包括硬件、底層軟件和應用層軟件三部分，下面就來(lái)給大家詳細介紹一下：

硬件

1、功能

硬件的設計和具體選型要結合整車(chē)及電池系統的功能需求，通用的功能主要包括采集功能（如電壓、電流、溫度采集）、充電口檢測（CC和CC2）和充電喚醒（CP和A+）、繼電器控制及狀態(tài)診斷、絕緣檢測、高壓互鎖、碰撞檢測、CAN通訊及數據存儲等要求。

2、架構

BMS硬件架構分為分布式和集中式：

（1）分布式包括主板和從板，可能一個(gè)電池模組配備一個(gè)從板，這樣的設計缺點(diǎn)是如果電池模組的單體數量少于12個(gè)會(huì )造成采樣通道浪費（一般采樣芯片有12個(gè)通道），或者2-3個(gè)從板采集所有電池模組，這種結構一塊從板中具有多個(gè)采樣芯片，優(yōu)點(diǎn)是通道利用率較高，節省成本；

（2）集中式是將所有的電氣部件集中到一塊大的板子中，采樣芯片通道利用* 高且采樣芯片與主芯片之間可以采用菊花鏈通訊，電路設計相對簡(jiǎn)單，產(chǎn)品成本大為降低，只是所有的采集線(xiàn)束都會(huì )連接到主板上，對BMS的安 全性提出更大挑戰，并且菊花鏈通訊穩定性方面也可能存在問(wèn)題。

3、通訊方式

采樣芯片和主芯片之間信息的傳遞有CAN通訊和菊花鏈通訊兩種方式，其中CAN通訊*為穩定，但由于需要考慮電源芯片，隔離電路等成本較高，菊花鏈通訊實(shí)際上是SPI通訊，成本很低，穩定性方面相對較差，但是隨著(zhù)對成本控制壓力越來(lái)越大，很多廠(chǎng)家都在向菊花鏈的方式轉變，一般會(huì )采用2條甚至更多菊花鏈來(lái)增強通訊穩定性。

4、結構

BMS硬件包括電源IC、CPU、采樣IC、高驅IC、其他IC部件、隔離變壓器、RTC、EEPROM和CAN模塊等。其中CPU是核心部件，一般用的是英飛凌的TC系列，不同型號功能有所差異，對于A(yíng)UTOSAR架構的配置也不同。采樣IC廠(chǎng)家主要有凌特、美信、德州儀器等，包括采集單體電壓、模組溫度以及外圍配置均衡電路等。

底層軟件

按照AUTOSAR架構劃分成許多通用功能模塊，減少對硬件的依賴(lài)，可以實(shí)現對不同硬件的配置，而應用層軟件變化較小。應用層和底層需要確定好RTE接口，并且從靈活性方面考慮DEM（故障診斷事件管理）、DCM (故障診斷通信管理)、FIM（功能信息管理）和CAN通訊預留接口，由應用層進(jìn)行配置。

應用層軟件

軟件架構主要包括高低壓管理、充電管理、狀態(tài)估算，均衡控制和故障管理等等。

1、高低壓管理

一般正常上電時(shí)，會(huì )由VCU通過(guò)硬線(xiàn)或CAN信號的12V來(lái)喚醒BMS，待BMS完成自檢及進(jìn)入待機后VCU發(fā)送上高壓指令，BMS控制閉合繼電器完成上高壓。下電時(shí)VCU發(fā)送下高壓指令后再斷開(kāi)喚醒12V。下電狀態(tài)插槍充電時(shí)可通過(guò)CP或A+信號喚醒。

2、充電管理

（1）慢充

慢充是由交流充電樁（或220V電源）通過(guò)車(chē)載充電機將交流轉化為直流給電池充電，充電樁規格一般有16A、32A和64A，也可通過(guò)家用電源進(jìn)行充電?？赏ㄟ^(guò)CC或CP信號喚醒BMS，但應保證充電結束后能正常休眠。交流充電流程比較簡(jiǎn)單，按照國標詳細規定開(kāi)發(fā)即可。

（2）快充

快充是由直流充電樁輸出直流給電池充電，可實(shí)現1C甚至更高倍率充電，一般45min可充進(jìn)80%電量。通過(guò)充電樁的輔助電源A+信號喚醒，國標中快充流程比較復雜，同時(shí)存在2011和2015兩個(gè)版本，而且充電樁生產(chǎn)廠(chǎng)家對于國標流程未明確的技術(shù)細節理解不同也給車(chē)輛充電適配性造成極大的挑戰，因此快充適配性是衡量BMS產(chǎn)品性能的一項關(guān)鍵指標。

3、估算功能

（1）SOP（State Of Power）主要是通過(guò)溫度和SOC查表得到當前電池的可用充放電功率，VCU根據發(fā)送的功率值決定當前整車(chē)如何使用。需要兼顧考慮釋放電池能力和對電池性能進(jìn)行保護，比如在達到截止電壓前進(jìn)行部分功率限制，當然這會(huì )對整車(chē)駕駛感受產(chǎn)生一定影響。

（2）可以用電池容量或內阻變化來(lái)表示，用容量時(shí)即通過(guò)電池運行過(guò)程數據估算出當前電池的實(shí)際容量，與額定容量的比值即為SOH。準確的SOH會(huì )提高電池衰減時(shí)其他模塊的估算精度。

（3）SOC（State Of Charge）屬于BMS核心控制算法，表征當前的剩余容量狀態(tài)，主要通過(guò)安時(shí)積分法和EKF（擴展卡爾曼濾波）算法，并結合修正策略（如開(kāi)路電壓修正，充滿(mǎn)修正，充電末端修正，不同溫度及SOH下的容量修正等）。安時(shí)積分法在保證電流采集精度條件下比較可靠，但魯棒性不強，由于存在誤差累計必須結合修正策略，而EKF魯棒性較強，但算法比較復雜，實(shí)現難度大。國內主流廠(chǎng)家一般常溫可以做到精度6%以?xún)?，在高低溫和電池衰減時(shí)的估算是難點(diǎn)。

（4）SOE（State Of Energy）算法國內廠(chǎng)家現在開(kāi)發(fā)的不多，或采用較為簡(jiǎn)單的算法，查表得到當前狀態(tài)下剩余能量與* 大可用能量的比值。該功能主要用于剩余續航里程估算。

4、故障診斷

針對電池的不同表現情況，區分為不同的故障等級，并且在不同故障等級情況下BMS和VCU都會(huì )采取不同的處理措施，警告，限功率或直接切斷高壓。故障包括數據采集及合理性故障、電氣故障（傳感器和執行器）、通訊故障及電池狀態(tài)故障等。

5、均衡控制

均衡功能是為了消除在電池使用過(guò)程中產(chǎn)生的電池單體不一致性，根據木桶短板效應，充電和放電時(shí)都是性能*差的單體先達到截止條件，其他的單體還有一部分能力并未釋放出來(lái)，造成電池浪費。

均衡包括主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡，主動(dòng)均衡是能量從多的單體向少的單體轉移，不會(huì )造成能量損失，但是結構復雜，成本較高，對于電器元件要求也較高，相對來(lái)說(shuō)被動(dòng)均衡結構簡(jiǎn)單，成本也低了很多，只是能量會(huì )以熱量的形式散**費掉，一般* 大均衡電流在100mA左右，現在國內很多廠(chǎng)家采用被動(dòng)均衡也都能實(shí)現較好的均衡效果。