一、什么是BMS？

BMS是Battery Management System首字母縮寫，電池管理系統。它是配合監控儲能電池狀態的裝置，主要就是為了智能化管理及維護各個電池單元，防止電池出現過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監控電池的狀態。一般BMS表現為一塊電路板，即BMS保護板，或者一個硬件盒子。

BMS保護板或者BMS保護盒子通過采樣線、鎳片等與電芯組成的pack連接，通過對系統狀態的實時監控，達到管理電池組的目的。

二、BMS系統組成

BMS總成包括電池組、線束、結構件、BMS保護板等組件組成，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和更大容量的電池包，就需要多個電芯組合。

組合方式有以下兩種：

1、先串后并

2、先并后串

電池串聯: 電壓相加，容量不變，內阻增大。

電池并聯: 電壓不變，容量相加，內阻減小，可供電時間延長。

成組示意圖：

多支電芯串并聯之后得到一個電池包，電池包用熱縮膜、或者結構件包裝起來，此時的電池包是有一定危險性的，就需要BMS保護板來避免這些危險。

可以看到下面的這個電池包是36V@6Ah 10S3P的，首先10S3P，代表10串3并，單體電芯電壓標稱3.6V，10串也即36V，單體2Ah，3并也即6Ah。

三、BMS架構

目前BMS架構主要分為集中式架構和分布式架構

1、集中式架構

簡單來說，集中式BMS將所有電芯統一用一個BMS硬件采集，適用于電芯少的場景。

集中式BMS具有成本低、結構緊湊、可靠性高的優點，一般常見于容量低、總壓低、電池系統體積小的場景中，如電動工具、機器人（搬運機器人、助力機器人）、IOT智能家居（掃地機器人、電動吸塵器）、電動叉車、電動低速車（電動自行車、電動摩托、電動觀光車、電動巡邏車、電動高爾夫球車等）、輕混合動力汽車。

2、分布式架構

目前行業內分布式BMS的各種術語五花八門，不同的公司，不同的叫法。動力電池BMS大多是主從兩層架構：

儲能BMS則因為電池組規模龐大，大多都是三層架構，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相關的幾大塊，電壓、電流、溫度、均衡，信息等，BMS保護板通過采集電壓、電流、溫度等信息，評估BMS當前狀態。

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估計方法

傳統方法：安時積分法、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

神經網絡算法：神經網絡算法

2.2、SOP算法：

根據電池的SOC和溫度，查表確定最大持續充放電功率和最大瞬時充放電功率。

電芯的去極化速度，決定當前最大功率使用的頻率。當SEI膜表面的Li 離子堆積速度大于負極的吸收速度時候，就會發生電壓下降，最大功率無法維持。

因此，SOP的計算難點是峰值功率與持續功率如何過度？

2.3、SOH算法:

兩點法計算SOH

根據OCV-SOC曲線確定兩個準確的SOC值，并安時累積計算這兩個SOC之間的累積充入或放出電量，然后計算出電池的容量，從而得到SOH。

兩點法計算SOH的流程圖

算法有一定難度，需要大量的數據和模型，才能比較準確的估算，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

過流保護分為充電過流保護和放電過流保護，一般根據功能安全的要求，分兩級保護，一級保護一般為軟件保護，二級為硬件保護，例如：

1級充電過流保護電流：4A

1級充電過流保護時間：4S

2級充電過流保護電流：7A

2級充電過流保護時間：1S

1級放電過流保護電流：25A

1級放電過流保護時間：4S

2級放電過流保護電流：30A

2級放電過流保護時間：0.4S

3.2 過壓保護（過充）

過壓保護發生在充電時候，分一級過壓保護盒二級過壓保護，例如：

1級充電過壓保護電壓：4200mV

1級充電過壓保護時間：4S

2級充電過壓保護電壓：4220mV

2級充電過壓保護時間：1S

3.3 欠壓保護（過放）

欠壓保護發生在放電時候，分一級欠壓保護盒二級欠壓保護，例如：

1級過放保護電壓：2850mV

1級過放保護時間：4S

2級過放保護電壓：2700mV

2級過放保護時間：1S

3.4 高溫保護

高溫保護包括充電高溫保護、放電高溫保護，一般只有1級，也可以設計二級保護，例如：

充電高溫保護溫度：50℃

充電高溫保護時間：4S

放電高溫保護溫度：65℃

放電高溫保護時間：4S

3.5 低溫保護

低溫保護包括充電低溫保護、放電低溫保護，一般只有1級，也可以設計二級保護，例如：

充電低溫保護溫度：2℃

充電低溫保護時間：4S

放電低溫保護溫度：-18℃

放電低溫保護時間：4S

3.6 短路保護

短路保護也可以歸屬到電流保護里面，短路保護對于保險絲參數的核算是非常重要的，一定要選取合適量程的保險絲。

短路保護電流：300A

短路保護時間：400uS

4、 均衡管理

均衡是BMS中非常重要的一個環節，你是不是遇到過因為某一節電芯電壓異常導致電池包使用容量變少的問題問題，BMS是遵循短板效應的，因為某一節電芯的電壓比較低會導致SOX的估算直接不準，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。

關于均衡還是比較麻煩的，這里就不展開說了。

當前的均衡控制策略中，有以單體電壓為控制目標參數的，也有人提出應該用SOC作為均衡控制目標參數。以單體電壓為例：

首先設定一對啟動和結束均衡的閾值：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到30mV時啟動均衡，5mV結束均衡。

BMS按照固定的采樣周期采集單體電壓，計算平均值，再計算每個單體電壓與均值的差值；

如果最大的一個差值達到了30mV，BMS就需要啟動均衡程序；

在均衡過程中持續步驟2，直到差值都小于5mV，結束均衡。

五、信息管理

BMS分為純硬件BMS保護板和軟件結合硬件的BMS保護板

純硬件的BMS保護板是一組比較固定的保護參數，根據自身采集到的電壓、電流、溫度等狀態保護與恢復，不需要MCU參與，這樣的保護板也就不具備通訊信息交互的功能

而軟件+硬件的方式，MCU可以對信息的實時采集并且通過can、485等通訊方式與外部交互，上傳BMS保護板實時信息。

一般為了更好地分析電池過去的狀態，尤其是在故障分析和算法建模的時候，需要大量的數據支撐，這時候就需要log存儲功能，盡可能多的記錄BMS的數據。

審核編輯：劉清