電池管理系統BMS的案例
電池管理系統（BMS）
概述
電池管理系統（BMS）為一套保護動力電池使用安全的控制系統，時刻監控電池的使用狀態，通過必要措施緩解電池組的不一致性，為新能源車輛的使用安全提供保障。
經緯恒潤作為國內優質的動力系統供應商，在控制系統開發方面擁有雄厚的實力和豐富的經驗，可以為客戶在電池管理系統開發方面提供優質的工程和配套服務。
BMS 基本功能
電流采集
單體電壓采集
總電壓采集
溫度采集
絕緣電阻檢測
高壓互鎖檢測
整車通訊
附件控制
電池狀態估算
高壓上下電控制
熱管理
均衡控制
充電管理
電池故障分析及在線報警
功能安全
BMS RoadMap
BMS產品布局如下圖所示，涵蓋12V-800V的電池包類型，并兼顧乘用車及商業車使用環境。
BMS 核心算法
基于Kalman濾波的閉環SOC估計策略，提高SOC估計精度
基于模型的容量、內阻在線辨識，監控電池老化狀態（SOH）
考慮工況變化的剩余能量（SOE）估計，保障整車續駛里程估計精度
多狀態聯合估計策略，保障全生命周期狀態估計精度
內短路早期識別，避免演化成熱失控，保障電池使用安全
基于電量一致的均衡策略，充分發揮電池包可用容量
展開 新能源汽車電池管理系統（BMS）中傳感器技術應用
車載蓄電池作為新能源電動汽車的核心，直接關系到車輛壽命、行駛里程、車輛經濟性、安全性，這一切又取決于電池管理系統的性能。而電池管理系統監控的準確性、執行動作可靠性則依賴各類
傳感器，故對于傳感器技術的研究與分析尤為必要。
一、新能源電動汽車電池管理系統
電池管理系統（Battery Management System，簡稱BMS）是監控車用蓄電池的電壓、電流、負載、溫度等狀態，并能為其提供安全、通信、電芯均衡和管理控制，提供同應用設備通信接口的系統，如圖1所示。BMS具備監控蓄電池系統總電壓、電流數據，獲取單體電池、電芯組、電池模塊電壓，掌握電池包內溫及其形態等數據。它主要由3個部分構成，包括硬件架構、底層軟件以及應用軟件。
1.1硬件架構
BMS硬件包含CPU、電源和采樣IC、隔離變壓器、CAN模塊、EEPROM和RCT等，其核心是CPU。BMS硬件結構如圖2所示，集中式、分布式是BMS硬件的拓撲結構。集中式把電子部件歸納在板塊內，采樣芯片由菊花鏈接主芯片通信，鏈路簡單，成本低廉，缺點是穩定性不足。分布式由主板、從板組成，系統配置靈活，通道利用率高，適用于各類電池組，缺點是電池模組數量不足時造成通道浪費。
BMS的主控制器具備處理上報來的信息、綜合判斷電池運行情況、實現控制策略并處理故障信息功能。高壓控制器具備收集上報總電壓、電流，并為主板提供載荷情況（SOC）、健康狀況（SOH）所需數據，實現預充電、絕緣兩項檢測功能。從控制器具備單體電池信息采集上報，擁有動平衡功能，可以保持電芯的動力輸出一致性。采樣控制線束具備同時在每一根電壓采樣線上添加冗余保險功能，可避免電池外部短路故障（圖2）。
展開 工程師教你如何設計電池管理系統
[導讀] 現在的電子設備具有更高的移動性并且比以前更綠色，電池技術進步推動了這一進展，并惠及了包括便捷式電動工具、插電式混合動力車、無線揚聲器在內的廣泛產品。近年來，電池效率（輸出功率/尺寸比）和重量均出現大幅改善。試想一下汽車電池得多龐大和笨重，其主要用途是啟動汽車。
現在的電子設備具有更高的移動性并且比以前更綠色，電池技術進步推動了這一進展，并惠及了包括便捷式電動工具、插電式混合動力車、無線揚聲器在內的廣泛產品。近年來，電池效率（輸出功率/尺寸比）和重量均出現大幅改善。試想一下汽車電池得多龐大和笨重，其主要用途是啟動汽車。隨著技術的最新進展，你可以改用鋰離子電池來迅速啟動汽車，其重量只有幾磅，尺寸也就人手那么大。電池技術的不斷變化促使許多新手學習如何設計電池管理系統。本文提供了有關電池管理系統（BMS）架構的初學者指南，討論了主要功能塊，并解釋了每個功能塊對BMS系統的重要性。
圖 SEQ Figure * ARABIC 1：電池管理系統（BMS）功能塊的簡化示意圖。
電池管理系統架構
電池管理系統（BMS）通常包含若干功能塊，如：FET驅動、電流監控、單電池電壓監視器、單電池電壓均衡、實時時鐘、溫度監控和狀態機。市場上有多種類型的BMS IC。從簡單的模擬前端（如提供均衡和監測功能并需要微控制器的ISL94208(＄1.3824)）到自主運行的獨立集成解決方案（如ISL94203(＄2.6201)），功能塊的分組存在很大差異。現在我們來看每個功能塊的用途和所使用的技術，以及每種技術的優缺點。
關斷FET和FET驅動器
FET驅動器功能塊負責電池組的連接以及負載與充電器之間的隔離。FET驅動器的行為可根據單電池電壓測量值、電流測量值和實時檢測電路進行操控。
展開 電動汽車講解-初探BMS電池管理系統
電動汽車講解-初探BMS電池管理系統
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電動汽車講解-初探BMS電池管理系統
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新能源汽車講解丨初探BMS電池管理系統
新能源汽車講解丨初探BMS電池管理系統
新能源電動汽車BMS電池管理系統基本知識
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高效管理大型電池系統
電氣化的工業應用（包括電動汽車和分布式發電）必然衍生出更多對電池的需求。這在快速發展的交通運輸領域中尤為明顯，如：電動汽車與無人機。而且在多電飛機的研發和能量儲存中，電池的重要性也日益突出。這些電池并非單獨使用，而是作為復雜組件使得大型系統能夠處于最佳運行狀態，以確保安全高效地利用能源。電池管理系統(BMS)包括硬件和嵌入式軟件，能夠實時監測和控制充電電池的狀態，以便為復雜應用提供可靠的動力。ANSYS面向嵌入式軟件和功能分析的解決方案支持BMS研發，實現安全、可靠、高效地電池操作。
“隨著越來越多的系統依賴動力電池，仿真工具的組合運用對BMS的快速虛擬原型的設計具有重要意義。”
據Statista資料顯示[1]，到2025年，電動汽車(EV)在整體汽車市場的占比有望從2017年的1%增長到14%。汽車制造巨頭都爭相研發電動汽車，希望在這個不斷發展的市場中獲得領先優勢。隨著電氣化進程的日益深入，汽車逐步采用大型電池組來為引擎、空調和供暖以及信息娛樂系統供電，因此電池系統運行的監控與維護成為關鍵。工程師正在研發電池管理系統(BMS)，以確保這種復雜網絡能夠平穩運行，進而產生更多地對前沿仿真軟件工具的需求。
BMS主要功能
在電動汽車中，BMS是由軟件驅動的高級控制中心。它負責監控電池電壓與溫度，并保證正常的運行條件；監控系統連接狀態；測量電流；計算荷電狀態(SOC)和健康狀態(SOH)；平衡電池的輸入輸出；以及建立電池與動力系統或充電系統之間的連接等。
總之，BMS可以獨立確保電池驅動的車輛在最佳性能條件下平穩、安全地運行，實現資源的最佳分配利用，而且能夠提前向駕駛員告知潛在的問題。如果遭遇極端情況，BMS可通過物理方式斷開系統中的電池，以防止嚴重故障發生可能危及車輛乘員安全。
設計如此復雜的控制中心面臨著艱巨的挑戰。
展開 讀者投稿｜純電動汽車動力電池管理系統五部曲之二：單體電池建模研究
第一篇 動力電池試驗研究
第二篇 單體電池建模研究
純電動汽車的主要能量來源為動力電池系統，其性能直接影響整車的經濟性、動力性和可靠性。電動汽車與傳統燃油汽車最大的區別是用動力電池作為動力驅動，而作為銜接電池組、整車系統和電機的重要紐帶，電池管理系統(BMS)的重要性不言而喻。完善的 BMS能夠有效提高電池的利用率，防止電池出現過充電和過放電，并且延長電池的使用壽命，監控電池組及各電池單芯的運行狀態，有效預防電池組自燃，實現突發事件預警，為保障安全贏得時間。
筆者在梳理電池管理系統開發過程中的關鍵技術，為動力電池管理系統設計，測試生產提供理論基礎。計劃分為5個篇章來整理電池管理系統的開發中關鍵技術，今天首先聊一下第二篇章單體電池建模研究及模型參數。
圖1 電池管理系統開發過程中的關鍵技術
單體電池模型用以模擬電池動力學特性動態電池模型，是設計高效可靠的電池管理系統（Battery Management System）的基礎。鑒于等效電路模型簡單的結構，良好的動態響應特性，以及狀態空間方程易于求取的優點，因此非常廣泛的應用于純電動汽車電池管理系統的研究領域中。
不同單體電池模型對比
建立單體電池等效電路模型，將模型與電池辨識參數進行配比，同時利用辨識工具完成參數識別，分析電池端電壓在不同工況下的動態響應，并逐步改進電池等效電路模型，提高電池精度，為后期電池狀態估計（SOC,SOP,SOE,SOH）提供基礎。
展開 使用 MBD 框架解決電池管理系統開發難題
簡化 BMS 控制算法的開發以實現里程、電池壽命和安全性能最大化。
電池管理系統控制驗證
電池管理系統 (BMS) 控制軟件的工程設計過程是一項復雜的任務，必須達到電池電源即刻性能和長期安全操作之間的平衡。需要強大的算法才能準確確定電池狀態以確保可用電源、功率等級和電池壽命的信息可靠。在電池硬件原型上直接開發底層算法格外耗時、容易出錯且易于引入安全失誤點。基于模型的設計 (MBD) 框架為不同開發階段和工作條件下重用測試場景提供了一種機制，能夠確保電池的安全操作。
本次網絡研討會將講解如何設置 MBD 框架以便在虛擬電池組上開發和測試 BMS 算法。主要內容包括高級最佳控制方法如何提高電池性能、工程師們如何在不同開發階段使用不同測試環境（例如模型在環、軟件在環和硬件在環）來重用虛擬電池組以及如何在不同開發階段重用測試場景。
學習內容：
電池管理控制系統中關于里程焦慮、安全性和最佳車輛性能的重要子系統
如何使用虛擬電池模型分析控制系統行為并以可重復的方式快速測試其性能，包括熱量管理策略
影響電池組壽命的主要因素，以及 BMS 如何幫助監控和延長電池組壽命
點擊鏈接 獲取完整內容：http://avz6v7gw1lfs7v7u.mikecrm.com/9hNbL9z
展開 
一文帶你了解汽車動力電池熱管理系統的類型、管理方案以及發展趨勢（內含視頻教程）
汽車電池熱管理系統（?BMS）?作為保障電池性能和安全的關鍵技術，?其重要性日益凸顯。?BMS的主要目的是調節電池單元的溫度，?以延長電池壽命，?并在有利的氣候條件下操作電池組，?提供必要的通風。?
大圓柱電池因其安全、?經濟、?能量密度高、?功率大、?支持快充和長壽命等優勢，?被認為是性能全面的“六邊形戰士”。?然而，?更大的電芯容量也對鋰電池的倍率性能和快充效率提出了挑戰，?同時增加了電池內阻和發熱，?對電池熱管理系統提出了更高的要求。?這表明，?隨著電池技術的升級，?熱管理系統的優化成為破解新能源車續航“焦慮”的關鍵。?
此外，?環保材料的使用和高能量密度電池的應用也是動力電池熱管理技術發展的重要趨勢。?采用更環保的材料減少對環境的負面影響，?符合全球可持續發展的趨勢。?這些發展趨勢共同推動了動力電池熱管理技術的進步，?以滿足新能源汽車市場的不斷增長和用戶需求的提升。
綜上所述，動力電池熱管理系統對于汽車電池而言，對于整個汽車而言，都是非常重要的一環。
所以汽車行業工程師們學習動力電池熱管理仿真對于你們而言很重要，這可以讓你在事業上有一個很大的提升，這也是必行的趨勢，那么該如何快速掌握新能源汽車動力電池熱管理仿真呢？這里為您準備了《Starccm+動力電池熱管理CFD仿真入門到進階25講》課程??
課程介紹
本課程專注于動力電池液冷熱管理的仿真技術，結合市場主流設計趨勢，系統講解從建模到結果評估的全過程。關鍵內容包括：
熱管理仿真基礎：介紹電池熱管理仿真的基本概念、重要性及在電池設計與安全評估中的關鍵作用。
前處理原則：詳細闡述仿真前處理的核心步驟，包括幾何模型構建、材料屬性設置、邊界條件定義等，確保仿真輸入數據的準確性和合理性。
展開 刀片電池系統的拆解2 電池管理系統設計
圖4 比亞迪刀片電池系統的BMS
在之前PHEV的系統版本中，比亞迪做過一個CMU+轉接系統+BMU的三層結構，這個胡搖扇兄弟做過一個基礎的分析，我直接引用過來。
圖5 比亞迪在PHEV上的轉接（來源：胡搖扇）
這個主控芯片采用了相似的MC9S12XET256，包含低邊驅動來控制繼電器，以及模擬部分采樣來采樣傳感器。這個比較簡單，就不多說了。
小結：拆解五菱Mini EV和漢EV的電池管理系統，給我的直觀感受是一樣的：在電池管理系統的設計方面，越往后面走，逐漸在把原來的設計一步一步地省略，這種做法好像正在放棄對車載系統設計的全面性的考慮。如果按照我之前積累的工程思維理念，反正這兩款車我是有點做不下去了。
展開 考慮系統體積和冷卻性能的風冷電池熱管理系統策略
鋰離子電池作為電動汽車（EV）的核心部件，廣泛應用于混合動力汽車（HEV）、插電式混合動力汽車（PHEV）和純電動汽車（BEV）。動力電池的性能很大程度上決定了整車的性能。電池的能量密度越高，電動汽車的續航能力就越好。高能量密度電池在充電和放電過程中會產生高熱量，如果熱量長時間聚集在一起，不僅會損害電池的使用壽命，還會增加熱失控的風險，嚴重時甚至會引起爆炸，危及人身安全。設計良好的電池熱管理系統（BTMS）可以有效散熱，提高車輛性能，保證車輛和駕駛員的安全。因此，電池熱管理系統具有重要的研究價值和理論意義。當前的研究主要集中在結構設計上，以降低系統的最高溫度為主要目的。然而，冷卻系統的體積對于電動汽車設計也很重要，卻很少受到關注。
02
成果掠影
近期，新疆大學盧浩老師團隊提出了一種新的電池熱管理系統優化策略，該策略綜合考慮系統體積和冷卻性能，可以根據實際應用確定合適的熱管理策略。所提出的方法分為四個步驟：優化系統設計、建立計算代碼、多目標優化和綜合模擬決策。基于計算流體力學（CFD）的數值模擬用于驗證優化后系統的冷卻性能。與當前三種電池熱管理系統設計相比，體積最多減少了13.01%。穩定發熱過程中，最大溫差分別降低了65.79%、40.65%和63.69%，溫度均勻度分別提高了65.87%、34.93%和60.80%。電池組非穩態發熱情況下，5C放電倍率的時候，最大溫差下降2.28 K，最大溫差和溫度均勻性分別下降57.11%和49.15%。
展開 電動汽車動力電池均衡方法研究 附電動汽車動力電池管理系統設計譚曉軍下載
根據當前我國對于均衡裝置的電流評定標準來看，組合電池的電流應當是動力電池的0.05倍或者0.1倍，在此區間內是比較合適的。
3.2均衡結果
組合電池的內部差異會影響電動汽車的運行效率與安全性，因此為了減少電池荷電狀況的異常，采用均衡裝置將組合電池進行連接，改善電池的性能，增長電池的使用周期。例如對28組12Ah、336V的鎳氫組合電池進行電源輸出，經過測量和得出電壓差異值低于0.05V。此外，將該組合電池的電壓降低到電池荷電狀況的10%，將此范圍內的所有組合電池進行對比，就可以得出組合電池的均衡前后電壓差異指數為50mA，說明均衡效果顯著。再者，組合電池的均衡前電壓小于均衡后的電壓，并且動力電池的容量上升49Ahs，同比增加16%。得出如果上述組合電池不進行均衡處理，就會導致電池差異性越發嚴重，使得動力電池的輸出功率大大降低。
4結語
本文就當前電動汽車動力電池的均衡中存在的問題進行闡述，并使用上述均衡方式進行實驗，將12Ah、336V的鎳氫組合電池采用集中均衡與分散均衡的方法進行實驗，根據結果所得的電壓差異都小于0.05V，符合均衡檢測的標準。從另一方面說明采用均衡方式解決組合電池之間額不平衡差異是十分有效的。但是如果在進行解決的過程中，由于組合電池的數目較大，導致動力電池的內部差異過大，此時應當將組合電池的規格、體積、質量進行統一，加設檢測節點，及時尋找出其中存在問題的組合電池，能夠在一定程度彌補均衡方式的不足之處。
下載地址：電動汽車動力電池管理系統設計譚曉軍
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