深度解析电池管理系统BMS：工作原理、流程及主要电子配件
深度解析电池管理系统BMS：工作原理、流程及主要电子配件
电池管理系统（BMS）是控制充电和放电电路的形式化系统，主要功能是保护电池免受过流、过放、过充等破坏，还能监控电池性能和状态。
BMS工作原理
通过装置在电池组中的传感器实时监测各单体电池的电压、电流和温度等参数，及时掌握电池的运行状态。当电池组中的单体电池在充放电过程中出现性能偏差时，BMS会自动启动平衡功能，调整各单体电池的状态，保证电池组的整体性能。BMS设有多重保护机制，如过充保护、过放保护、过温保护等，以防电池因异常状态导致性能下降或损坏。
BMS工作流程
主要包括以下步骤：
- 上电使能：系统启动时激活进入工作状态
- 模式判断：根据车辆控制单元（VCU）和充电控制系统（CCS）的唤醒信号，判断进入行车模式还是充电模式
- 系统初始化：包括 PIT 中断自检、时间溢出中断自检、CAN 收发自检和 LECU 通信自检等
- 自检流程：对电池组单体电压温度、总电压、电流、绝缘情况等进行自检
- 故障码置位：自检过程中发现问题置位相应故障码
- 模式切换：根据充电机 CAN 报文和 VCU 报文决定系统模式
- SOC 估算：使用 Kalman 滤波算法求初始 SOC
- 预充电流程：进入充电模式执行预充电，合闭预充电继电器及正、负极继电器
- 启动命令处理：根据行车或充电模式处理启动命令
- VCU 和 CCS 通信故障处理：执行相应故障处理流程
- 充电控制：在充电模式下根据充电开关状态等控制充电继电器合断
BMS主要电子配件
BMS通常由中央处理单元（主控模块）、数据采集模块、数据检测模块、显示单元模块、控制部件（熔断装置、继电器）等构成，一般通过采用内部 CAN 总线技术实现模块之间的数据信息通讯。此外，还包括：
- 智能电池传感器（IBS）：可以测量电池的端电压、电流和温度，并计算出电池的状态
- AFE（模拟前端芯片）：即电池的采样芯片，主要用来采集电芯电压、电流等
- MCU（微控制器芯片）：主要对 AFE 采集来的信息进行计算和控制
BMS如何保护电池免受过流破坏
BMS 对电池过流保护主要通过以下方式实现：
- 由于电池系统中电池组的输出电流较大，发生过流的可能性较高
- 当监测到电流突然增加时，会快速响应
- TVS 管可以用于过流保护，它能够提供一个低电阻通路，将多余的电流绕过其他敏感元件
- BMS 监控电池模块的持续电流和峰值电流，确保电流水平不会超过预设的安全限制
- 当电流达到其安全阈值时，BMS 通过与车辆控制系统的交互，立即采取行动减少电流
- 在极端情况下，如短路，BMS 会迅速切断电源，防止严重的电池损伤或火灾风险
BMS如何实现电池性能平衡
BMS 实现电池性能平衡主要有被动均衡和主动均衡两种方式：
- 被动均衡：通过电阻将电量较高的电池中的多余能量转化为热量，从而降低电量高的电池的电量，使其与电量低的电池保持一致
- 主动均衡：采用能量转移的方式来实现均衡，即通过将电量较高电池中的能量转移到电量较低电池中
BMS工作流程中的模式判断依据
BMS 的控制流程是电动汽车能量管理的关键环节，确保电池安全、有效地运行。BMS 的模式判断主要依据车辆控制单元（VCU）和充电控制系统（CCS）的唤醒信号。当 VCU 唤醒时，系统进入行车模式；当 CCS 唤醒时，系统进入充电模式。
BMS配套电子配件中IBS的作用
BMS 的关键元件是智能电池传感器（IBS），它在 BMS 中起着重要的作用。IBS 可以测量电池的端电压、电流和温度，并计算出电池的状态。BMS 借助专用的负载管理算法为车身控制模块（BCM）提供电池状态信息，BCM 通过对发电机和 DC/DC 转换器进行控制来稳定和管理供电网络。DC/DC 转换器为汽车内部的各个用电部件分配电能。
IBS 即便是在最恶劣的条件下以及在整个使用寿命中都能以高分辨率和高精确度测量电池电压、电流和温度，从而正确预测电池的充电状态（SoC）、健康状态（SoH）和功能状态（SoF）。这些参数定期或根据要求通过已获汽车行业认证的车载网络传送至 BCM。
BMS构成模块如何进行数据通讯
BMS 主要由主控模块、高压模块和从控模块三部分组成。目前，汽车 BMS 主要应用的内部通信协议包括 CAN FD、菊花链、蓝牙和红外等。基于 CAN 通信协议的 BMS，CAN 总线是一种广泛应用于汽车和工业领域的现场总线协议，在 BMS 系统中 CAN 总线常用于连接 BMS 与电机控制器、充电器等车载系统，同时 CAN 也可以用于 BMS 系统内部的通信。
BMS中AFE和MCU的功能
在 BMS 中，AFE（模拟前端芯片）和 MCU（微控制器）起着关键作用。AFE 模拟前端芯片用来采集电芯电压和温度等信息，同时还要支持电池的均衡功能，通常来说该芯片会集成被动均衡功能。BMS 中的 MCU 芯片起到处理 BMS AFE 芯片采集的信息并计算荷电状态（SOC）的作用。SOC 是电池管理系统中较为重要的参数，其余参数均以 SOC 为基础计算得来，因此电池管理系统对 MCU 芯片的性能要求较高。
电池管理系统（BMS）在电动汽车和各种电池应用中起着至关重要的作用。它通过多种方式保护电池免受过流等破坏，实现电池性能平衡，根据特定的判断依据切换工作模式，借助智能电池传感器（IBS）等电子配件准确监测电池状态，各构成模块之间通过有效的数据通讯协同工作，其中 AFE 和 MCU 分别承担着重要的功能。BMS 的不断发展和完善，将为电池的安全、高效运行提供更加可靠的保障，推动新能源产业的持续进步。