【澤世科技】課堂：動力電池的(de)BMS功能講解

動力電池BMS最核心的(de)功能就(jiù)是(shì)采集系統的(de)電壓、溫度、電流、絕緣電阻、高壓互鎖狀态等數據，然後分析數據狀态和(hé / huò)電池的(de)使用環境，對電池系統充放電過程進行監測和(hé / huò)控制，從而(ér)在(zài)保證電池安全的(de)前提下最大(dà)限度地(dì / de)利用動力電池系統儲存的(de)能量。按照功能，可将BMS分爲(wéi / wèi)電池數據采集、電池狀态分析、電池安全保護、電池系統能量管理控制、數據通信和(hé / huò)儲存、故障診斷和(hé / huò)管理等部分。

1 電池數據采集

電池數據采集包括電壓、溫度、電流、絕緣電阻、高壓互鎖狀态等數據的(de)采集，能爲(wéi / wèi)BMS提供電池系統的(de)實時(shí)數據，爲(wéi / wèi)後續的(de)電池系統的(de)狀态分析、控制和(hé / huò)保護提供依據。

電壓采集有每串電芯的(de)電壓、電池系統内部總電壓Vbat和(hé / huò)電池系統外部總電壓Vlink。溫度采集有電芯表面和(hé / huò)極耳的(de)溫度、液冷進出(chū)水口的(de)溫度、快充樁接口溫度和(hé / huò)BMS工作内部溫度。電流采集主要(yào / yāo)通過分流器或霍爾電流傳感器采集電池系統主回路的(de)電流，并采取安時(shí)積分等估算方法估算電池系統的(de)狀态。絕緣電阻主要(yào / yāo)采集電池系統總正與箱體之(zhī)間的(de)絕緣電阻，以(yǐ)及電池系統總負與箱體之(zhī)間的(de)絕緣電阻。高壓互鎖包括高壓航插的(de)互鎖狀态和(hé / huò)MSD的(de)互鎖狀态。

2 電池狀态分析

2.1 動力電池系統的(de)荷電狀态（SOC）的(de)估算

SOC的(de)定義是(shì)電池的(de)剩餘電量與電池的(de)容量的(de)百分比，計算公式如下。

2.2 電池系統的(de)健康狀态（SOH）的(de)估算

SOH的(de)定義是(shì)電池已滿充電次數與電池壽命周期的(de)可用充電次數的(de)百分比。電池已滿充電次數等于(yú)電池累計充電的(de)總容量除以(yǐ)電池滿充容量，計算公式如下。

SOC和(hé / huò)SOH的(de)估算是(shì)BMS的(de)核心技術之(zhī)一(yī / yì ／yí)，是(shì)整車評估續航裏程的(de)主要(yào / yāo)參數。SOC估算的(de)典型算法有開路電壓法（OCV法）、安時(shí)積分法、阻抗法、擴展 Kalman濾波法和(hé / huò)神經網絡法等。現階段，大(dà)部分BMS都是(shì)采用帶加權的(de)安時(shí)積分法，在(zài)安時(shí)積分法的(de)基礎上(shàng)增加開路電壓、不(bù)同溫度下的(de)額定容量、不(bù)同電流下的(de)充放電效率等電芯參數，從而(ér)對SOC進行修正。爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)縮小SOC估算誤差，已經有BMS供應商和(hé / huò)科研單位研究人(rén)工智能SOC的(de)估算方法，人(rén)工智能SOC就(jiù)是(shì)在(zài)加權的(de)安時(shí)積分法基礎上(shàng)，通過采集電池系統的(de)實時(shí)數據（單體電壓、電流、溫度等）進行實時(shí)OCV的(de)推算，從而(ér)實現動态OCV修正SOC。

3 電池安全保護

當電池系統出(chū)現過壓、欠壓、超高溫、超低溫、過流、絕緣低、電壓采集線斷線、溫度采集線斷線、高壓互鎖異常等故障時(shí)，BMS需及時(shí)對電池系統進行保護，按照故障的(de)嚴重程度，分級采取限制功率、立即下電等保護措施，從而(ér)保證電池系統在(zài)安全前提下最大(dà)限度地(dì / de)利用其儲存的(de)能量。

在(zài)低溫或高溫環境下，當電池系統需要(yào / yāo)充放電時(shí)，BMS會先上(shàng)報電芯表面和(hé / huò)極耳的(de)溫度以(yǐ)及液冷進出(chū)接口溫度給整車，整車通過分析BMS上(shàng)報的(de)溫度數據，開啓液冷系統對電池系統進行加熱或者散熱，使電池系統在(zài)适宜的(de)環境溫度下充放電。

BMS采集快充接口溫度是(shì)爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)判斷快充接口是(shì)否連接好或者過流導緻接口過溫，防止安全事故。

4 電池系統能量管理

4.1 充電管理

BMS根據電池系統當前的(de)電芯溫度和(hé / huò)SOC對電池系統的(de)充電功率MAP進行線性查表，從而(ér)确定系統的(de)當前最大(dà)允許充電電流。充電時(shí)，BMS把電池系統允許充電的(de)單體最高電壓、最高總電壓、最高溫度以(yǐ)及當前允許充電的(de)最大(dà)電流、标稱能量、SOC和(hé / huò)當前電池電壓等信息與充電設備（充電樁或車載充電機）進行交互，從而(ér)使電池系統按照适配的(de)充電電壓、充電電流和(hé / huò)充電方法進行充電，保證電池充滿電。同時(shí)，根據充電機最大(dà)輸出(chū)能力和(hé / huò)電池系統充電狀态估算充電剩餘時(shí)間。

4.2 放電管理

放電管理是(shì)BMS根據實時(shí)采集的(de)溫度和(hé / huò)估算的(de)SOC對動力電池系統的(de)10s/30s峰值放電功率MAP和(hé / huò)持續放電功率MAP進行線性查表，獲得電池系統的(de)當前10s/30s的(de)峰值放電功率值和(hé / huò)持續放電功率值，上(shàng)報給整車MCU。MCU對電機請求功率P1（電機請求功率是(shì)根據車輛行駛的(de)電機轉速轉換成的(de)電機功率）與BMS上(shàng)報的(de)峰值放電功率Pmax和(hé / huò)持續放電功率Pc進行比較。當P1＞Pmax時(shí)，取電池系統峰值放電功率Pmax放電并計時(shí)，超時(shí)後就(jiù)降到(dào)持續放電功率Pc放電；當 P1＜Pc 時(shí)，BMS出(chū)現下一(yī / yì ／yí)次的(de)峰值放電功率Pmax放電。

4.3 均衡管理

均衡管理的(de)主要(yào / yāo)功能是(shì)把單體電壓之(zhī)間的(de)壓差減小，從而(ér)減小電芯放電的(de)一(yī / yì ／yí)緻性，保證電池系統在(zài)安全前提下最大(dà)限度地(dì / de)利用其儲存的(de)能量。

均衡分爲(wéi / wèi)主動均衡和(hé / huò)被動均衡，主動均衡是(shì)在(zài)單體壓差過大(dà)時(shí)，把電壓高的(de)單體中能量轉移到(dào)電壓低的(de)單體中，從而(ér)達到(dào)均衡；被動均衡是(shì)在(zài)單體壓差過大(dà)時(shí)，在(zài)電壓高的(de)那幾串單體處并聯一(yī / yì ／yí)個(gè)電阻，從而(ér)消耗一(yī / yì ／yí)部分能量，最終達到(dào)均衡功能。

5 數據通信和(hé / huò)儲存

BMS把電池系統的(de)單體電壓、溫度、總電壓、電流、SOC、SOH以(yǐ)及故障告警等數據通過CAN通信上(shàng)報給整車，整車收到(dào)數據後，一(yī / yì ／yí)是(shì)把實時(shí)的(de)總電壓、電流和(hé / huò)SOC顯示在(zài)儀表中；二是(shì)對故障告警信息進行分析，然後通過CAN通信對BMS發送命令，使BMS對電池系統進行保護和(hé / huò)控制，同時(shí)，部分故障點亮儀表盤的(de)故障燈，以(yǐ)提醒用戶。

6 故障診斷和(hé / huò)管理

根據電芯參數和(hé / huò)電池系統的(de)功能制定相應的(de)故障阈值表，包括故障名稱、故障阈值、故障回差、故障檢測時(shí)間和(hé / huò)響應時(shí)間，以(yǐ)及BMS采取的(de)保護措施和(hé / huò)整車的(de)保護措施等信息。