对国产电池管理系统产品技术的解析

动力电池是电动汽车关键技术之一，必须配备电池管理系统（BMS）。这对初入行的工程技术人员而言，感到迷惑。以前干电池、燃油车上启动电池，都没有听说过什么“电池管理系统（BMS）”的这个说法。为什么到动力电池用到汽车上，必须要配电池管理系统（BMS）产品了？笔者拿到了一款国产电池管理系统（BMS）产品技术说明书资料，结合这款产品，进行解析，大家参考。

一、为什么要电池管理系统（BMS）？

从硬件上说，动力电池系统结构的最小单元是电池单体，基本单位是模组，模组再组装成电池箱，电池箱连接其起来为电池系统。其基本原理是按一定技术要求串（并）联起来的。

从构成结构上说，电池电池对外一个完整的产品，但是内部结构连接起来，工艺十分复杂，除了电池单体、模组、电池箱等硬件本身的连接，还有电池恒温系统、安全防火系统。这些子系统，与动力电池之间也要交换信息，必须有机协调起来。如何能协调好呢？自然就提出要有管理要求，这里管理是指计算机管理级系统，于是产生电池管理系统（BMS）。

二、电池管理系统（BMS）的基本功能

①管理电池类别：磷酸铁锂电池、锰酸锂、咕酸锂、铅酸等类型电池及超级电容等动力电池；

②监测并指示电池/电容状况(电压、温度、电流、剩余能量)、在异常情况下向用户发出报警信号（声光）；

③根据控制策略切断电力传送链路，可以保护电池安全；

④能量均衡作用，使得系统中电池剩余能量趋于一致，延长系统的整体放电时间，从而延长电池使用寿命；

（说明：②是基本功能；③要有一定工程积累；④技术难度较大；）

三、电池管理系统（BMS）的基本功能逻辑框图

基本功能逻辑框图，如图1所示。

图1 厂家实际产品说明书资料（1）

①显示模块负责显示电池的数据、给出声光报警、记录数据。

②中控模块负责 SOC 计算、产生各类报警数据、控制充放电电路、测量高压线路绝缘性能。

③终端模块负责测量电池电压及温度、均衡电池能量、控制电池箱风扇。

图2 厂家实际产品说明书资料（2）：终端模块硬件框图

四、安装工艺解析

从产品（图3）外壳上看，采用了轻量化设计，用了铝拉伸工艺，符合汽车级IP要求；

图3 厂家实际产品说明书资料（3）：产品外形实物

从接口（图4）上，接插比较方便，便于安装和维护，使用 2 个 M6 六角螺栓固定模块，为侧面引线，引线处要留足够空间，符合主机厂生产线的要求。

图4 厂家实际产品说明书资料（3）：采用接插件接口

五、主被动式一体均衡功能

这一款产品的介绍的，是主被动式一体均衡功能，均衡电流 50Ma。当充电时 BMS 切换成耗能式均衡模式，即将容量比较足的电池进行放电。当放电时 BMS 切换成补电式均衡模式，即将容量比较低的电池进行充电。延长电池组使用寿命。 却没有系统而详细介绍其原理及技术，下面是均衡充电曲线，如图5所示。

图5 均衡充电图

电池管理系统（BMS）产品，中外厂家都对外宣称，有被动均衡、主动均衡功能。笔者听过关日本大公司的介绍，动力电池主动均衡技术已经实现，但是比较复杂，成本较高，目前还没有用商品上来。

六、充电控制策略介绍

充电设置了3重控制：前导时间控制，温度控制，电压控制，最后的充电电流取3者中的最小者。其基本策略是：

①初始充电时，不要一下子将充电电流加到额定充电电流，最好有个逐步递升的过程。这款产品在设定的前导时间内，将充电电流线性提升到额定电流；

②当最高单体电压达到报警门槛时，充电电流不能太大，否则电池电压很容易越过严重的门槛，处于危险之中。所以充电电流跟最高单体电压有个对应关系；

③在低温时，充电会严重影响电池的性能，所以充电电流还需要有一个由温度控制的关系。

七、笔者的体会

通过对这款国产电池管理系统（BMS）产品技术的解析，有如下体会：

①国产电池管理系统（BMS）产品进步很快，已经出口到电动汽车技术先进的国家，产品层面能达到IP级别；

②国产电池管理系统（BMS）产品，在控制策略方面，更适宜中国电动汽车使用环境；

③国产电池管理系统（BMS）产品在轻量化和集成上做了大量有成效工作，得到越来越多用户的肯定；

④国产电池管理系统（BMS）产品里芯片主要还是国外的；

⑤国产电池管理系统（BMS）产品供应商服务响应比较快，产品价格有比较优势，质量是越来愈好。