BMS到底在管理电池的哪些方面？

一、什么是BMS？

BMS是Battery Management System的缩写，即电池管理系统。它是一种用于监控和管理储能电池状态的装置，主要目的是通过智能化管理和维护各个电池单元，防止电池过充电和过放电，延长电池的使用寿命，并实时监控电池的状态。BMS通常以电路板形式存在，称为BMS保护板，或者以硬件盒子的形式出现。

BMS保护板

BMS保护盒

BMS保护板或BMS保护盒通过采样线和镍片与电芯组成的电池pack连接，通过实时监控系统状态来实现电池组的管理。

二、BMS系统组成 BMS总成包括电池组、线束、结构件、BMS保护板等组件。电池组由多个单体电芯组成，单体电芯的电压和容量较低，要获得更高电压和更大容量的电池包，需要将多个电芯组合。

组合方式有两种：

1、先串后并2、先并后串电池串联: 电压相加，容量不变，内阻增大。

电池并联: 电压不变，容量相加，内阻减小，供电时间延长。

成组示意图（图片来源：知乎 锂离子电池应用）：

先串联后并联

① BMS可以监控每个电芯的电压 ② 成组时高压连接简单

① BMS电压采样通道少，成本低 ② 减小了电芯容量差异性对成组的影响

劣势

① BMS电压采样通道多，成本高 ② 电芯不一致，各支路电流不均衡，导致SOC计算不准、电池衰老不同步

① 无法监控到每个电芯的电压 ② 成组时连接复杂

多支电芯串并联后形成一个电池包，电池包用热缩膜或结构件包装起来，此时的电池包存在一定的危险性，需要BMS保护板来预防这些危险。

下图展示的是一个36V@6Ah 10S3P的电池包，10S3P表示10串3并，单体电芯电压为3.6V，10串即为36V，单体容量2Ah，3并即为6Ah。

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三、BMS架构 目前BMS架构主要分为集中式架构和分布式架构（图片来源：知乎安森德ASDsemi）

1、集中式架构集中式BMS通过一个BMS硬件统一采集所有电芯的数据，适用于电芯数量较少的场景。

集中式BMS具有成本低、结构紧凑、可靠性高的优点，常用于容量低、总压低、电池系统体积小的场景，如电动工具、机器人（搬运机器人、助力机器人）、IOT智能家居（扫地机器人、电动吸尘器）、电动叉车、电动低速车（电动自行车、电动摩托、电动观光车、电动巡逻车、电动高尔夫球车等）、轻混合动力汽车。

2、分布式架构目前行业内分布式BMS的术语多种多样，不同公司有不同的称呼。动力电池BMS大多采用主从两层架构：

储能BMS由于电池组规模庞大，通常采用三层架构，在从控、主控之上，还有一层总控。

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四、BMS管理哪些东西？ 从上图可以看出，BMS管理的几大块包括电压、电流、温度、均衡和信息等，BMS保护板通过采集这些信息来评估当前状态。

1、信息采集1.1、电压采集电压采集分为总电压采集和单电芯电压采集

1.2、电流采集电流包括充电电流、放电电流、短路电流，通过采样电阻采集

1.3、温度采集温度采集主要分为电芯温度采集和功率回路温度采集，电芯温度一般采用线式NTC

功率端子一般采用贴片NTC电阻

2、SOX算法估算SOX包括SOC、SOE和SOP

2.1、SOC估计方法传统方法：安时积分法、开路电压法

基于电池模型的方法：卡尔曼滤波法、粒子滤波算法

神经网络算法：神经网络算法

2.2、SOP算法：根据电池的SOC和温度，查表确定最大持续充放电功率和最大瞬时充放电功率。

电芯的去极化速度决定当前最大功率使用的频率。当SEI膜表面的Li离子堆积速度大于负极的吸收速度时，就会发生电压下降，最大功率无法维持。

因此，SOP的计算难点在于峰值功率与持续功率如何过渡？

2.3、SOH算法:两点法计算SOH

根据OCV-SOC曲线确定两个准确的SOC值，并安时累积计算这两个SOC之间的累积充入或放出电量，然后计算出电池的容量，从而得到SOH。

两点法计算SOH的流程图

算法有一定难度，需要大量的数据和模型才能比较准确地估算，这里仅做简要介绍。

3、安全诊断以三元锂电池为例：

3.1 过流保护过流保护分为充电过流保护和放电过流保护，一般根据功能安全的要求，分为两级保护，一级保护通常为软件保护，二级为硬件保护，例如：

1级充电过流保护电流：4A

1级充电过流保护时间：4S

2级充电过流保护电流：7A

2级充电过流保护时间：1S

1级放电过流保护电流：25A

1级放电过流保护时间：4S

2级放电过流保护电流：30A

2级放电过流保护时间：0.4S

3.2 过压保护（过充）过压保护发生在充电时，分为一级过压保护和二级过压保护，例如：

1级充电过压保护电压：4200mV

1级充电过压保护时间：4S

2级充电过压保护电压：4220mV

2级充电过压保护时间：1S

3.3 欠压保护（过放）欠压保护发生在放电时，分为一级欠压保护和二级欠压保护，例如：

1级过放保护电压：2850mV

1级过放保护时间：4S

2级过放保护电压：2700mV

2级过放保护时间：1S

3.4 高温保护高温保护包括充电高温保护和放电高温保护，一般只有一级，也可以设计二级保护，例如：

充电高温保护温度：50℃

充电高温保护时间：4S

放电高温保护温度：65℃

放电高温保护时间：4S

3.5 低温保护低温保护包括充电低温保护和放电低温保护，一般只有一级，也可以设计二级保护，例如：

充电低温保护温度：2℃

充电低温保护时间：4S

放电低温保护温度：-18℃

放电低温保护时间：4S

3.6 短路保护短路保护也可以归属到电流保护中，短路保护对于保险丝参数的核算非常重要，必须选择合适量程的保险丝。

短路保护电流：300A

短路保护时间：400uS

4、均衡管理均衡是BMS中非常重要的一个环节，你是否遇到过因为某一节电芯电压异常导致电池包使用容量减少的问题？BMS遵循短板效应，因为某一节电芯的电压较低会导致SOX的估算不准确，明明其他电芯还有电，但却无力可用，对电池包的影响很大。

关于均衡的细节比较复杂，这里就不详细展开。

当前的均衡控制策略中，有以单体电压为控制目标参数的，也有人提出应该用SOC作为均衡控制目标参数。以单体电压为例：

首先设定一对启动和结束均衡的阈值：例如一组电池中，单体电压极值与这组电压平均值的差值达到30mV时启动均衡，5mV时结束均衡。

BMS按照固定的采样周期采集单体电压，计算平均值，再计算每个单体电压与均值的差值；

如果最大的一个差值达到了30mV，BMS就需要启动均衡程序；

在均衡过程中持续步骤2，直到差值都小于5mV，结束均衡。

五、信息管理BMS分为纯硬件BMS保护板和软件结合硬件的BMS保护板

纯硬件的BMS保护板有一组固定的保护参数，根据自身采集到的电压、电流、温度等状态进行保护与恢复，不需要MCU参与，这样的保护板不具备通讯信息交互的功能。

而软件+硬件的方式，MCU可以对信息进行实时采集，并通过can、485等通讯方式与外部交互，上传BMS保护板的实时信息。

为了更好地分析电池过去的状态，尤其是在故障分析和算法建模时，需要大量的数据支持，这时就需要log存储功能，尽可能多地记录BMS的数据。