一、 BMS是什么？

BMS是Battery Management System首字母縮寫，電池管理系統(tǒng)。它是配合監(jiān)控儲(chǔ)能電池狀態(tài)的裝置，主要就是為了智能化管理及維護(hù)各個(gè)電池單元，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長(zhǎng)電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。一般BMS表現(xiàn)為一塊電路板，或者一個(gè)硬件盒子。

BMS是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)之一，負(fù)責(zé)監(jiān)控電池儲(chǔ)能單元內(nèi)各電池運(yùn)行狀態(tài)，保障儲(chǔ)能單元安全可靠運(yùn)行。BMS能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控、采集儲(chǔ)能電池的狀態(tài)參數(shù)（包括但不限于單體電池電壓、電池極柱溫度、電池回路電流、電池組端電壓、電池系統(tǒng)絕緣電阻等），并對(duì)相關(guān)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行必要的分析計(jì)算，得到更多的系統(tǒng)狀態(tài)評(píng)估參數(shù)，并根據(jù)特定保護(hù)控制策略實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能電池本體的有效管控，保證整個(gè)電池儲(chǔ)能單元的安全可靠運(yùn)行。同時(shí)BMS可以通過自身的通信接口、模擬/數(shù)字、輸入/輸出接口與外部其他設(shè)備（PCS、EMS、消防系統(tǒng)等）進(jìn)行信息交互，形成整個(gè)儲(chǔ)能供電系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制，確保供電系統(tǒng)安全、可靠、高效并網(wǎng)運(yùn)行。

二、 BMS架構(gòu)

從拓?fù)浼軜?gòu)上看，BMS根據(jù)不同項(xiàng)目需求分為了集中式（Centralized）和分布式（Distributed）兩類。

集中式BMS

簡(jiǎn)單來說，集中式BMS將所有電芯統(tǒng)一用一個(gè)BMS硬件采集，適用于電芯少的場(chǎng)景。

集中式BMS具有成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，一般常見于容量低、總壓低、電池系統(tǒng)體積小的場(chǎng)景中，如電動(dòng)工具、機(jī)器人（搬運(yùn)機(jī)器人、助力機(jī)器人）、IOT智能家居（掃地機(jī)器人、電動(dòng)吸塵器）、電動(dòng)叉車、電動(dòng)低速車（電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托、電動(dòng)觀光車、電動(dòng)巡邏車、電動(dòng)高爾夫球車等）、輕混合動(dòng)力汽車。

集中式架構(gòu)的BMS硬件可分為高壓區(qū)域和低壓區(qū)域。高壓區(qū)域負(fù)責(zé)進(jìn)行單體電池電壓的采集、系統(tǒng)總壓的采集、絕緣電阻的監(jiān)測(cè)。低壓區(qū)域包括了供電電路、CPU電路、CAN通信電路、控制電路等。隨著乘用車動(dòng)力電池系統(tǒng)不斷向高容量、高總壓、大體積的方面發(fā)展，在插電式混動(dòng)、純電動(dòng)車型上主要還是采用分布式架構(gòu)的BMS。

分布式BMS

目前行業(yè)內(nèi)分布式BMS的各種術(shù)語五花八門，不同的公司，不同的叫法。動(dòng)力電池BMS大多是主從兩層架構(gòu)：

儲(chǔ)能BMS則因?yàn)殡姵亟M規(guī)模龐大，大多都是三層架構(gòu)，在從控、主控之上，還有一層總控。

就像電池構(gòu)成電池簇、電池簇構(gòu)成電堆；三層BMS中也遵循這樣層層向上的規(guī)律：

·從控：電池單體管理單元：BMU（battery module unit，大多都叫BMU，也有的叫CSC/CSU），采集單體電池信息。

o監(jiān)測(cè)電池單體電壓、溫度

o包內(nèi)電池均衡

o信息上送

o熱管理

o異常報(bào)警

·主控：電池簇管理單元：BCU（battery cluster unit，也有高壓管理單元HVU、BCMU等等），負(fù)責(zé)收集BMU信息，并采集電池簇信息。

o電池簇電流采集，總電壓采集，漏電檢測(cè)

o電池狀態(tài)異常時(shí)斷電保護(hù)

o在BMS的管理下可單獨(dú)完成容量標(biāo)定和SOC標(biāo)定，作為后續(xù)充放電管理的依據(jù)

·總控：電池陣列管理單元：BAU（battery array unit，也有叫BAMS、MBMS等等），對(duì)整個(gè)儲(chǔ)能電池堆的電池進(jìn)行集中管理。向下連接各個(gè)電池簇管理單元，向上與其他設(shè)備信息交互，反饋電池陣列的運(yùn)行狀態(tài)信息。

o電池陣列的充放電管理

oBMS系統(tǒng)自檢與故障診斷報(bào)警

o電池組故障診斷報(bào)警

o電池陣列內(nèi)各種異常及故障情況的安全保護(hù)

o與PCS、EMS等其他設(shè)備通信

o數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸與處理

單體電池管理層：負(fù)責(zé)采集電池的各種單體信息（電壓、溫度），計(jì)算分析電池的SOC和SOH，實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電池的主動(dòng)均衡，并將單體異常信息上傳給電池組單元層BCMU。通過CAN對(duì)外通信，通過菊花鏈相互連接。

電池組管理層:負(fù)責(zé)收集BMU上傳的各種單體電池信息，采集電池組的各種信息（組電壓、組溫度）、電池組充電放電電流等，計(jì)算分析電池組的SOC和SOH，并將所有信息上傳給電池簇單元層BAMS。通過CAN對(duì)外通信，通過菊花鏈相互連接。

電池簇管理層：負(fù)責(zé)收集BCMU上傳的各種電池信息，并將所有信息以RJ45接口上傳給儲(chǔ)能監(jiān)控EMS系統(tǒng)；與PCS通信，將電池的相關(guān)異常信息發(fā)送給PCS（CAN或RS485接口），且配有硬件干節(jié)點(diǎn)對(duì)PCS。此外進(jìn)行電池系統(tǒng)BSE(Battery State Estimate)評(píng)估、電系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)、接觸器管理、熱管理、運(yùn)行管理、充電管理、診斷管理、以及執(zhí)行對(duì)內(nèi)外通信網(wǎng)絡(luò)的管理。通過CAN與下級(jí)進(jìn)行通信。

三、 BMS是做什么的？

BMS的功能有很多，最核心的、我們最關(guān)注的，無非就是三個(gè)方面：

一個(gè)是感知（狀態(tài)管理），感知電池的狀態(tài)，這就是BMS的基本功能。不管測(cè)電壓、測(cè)電阻、測(cè)溫度，最后就是一個(gè)感知電池狀態(tài)，我們想知道電池狀態(tài)什么樣，現(xiàn)在多少能量，多少容量，健康狀態(tài)怎么樣，還有多少功率，安全狀態(tài)怎么樣，這就是感知。

第二個(gè)就是管理（均衡管理），有人說BMS是電池的保姆，那這種保姆就要去管理，管理什么，就要把這個(gè)電池盡可能用好它，最基本就是均衡管理、熱管理、狀態(tài)管理。

第三個(gè)是保護(hù)（安全管理），保姆還要做一個(gè)工作，如果電池出了一些狀態(tài)，它要去進(jìn)行保護(hù)并向上報(bào)警。

當(dāng)然還有通信管理，通過一定的規(guī)約在系統(tǒng)內(nèi)，或系統(tǒng)外傳遞數(shù)據(jù)。BMS還有很多其他功能，例如運(yùn)行控制、絕緣監(jiān)測(cè)等等。這里不展開介紹，更多具體功能參考下圖。

01

感知——測(cè)量與估算

BMS的基本功能就是對(duì)電池參數(shù)的測(cè)量和估算，包括電壓、電流、溫度等基本參數(shù)、狀態(tài)，以及SOC、SOH等電池狀態(tài)數(shù)據(jù)的計(jì)算。動(dòng)力電池領(lǐng)域還涉及SOP（state of power）、SOE（state of energy）的計(jì)算，這里不展開講，著重講前兩個(gè)應(yīng)用更廣泛的數(shù)據(jù)。

電芯測(cè)量

1)基本信息測(cè)量：電池管理系統(tǒng)有著最基本功能就是測(cè)量電池單體的電壓，電流和溫度，這是所有電池管理系統(tǒng)頂層計(jì)算、控制邏輯的基礎(chǔ) 。

2)絕緣電阻檢測(cè)：電池管理系統(tǒng)內(nèi)需要對(duì)整個(gè)電池系統(tǒng)和高壓系統(tǒng)進(jìn)行絕緣檢測(cè)。

3)高壓互鎖檢測(cè)(HVIL)：用來確認(rèn)整個(gè)高壓系統(tǒng)的完整性的，當(dāng)高壓系統(tǒng)回路完整性受到破壞的時(shí)候啟動(dòng)安全措施。

SOC計(jì)算

SOC，指State of Charge，電池剩余容量。簡(jiǎn)單來說，就是電池還剩下多少電。

SOC是BMS中最重要的參數(shù)，因?yàn)槠渌磺卸际且許OC為基礎(chǔ)的，所以它的精度和魯棒性（Robust）極其重要。如果沒有精確的SOC，再多的保護(hù)功能也無法使BMS正常工作，因?yàn)殡姵貢?huì)經(jīng)常處于被保護(hù)狀態(tài)，更無法延長(zhǎng)電池的壽命。

目前主流的SOC估算方法有開路電壓法、電流積分法、卡爾曼濾波法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。比較常用的是前兩種。后兩種涉及積分模型、人工智能等較高深的專業(yè)知識(shí)，這里不詳細(xì)介紹。

實(shí)際應(yīng)用中常常是多種算法混合使用，根據(jù)電池充放電狀態(tài)的不同采用不同算法。

開路電壓法

開路電壓法其原理是利用電池在長(zhǎng)時(shí)間靜置的條件下，開路電壓與SOC存在相對(duì)固定的函數(shù)關(guān)系，從而根據(jù)開路電壓來估算SOC。

以前常用的鉛蓄電池電動(dòng)自行車就是使用這種方法估算SOC。開路電壓法簡(jiǎn)單便捷，但也存在很多缺點(diǎn)：

1）電池須經(jīng)過長(zhǎng)期靜置，否則開路電壓短時(shí)間內(nèi)很難穩(wěn)定；

2）電池存在電壓平臺(tái)，特別是磷酸鐵鋰電池，在SOC30%-80%期間，端電壓和SOC曲線近似為直線；

3）電池處于不同溫度或不同壽命時(shí)期，盡管開路電壓一樣，但實(shí)際上的SOC差別可能較大；如下圖，我們?cè)谑褂眠@種電動(dòng)自行車，假如當(dāng)前SOC顯示100%，在加速啟動(dòng)下電壓下降，電量可能顯示80%，停止加速時(shí)電壓回升，電量又會(huì)跳回100%。所以我們的小電車電量顯示不準(zhǔn)，停下來有電開起來就沒電了，可能不是電池的問題，而是BMS的SoC算法太簡(jiǎn)單的原因。

安時(shí)積分法

安時(shí)積分法，直接通過SOC的定義來實(shí)時(shí)計(jì)算SOC值。在已知SOC初始值的前提下，只要可以測(cè)量出電池的電流，通過電流積分，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出電池電量的變化情況，進(jìn)而得到剩余電量SOC。

該方法在短時(shí)間內(nèi)的估計(jì)結(jié)果比較可靠，但由于電流傳感器的測(cè)量誤差以及電池容量的逐漸衰退，長(zhǎng)時(shí)間的電流積分會(huì)引入一定的偏差。所以其一般與開路電壓法估計(jì)初始值配合，用于精度要求不高的SOC估計(jì)，也可以與卡爾曼濾波法配合，用于短時(shí)的SOC預(yù)測(cè)。

SOC(State Of Charge)屬于BMS核心控制算法，表征當(dāng)前的剩余容量狀態(tài)，主要通過安時(shí)積分法和EKF(擴(kuò)展卡爾曼濾波)算法，并結(jié)合修正策略(如開路電壓修正，充滿修正，充電末端修正，不同溫度及SOH下的容量修正等)。安時(shí)積分法在保證電流采集精度條件下比較可靠，但魯棒性不強(qiáng)，由于存在誤差累計(jì)必須結(jié)合修正策略，而EKF魯棒性較強(qiáng)，但算法比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)難度大。國(guó)內(nèi)主流廠家一般常溫可以做到精度6%以內(nèi)，在高低溫和電池衰減時(shí)的估算是難點(diǎn)。由于電流波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致SOC估算偏差較大，計(jì)算出的SOC可能不夠可靠，估算時(shí)還需要結(jié)合各種各樣的修正策略。

SOH計(jì)算

SOH，指State of Health，電池健康狀態(tài)（或電池劣化程度）。主要表征當(dāng)前電池的健康狀態(tài)，為0-100%之間數(shù)值，一般認(rèn)為低于80%以后電池便不可再用?？梢杂秒姵厝萘炕騼?nèi)阻變化來表示，用容量時(shí)即通過電池運(yùn)行過程數(shù)據(jù)估算出當(dāng)前電池的實(shí)際容量，與額定容量的比值即為SOH。準(zhǔn)確的SOH會(huì)提高電池衰減時(shí)其他模塊的估算精度。對(duì)SOH的定義，在業(yè)界有兩種不同的定義方式：

基于容量衰減的SOH定義（Capacity Fade）

鋰離子電池在使用過程中，電池內(nèi)部活性物質(zhì)逐漸減少，內(nèi)阻增加，容量衰減，因此可以通過電池容量來估計(jì)SOH。電池的健康狀態(tài)表述為電池當(dāng)前容量與初始容量的比值，其SOH定義為：

SOH=(C_standard-C_fade)/C_standard ×100%

式中：C_fade為電池已損失容量；C_standard為標(biāo)稱容量。

IEEE標(biāo)準(zhǔn)1188-1996中規(guī)定，動(dòng)力電池容量能力下降到80%時(shí)，就應(yīng)該更換電池。因此通常我們認(rèn)為電池SOH低于80%后便不可用。

基于功率衰減的SOH定義（Power Fade）

幾乎所有類型的電池的老化都會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)阻的增加，電池的內(nèi)阻越高，其可用的功率就越小。因此，可以用功率的衰減來估計(jì)SOH。

02

管理——均衡技術(shù)

每個(gè)電池都有自己的“個(gè)性”要說均衡，得先從電池談起。即使是同一廠家同一批次生產(chǎn)的電池，也都有自己的生命周期、自己的“個(gè)性”——每個(gè)電池的容量不可能完全一致。這種不一致性有兩類原因：一類是電芯生產(chǎn)的不一致性；一類是電化學(xué)反應(yīng)的不一致性。

生產(chǎn)不一致性

生產(chǎn)不一致性很好理解，比如在生產(chǎn)過程中，隔膜不一致，陰極，陽極材料的不一致，造成整體電池容量的不一致，標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)50AH的電池，可能一個(gè)變成了49AH，一個(gè)變成了51AH。

電化學(xué)不一致性

電化學(xué)的不一致性就是在電池充放電的過程中，即使兩個(gè)電芯的生產(chǎn)加工一模一樣，但是熱環(huán)境在電化學(xué)反應(yīng)的過程中是永遠(yuǎn)不可能一致的，比如做電池模組的時(shí)候，周圍一圈溫度肯定比中間要低。這就造成充電量、放電量的長(zhǎng)久不一致，這也就造成電芯容量不一致；以及電芯SEI膜在長(zhǎng)時(shí)間充放電電流不一致的時(shí)候，SEI膜衰老也就不一致。

所以電池組非一致性（或者離散性）是電池運(yùn)行的一種必然表現(xiàn)。

為什么需要均衡？各個(gè)電池不一樣就不一樣，為什么非要想辦法讓他們一樣呢？因?yàn)椴灰恢滦詴?huì)影響電池組的性能。

串聯(lián)成組的電池組遵循木桶短板效應(yīng)：在串聯(lián)成組的電池組系統(tǒng)中，整個(gè)電池組系統(tǒng)的容量由容量最小的單體決定。

假如我們有一個(gè)3節(jié)電池構(gòu)成的電池組：

我們知道過充過放對(duì)電池的傷害很大。所以當(dāng)充電時(shí)電池B已經(jīng)充滿，或者放電時(shí)電池B的SoC已經(jīng)很低，就需要停止充放電，保護(hù)電池B，電池A和電池C的電量就無法被充分利用。這就導(dǎo)致：

1）電池組實(shí)際可用容量降低：電池A和C本來可以使用的容量，現(xiàn)在為了照顧B而無處發(fā)力，就像二人三足把高個(gè)和矮個(gè)綁在一起，高個(gè)的步子就無法邁得很大。

2）電池組壽命降低：步幅小了，需要走的步數(shù)就多了，腿就更累；容量降低了，需要充放電的循環(huán)次數(shù)就增加了，電池的衰減也更大。比如單個(gè)電芯在100%DoD的情況下能達(dá)到4000次循環(huán)，但實(shí)際使用中無法達(dá)到100%，循環(huán)次數(shù)一定達(dá)不到4000次。

電池的不一致性導(dǎo)致了電池組的性能降低，電池模組的規(guī)模較大時(shí)，多串電池串聯(lián)，較大的單體電壓差將造成整個(gè)箱體的容量下降，串聯(lián)電池越多，其損失的容量越多。而我們?cè)趹?yīng)用中，尤其是儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用中，有兩個(gè)重要的要求：

第一個(gè)長(zhǎng)壽命，長(zhǎng)壽命的電池可以大大降低運(yùn)維成本，儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電池組壽命提出了很高的要求，國(guó)內(nèi)大部分在提15年的壽命，如果一年算300次循環(huán)，15年就是4500次，這個(gè)要求還是非常高的。我們需要每一個(gè)電池盡可能發(fā)揮應(yīng)有的壽命，使得整個(gè)電池組總的壽命盡可能達(dá)到設(shè)計(jì)的壽命，減少電池離散對(duì)電池組壽命的影響。

第二個(gè)深循環(huán)，尤其是在削峰填谷應(yīng)用場(chǎng)景，多放出一度電多一分收益，也就是說我們會(huì)做80%DoD或90%DoD，儲(chǔ)能系統(tǒng)當(dāng)中用到這個(gè)深度的時(shí)候，尾部放電時(shí)候電池的離散性就會(huì)表現(xiàn)出來，所以為了保證電池組在深充深放條件下每個(gè)單體容量的充分釋放，必須要求儲(chǔ)能BMS具有很強(qiáng)的均衡管理能力，抑制電池單體間不一致性的出現(xiàn)。

這兩個(gè)要求，正好與電池不一致性相悖，我們要達(dá)到更高效的電池組應(yīng)用，就勢(shì)必需要更有效的均衡技術(shù)，來削弱電池不一致性的影響。

均衡技術(shù)

電池均衡技術(shù)，就是想辦法讓容量不一樣的電池變得一樣。常見的均衡方式有兩種：能量耗散型單向均衡（被動(dòng)均衡）和能量轉(zhuǎn)移型雙向均衡（主動(dòng)均衡）。

（1）被動(dòng)均衡

被動(dòng)均衡原理是在每串電池上并聯(lián)一個(gè)可以開關(guān)的放電電阻，BMS控制放電電阻對(duì)電壓較高的單體放電，電能以熱的形式耗散掉。例如當(dāng)電池B快充滿時(shí)，打開開關(guān)讓電池B上的電阻放電，讓B多余的電能以熱能形式耗散，再繼續(xù)充電，直到A和C也充滿。

這種方式只能對(duì)電壓高的單體放電，不能對(duì)容量低的單體進(jìn)行補(bǔ)充電，受放電電阻功率限制，均衡電流一般較?。ㄐ∮?A）。

被動(dòng)均衡的優(yōu)點(diǎn)是成本低和電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單；而缺點(diǎn)為是以最低電池殘余量為基準(zhǔn)進(jìn)行均衡，無法增加殘量少的電池的容量，及均衡電量100％以熱量形式被浪費(fèi)。

（2）主動(dòng)均衡

多串的電池之間通過算法借助儲(chǔ)能元器件將電壓高的電芯的能量轉(zhuǎn)移給低電壓電芯，對(duì)電壓較高的電池放電，放出的能量用來對(duì)電壓較低的單體進(jìn)行充電，能量主要是轉(zhuǎn)移而不是耗散。

這樣，在充電時(shí)，讓電壓最先達(dá)到100%的電池B自放電給A和C，三個(gè)電池再一起充滿；放電時(shí)也是一樣，當(dāng)電池B剩余電量過低時(shí)，讓A和C給B“充電”，讓電芯B不會(huì)那么快觸及停止放電的SOC閾值。

主動(dòng)均衡技術(shù)主要特點(diǎn)

（1）均衡削高補(bǔ)低，提高電池組的使用效率：在充放電及靜止過程中，均可以對(duì)電壓高的電池放電，對(duì)電壓低的電池充電；

（2）低損耗能量轉(zhuǎn)移：能量主要是轉(zhuǎn)移，而非單純的損耗，提高了電能的利用效率；

（3）均衡電流較大：一般均衡電流在1～10A，均衡更快；

主動(dòng)均衡需要配置相應(yīng)電路和儲(chǔ)能器件，體積大，成本上升，這兩個(gè)條件一起決定了主動(dòng)均衡不容易推廣應(yīng)用。

另外，主動(dòng)均衡的充放過程，無形中增加了電池的循環(huán)次數(shù)，對(duì)于本身需要充放電才能實(shí)現(xiàn)均衡的電芯，額外的工作量可能造成其超越一般電芯的老化，進(jìn)而造成與其他電芯更大的性能差距。

也有人認(rèn)為，上面的兩個(gè)表述應(yīng)該對(duì)應(yīng)于耗散型均衡和非耗散型均衡。而主動(dòng)還是被動(dòng)，應(yīng)該取決于觸發(fā)均衡過程的事件，系統(tǒng)到達(dá)那個(gè)狀態(tài)不得不進(jìn)行的就是被動(dòng)。如果是人為設(shè)定，在可以不均衡的時(shí)候設(shè)置了均衡程序，才稱為主動(dòng)均衡。

例如，放電放到最后，電壓最低的電芯已經(jīng)到達(dá)了放電截止電壓，而其他電芯還存有電量。這時(shí)候，系統(tǒng)為了把盡量多的電都放掉，于是把高能量電芯的電部分的轉(zhuǎn)移給低能量的電芯，使得放電過程又進(jìn)行下去，直到把全部電量放干凈，這是被動(dòng)均衡過程。如果在放電至電量還有40%的時(shí)候，系統(tǒng)預(yù)計(jì)到，在放電截止的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)不均衡，于是起動(dòng)均衡過程，這才是主動(dòng)均衡。

主動(dòng)均衡分為集中式和分散式。集中式的均衡方法就是從整組的電池獲取能量，然后通過電能轉(zhuǎn)化裝置向能量少的電池補(bǔ)充能量，分散式的均衡是在相鄰的電池之間存在一個(gè)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，這個(gè)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)可以是電感，也可以是電容，這樣就可以讓能量在相鄰的電池之間流動(dòng)。

當(dāng)前的均衡控制策略中，有以單體電壓為控制目標(biāo)參數(shù)的，也有人提出應(yīng)該用SOC作為均衡控制目標(biāo)參數(shù)。以單體電壓為例：

·首先設(shè)定一對(duì)啟動(dòng)和結(jié)束均衡的閾值：例如一組電池中，單體電壓極值與這組電壓平均值的差值達(dá)到50mV時(shí)啟動(dòng)均衡，5mV結(jié)束均衡。

·BMS按照固定的采樣周期采集單體電壓，計(jì)算平均值，再計(jì)算每個(gè)單體電壓與均值的差值；

·如果最大的一個(gè)差值達(dá)到了50mV，BMS就需要啟動(dòng)均衡程序；

·在均衡過程中持續(xù)步驟2，直到差值都小于5mV，結(jié)束均衡。

需要注意的是，不一定所有BMS都是這個(gè)步驟，后續(xù)策略根據(jù)均衡方式的不同可能有所不同。均衡技術(shù)與電池種類也有一定的關(guān)系，一般認(rèn)為磷酸鐵鋰更加適合主動(dòng)均衡，三元鋰電池適合被動(dòng)均衡。

BMS進(jìn)行白熱化競(jìng)爭(zhēng)的階段，大部分都是靠成本與可靠性來支撐，目前主動(dòng)均衡的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證尚未實(shí)現(xiàn)，功能安全的等級(jí)想要往ASIL-C, ASIL-D走，付出的代價(jià)相當(dāng)之大，所以目前的大公司對(duì)于主動(dòng)均衡研究，都處于慎重態(tài)度，甚至有一些大廠，要取消均衡模塊，所有的均衡在外部進(jìn)行，就類似與燃油車的保養(yǎng)，每開多少公里，去4S進(jìn)行一次外部的均衡，這樣整車BMS成本降低，而且對(duì)應(yīng)的4S店也有收益，屬于多方共贏，所以個(gè)人理解，這個(gè)可能會(huì)成為一個(gè)趨勢(shì)！

03

保護(hù)——故障診斷和報(bào)警

BMS監(jiān)控與電氣系統(tǒng)硬件匹配，針對(duì)電池的不同表現(xiàn)情況，區(qū)分為不同的故障等級(jí)（輕微故障、嚴(yán)重故障、致命故障），并且在不同故障等級(jí)情況下采取不同的處理措施：警告，限功率或直接切斷高壓。故障包括數(shù)據(jù)采集及合理性故障、電氣故障(傳感器和執(zhí)行器)、通訊故障及電池狀態(tài)故障等。

一個(gè)常見的例子是電池過熱時(shí)，BMS根據(jù)采集上來的電池溫度，判斷出電池過熱，隨后控制此電池的電路斷開，進(jìn)行過熱保護(hù)，并向EMS等管理系統(tǒng)發(fā)出告警。

04

通信

BMS的正常工作離不開BMS的通信功能，無論是進(jìn)行電池管理時(shí)控制電池，還是向外傳輸電池狀況、接受控制指令，都需要穩(wěn)定的通信。

在動(dòng)力電池系統(tǒng)中，BMS一端與電池相連，另一端又與整車的控制及電子系統(tǒng)相連接，大環(huán)境都采用CAN協(xié)議，只是按照電池包內(nèi)部組件之間使用內(nèi)部CAN，電池包與整車之間使用整車CAN做區(qū)分。

相比之下，儲(chǔ)能BMS與內(nèi)部的通訊基本都采用CAN協(xié)議，但其與外部通訊（外部主要指儲(chǔ)能電站調(diào)度系統(tǒng)PCS）往往采用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議格式TCP/IP協(xié)議和modbus協(xié)議。

四、 儲(chǔ)能BMS

儲(chǔ)能BMS廠商一般從動(dòng)力電池BMS發(fā)展而來，因此，很多設(shè)計(jì)和名詞有歷史沿革。比如動(dòng)力電池里一般分為 BMU（Battery Monitor Unit） 和BCU（Battery Control Unit）前者采集，后者控制。因?yàn)殡娦臼且粋€(gè)電化學(xué)的過程，多個(gè)電芯組成一個(gè)電池，由于每個(gè)電芯特性，無論制造多精密，隨使用時(shí)間，環(huán)境，各個(gè)電芯都會(huì)存在誤差與不一致的地方，故電池管理系統(tǒng)，就是通過有限的參數(shù)，去評(píng)估當(dāng)前電池的狀態(tài)，有點(diǎn)像中醫(yī)看病，通過表征，看你得了啥病，不是西醫(yī)，需要一些理化分析，人體的理化分析就像電池的電化學(xué)特性，可以通過大型試驗(yàn)儀器去測(cè)量，但是嵌入式系統(tǒng)很難去評(píng)估電化學(xué)的一些指標(biāo)，故BMS就是一個(gè)老中醫(yī)。

01

儲(chǔ)能BMS三層架構(gòu)

儲(chǔ)能系統(tǒng)由于電池單體眾多，為了節(jié)約成本，一般BMS分層實(shí)現(xiàn)，有2層和3層之分。目前主流是三層：總控/主控/從控。第一節(jié)已有較詳細(xì)的論述。可參考第一節(jié)拓?fù)鋱D和下面詳細(xì)說明再熟悉一下。

02

儲(chǔ)能BMS詳細(xì)說明

五、 現(xiàn)狀與未來趨勢(shì)

入局BMS制造的廠商有幾類：

第一類是動(dòng)力電池BMS中最具主導(dǎo)能力的終端用戶——車廠，事實(shí)上國(guó)外BMS制造實(shí)力最強(qiáng)的也就是車廠，如通用、特斯拉等；國(guó)內(nèi)有比亞迪、華霆?jiǎng)恿Φ取?/p>

第二類是電池廠，包含電芯廠商與做pack的廠商，如三星、寧德時(shí)代、欣旺達(dá)、德賽電池、拓邦股份、北京普萊德等。

第三類專業(yè)的BMS制造商，此類廠商多有多年的電力電子技術(shù)積累，有高校背景或相關(guān)企業(yè)背景的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，如億能電子、杭州高特電子、協(xié)能科技、科工電子等企業(yè)。

與動(dòng)力電池的BMS 主要由終端車廠主導(dǎo)不同，目前看來儲(chǔ)能電池的終端用戶沒有加入 BMS 研發(fā)與制造的需求與具體行動(dòng)，也不大可能花費(fèi)大量資金與精力開發(fā)大型電池管理系統(tǒng)，所以可以認(rèn)為儲(chǔ)能電池 BMS 行業(yè)缺乏一個(gè)占據(jù)了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的重要參與者，給電池廠以及專注做儲(chǔ)能 BMS 的廠商留下了巨大的發(fā)展空間與想象空間。如果儲(chǔ)能的市場(chǎng)一旦確立，將給予電池廠與專業(yè) BMS 生產(chǎn)廠商以非常大的發(fā)揮空間與較少的競(jìng)爭(zhēng)阻力，同時(shí)也給做BMS方案和半導(dǎo)體器件廠家?guī)磔^大的增長(zhǎng)空間。

當(dāng)前專注于儲(chǔ)能BMS開發(fā)的專業(yè)BMS廠商并不算多，主要原因是儲(chǔ)能市場(chǎng)還不太成熟，市場(chǎng)對(duì)于儲(chǔ)能未來的發(fā)展還存在一定的疑慮，因此對(duì)于儲(chǔ)能相關(guān)BMS的開發(fā)也是處于技術(shù)初期。在實(shí)際的商業(yè)環(huán)境中，也有廠家購買電動(dòng)汽車電池BMS用作儲(chǔ)能電池的BMS用，相信在未來專業(yè)電動(dòng)汽車的 BMS 生產(chǎn)廠商也極有可能成為大規(guī)模儲(chǔ)能項(xiàng)目使用的BMS供應(yīng)商的重要組成部分。

現(xiàn)階段，各個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)供應(yīng)商提供的BMS缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。不同廠家對(duì)BMS的設(shè)計(jì)、定義都不同，而且根據(jù)各家適配電池的不同，采用的SOX算法、均衡技術(shù)、上傳的通信數(shù)據(jù)內(nèi)容可能也各不相同。在BMS的實(shí)際應(yīng)用中，這樣的差異會(huì)增加應(yīng)用成本，不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此，以后BMS的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化也將是一個(gè)重要的發(fā)展方向。

作為BMS市場(chǎng)的參與者， 深圳安森德半導(dǎo)體有限公司（簡(jiǎn)稱安森德ASDsemi） 經(jīng)過多年耕耘，已有若干規(guī)格的功率器件和電源管理IC，可提供和服務(wù)于BMS方案商、板卡廠、筆電、電池化成、戶外和家用儲(chǔ)能設(shè)備商等。主要規(guī)格如下表：

安森德產(chǎn)品部分應(yīng)用圖：

審核編輯 黃宇