在今年年初的時候，借著給同事科普BMS的機會，整理了一下關于BMS的相關知識，本來打算將相關內容更加細化。但最近由于其他項目的事情，很長一段時間沒有悉心研究BMS了。

這次打算把BMS的知識系統性的整理一下，算是干回老本行。今天這里的第一篇，非常簡單的介紹一下BMS的控制對象。

新能源汽車整個電池包得以順利的運行得益于BMS的正常有序工作和控制。對于目前大多數拓撲，BMS一般由以下兩部分組成，BMS主板（包含高壓采樣和絕緣檢測）、CMC。針對不同的應用場景，電池管理系統應該具有不同的功能，但是許多基本功能是不同場景所共有的。下圖就是汽車動力電池管理系統所應具備的基本功能框圖：

圖1 電池管理系統的功能框圖 ?

BMS的控制對象??

新能源車的動力電池電壓大，容量大，并且充放電時的功率也非常大，不同于傳統車的鉛酸蓄電池。因此新能源汽車的動力電池一般都是鋰電池等新材料的電池，并且為了提高電壓和容量，目前一般的新能源汽車都由100節左右的單體電池串聯起來，每個電池的電壓典型值為3.6V。鑒于以上特性，動力電池的電壓通常都在300V以上，遠遠超出了安全電壓的范圍。 因此對于動力電池在工作中的安全考慮應該是新能源汽車的重中之重，當然在動力電池不工作的時候或者維修的時候，也要考慮到維修人員的安全，需要有一定的方式能夠斷開電池與外圍附件的聯系，因此根據這些需求設計了如圖2的高壓電池系統拓撲。

圖2 高壓電池的簡單拓撲

從電池包在新能源汽車中的主要作用，以及從安全方面的考慮，設計了繼電器的序列，分別用于控制電池與整車負載和充電接口之間的連接。還設計了維修開關，用于在車輛維護過程中斷開電池的高壓連接，而高壓互鎖回路則用來保障所有的高壓節點不外露。從結構上也可以看出，電池管理系統的大部分控制對象都是為了電池的安全來服務。針對電池的控制對象，需要針對這些高壓繼電器設計相應的驅動電路，需要根據維修開關設計相對應的高壓互鎖回路，需要根據電池包的功能來實現電池管理系統對能量流的控制。從上述的內容我們再來簡單的講講BMS的控制對象們。

電池模組

將單個電池按照一定的串并聯數量進行打包，典型的有4串、6串、10串、12串等組合方式，模組和模組再按照串聯的方式級聯起來。現在市場上大量采用三元鋰電池，容量和體積更大，并聯的數量基本都是1，模組的串數目前也有4串的方案，更好的方便電池包內模組的布置和容量搭配。

高壓維修開關（MSD）

如圖2是一個典型的電池系統框圖，包括兩部分電池模組，中間使用連接器或者繼電器將兩個模組連接起來，在電池維修或者組裝調試的時候將其斷開，能夠保障操作人員的安全。并且維修開關本身也是一個保險絲，當外界出現嚴重短路的時候，會燒掉MSD來保障電池模組的安全，防止電池出現起火、爆炸等嚴重危害成員的危險。

高壓配電盒

在電池包里面，一般將繼電器、保險絲、預充電電阻、電流傳感器等封裝到一個盒子里面，這里統稱為高壓配電盒。

a、主正繼電器

從名稱上可以看出，主正繼電器就是安放在電池模組的正極上的，該繼電器斷開后就斷開了電池的對外輸出，因此該繼電器的規格是能通過非常大電流的，一般在300A以上。

b、主負繼電器

安裝在電池的負極，在車輛不使用的情況下和主正繼電器一起都斷開，保證高壓電池和外部完全絕緣，以達到安全的目的。

c、預充電電阻和預充電繼電器

由于電池外圍的負載有很多容性負載，例如電機控制器等，在電池上電的時候，如果閉合負極繼電器之后直接閉合主正繼電器，那么由于容性負載的效果，瞬間電流會非常的大，導致繼電器的粘連，使繼電器失效。所以需要在增加預充電電阻，在上電流程中，首先閉合預充電繼電器，由于有預充電電阻的存在，電流會比較小的給外圍的容性負載充電。當主正繼電器的兩邊電勢達到同樣的時候再閉合主正繼電器，能夠保護主正繼電器不粘連。

d、快充繼電器

當BMS收到快速充電信號的時候，閉合快充繼電器進行快速充電。

e、慢充繼電器

當BMS收到慢充信號的時候，閉合慢充繼電器進行常規速度充電。?

高壓互鎖回路（HVIL）

動力電池所連接的外圍設備負載都是高壓設備，在上電的時候，任何一個部件沒有正確連接而上電的話，那么未連接的那個節點必然會直接暴露在高壓環境中，如果乘員觸碰到，后果會非常嚴重。所以引入高壓互鎖回路（HVIL），在上電之前對高壓互鎖回路進行校驗，來判斷所有節點、所有接插件都已經連接上并且接插件連接良好。帶有高壓互鎖回路的用電器或者接插件與傳統接插件構造都不太相同。

其中一種高壓互鎖回路工作的原理就是從整車控制器接過來的12V電平，通過線束連接依次穿過每一個高壓節點，然后回到整車控制器進行檢測，當整車控制器能夠檢測到傳遞回來的12V電平的時候，認為高壓互鎖回路是通的，高壓部件都連接正常，這個時候才可以進行上電流程。下文中的兩個圖是一個比較典型的高壓互鎖回路示意圖，通常的電機控制器，高壓繼電器，高壓加熱等模塊都必須具備高壓互鎖回路接口，來確保高壓網絡的安全。（下圖來源自小鵬汽車）

圖3 監測HVIL完整性的節點位于VCU

HVIL的存在，使得高壓總線在上電之前，就知道整個系統的完整性，也就是在主正、負繼電器閉合之前就防患于未然。但這種結構的HVIL回路也有一些天然的弊端，這種結構的HVIL回路中的節點數量過多，并且只有主控制器一個檢測節點，這就導致了一旦HVIL回路出現問題，會極大地增加排查的難度，有時候其實整個高壓環境是安全的，這時候HVIL反而變成了一種累贅。

目前針對這種問題，各種零部件廠商也提供了很多解決方案，比較切實有效的一種就是在回路中的節點加入一些檢測點。這樣當HVIL回路出現問題的時候，能夠通過不同節點上報的數據去判斷問題具體出現在哪一段回路中。

針對以上控制對象，接下來的一兩個月里，我會逐步溫習老知識，并且跟大家一起學習新的知識。

編輯：黃飛

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