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动力电池管理系统BMS
BMS是以某种方式对动力电池进行管理和控制的产品或技术。典型的电动汽车动力电池组管理系统的工作原理如图1-3所示。BMS由各类传感器、执行器、固化有各种算法的控制器以及信号线等组成。其主要任务是确保动力电池系统的安MS需要进行早期预警，并尽可能采取相应的措施进行及时干预，以保证电动汽车的行驶安全。
4•充电控制
动力电池的充电过程将直接影响到电池的寿命和安全。因此,BMS通常需要集成一个充电管理模块根据动力电池的实时特性、温度高低以及充电机的功率等级,控制充电机给电池进行安全充电。
5•能量控制管理
由于电动汽车的行驶工况十分复杂，急加速、急制动、上下坡等驾驶操作的随机触发将造成复杂多变的动态负载。为了保证车辆安全、经济地运行,BMS需要根据采集到的动力电池数据和实时状态信息，合理控制动力电池的能量输出以及再生制动的能量回收。若电动汽车装有复合电源,BMS还需根据复合电源各自的状态信息优化分配动力电池的能量，以保证复合电源的最佳性能。
6•均衡管理
由于生产工艺、运输储存以及电子元器件的误差积累，动力电池单体之间难免存在不一致性。为了充分发挥电池单体的性能,保证电池组的使用安全,BMS需要根据动力电池单体的信息，采取主动或被动的均衡方式,尽可能降低动力电池单体在使用过程中的不一致性。
7•热管理
动力电池在正常工作中不仅受环境温度的影响，还受自身充放电产热的影响。因此，BMS需要集成电池热管理模块。它可以根据电池组内温度分布信息及充放电需求，决定主动加热/散热的强度，使得动力电池尽可能工作在最适合的温度,充分发挥动力电池的性能,延长动力电池的使用寿命。
8•信息管理
BMS需要集成多个功能模块，并合理协调各模块之间的通信运行。由于运行的数据量庞大,BMS需要对动力电池的运行数据进行处理和筛选,储存关键数据,并保持与整车控制器等网络节点进行通信。随着大数据时代的发展,BMS还需要与云端平台进行实时交互，以更好地处理动力电池的管理问题，提高管理品质。

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。例如，特斯拉ModelS电动汽车采用松下公司制造的NCA系列18650镍钻铝三元锂离子动力电池，单体的标称容量为3100mA•h，全车共采用了
7000多个电池单体进行串并联成组,最终组成一个动力电池包,并安置于车身底板。面对大规模的动力电池管理问题,BMS的拓扑结构非常重要。
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(BatteryMonitoringCircuit,BMC)与电池组控制单元(BatteryControlUnit,BCU)共同构成硬件电路部分。根据BMC、BCU与动力电池单体三者之间的结构关系,BMS可分为集中式拓扑结构和分布式拓扑结构。
集中式BMS拓扑结构中的BMC和BCU集成在单个电路板上,实现采集、计算、安全监控、开关管理、充放电控制以及与整车控制器通信等功能，一般应用于动力电池容量低、总压低、电池
系统体积小的场合。集中式BMS拓扑结构如图1-4所示，所有动
力电池单体的测量信号被集中传输到单个电路板。
数据采東
电池模块
电池模块
屯池模块
动力电池组
允电桩
电池模块
图1-4集中式BMS拓扑结构
集中式BMS拓扑结构一般具有如下优点：
高速的板内通信有利于保证数据的同步采集。
结构紧凑，抗干扰能力强。
成本较低，仅使用一个封装即可完成BMS的全部工作。
同时，集中式BMS拓扑结构也存在以下缺点：
容易造成大量复杂的布线。
当系统的不同部分发生短路和过电流时难以保护电池系统。
考虑到高压安全问题，不同通道之间必须保留足够的安全间隙，最终导致电路板的尺寸过大。
由于所有的组件都集中在单一电路板上，可扩展性和可维护性差。
与集中式拓扑结构不同，分布式BMS中的BCU与BMC是分开布置的，如图1-5所示。BCU主要负责故障检测、电池状态估计、开关管理、充放电控制以及与整车控制器通信；BMC则用于实现电池单体电压、电流和温度的采集以及安全性和一致性的管理。BCU和BMC之间通过CAN总线连接，任何BMC都可以与BCU通信。此外，每一块BMC电路板都属于CAN总线的一个节点，且单独与对应的动力电池单体建立连接。因此，BMC与BMC之间同样可以建立通信。
分布式BMS拓扑结构一般具有如下优点：
采集与计算功能分离，故障排查容易，计算效率高。
极大简化了系统的结构，布置位置灵活，