电池管理系统组件的完整指南

介绍

2022-23 年联盟预算为客户、制造商和经销商带来了电动汽车市场的快速发展势头。电动汽车市场参与者意识到，采用电池即服务 (BaaS) 将大大降低购买电动汽车的资本成本至约 30-50%。

当然，随着越来越多的电动踏板车、汽车、公共汽车和货车上路行驶，换电政策将有助于电动汽车市场获得更大的份额。因此，电源设计人员将面临交付可适应各种电池和性能要求千差万别的车辆的系统的挑战。就像控制我们身体整体功能的人脑一样，电池管理系统 (BMS) 是 EV 电池组背后的大脑。

电池管理系统具有满足电池组安全和操作要求所需的电子组件和功能组合。BMS 负责管理电池的 SOC（充电状态），使其保持在预定义的范围内，并扫描其 SOH（健康状态）的变化。该功能策略涉及屏蔽高电流和大的温度变化。

让我们了解电池管理系统的关键组件，电池管理系统的不同部分，以及电池管理系统架构图。

电池管理系统的重要性

电池管理系统是在电池组中执行关键操作的总指挥，并提供以下功能：

• 电压、电流和温度控制和测量

• SOC和SOH评估

• 故障检测

• 被动电池平衡

• 数据存储

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借助Bacancy 的 BMS，您可以最大限度地提高锂离子电池的安全性、性能和寿命。

电动汽车电池管理系统组件分析

图：电池管理系统架构图

电池管理系统主要有6个组成部分。

1. 电池监控器
2. 截止 FET
3. 温度监控
4. 电池电压平衡
5. BMS 算法
6. 实时时钟 (RTC)

下面我们来看一下电池管理系统各个组成部分的意义和应用：

1.电池监控器

电池监控器主要监控电池系统的电压。它是一种高速系统，可为高压测量提供较低的总成本。

• 确定电池组电量的最简单方法是根据设定的电压水平监测单个电池的电压。

• 当第一节电池的电压达到电压限制时，充电自动跳闸。它表示已达到电池充电限制。

• 如果电池组的电量低于平均电池电量，则电量最少的电池将首先达到极限，其余电池将保持部分充电状态。

2. 截止 FET

FET 驱动器负责负载和电池组充电器之间的连接和隔离。行为预测是通过电压、电流测量和实时检测电路完成的。

• 它们可以连接到电池组的低侧或高侧。

• NMOS FET 激活是实现高侧连接所必需的，并且需要电荷泵驱动器。固体接地的参考是使用高侧驱动器为其余电路设置的。

• 由于不需要电荷泵，我们使用低侧 FET 驱动器来降低集成解决方案的成本。在这种情况下不需要高压设备。

• 电池组的接地连接使用低侧截止 FET 浮动。这会影响 IC 性能，使其对暗示的噪声测量更加敏感。

3、温度监测

随着产品要求的提高，电池在以固定电压输送电流方面一直处于持续激增状态。连续的操作过程可能会导致火灾或爆炸等灾难性事件。

• 我们可以使用温度测量来确定电池充电还是放电是可取的。

• 温度传感器监控紧凑型便携式应用的能量存储系统或电池组。

• 电路温度由内部 ADC 电压供电热敏电阻监控。采用内部电压基准有助于减少温度误差并改进整体测量系统。

4.电池电压平衡

确定电池组的健康状况至关重要。这就是为什么要进行电池电压监测以确保电池处于适当的运行状态以实现较长的电池寿命的原因。

• 锂离子电池的工作电压范围为 2.5V 至 4.2V。

• 在超出电压范围执行电池操作时，电池寿命会受到显着影响。这会缩短电池的使用寿命，甚至可能使其无法使用。

• 并联电池组会增加整体驱动电流，而串联会增加整体电压。

5. BMS 算法

根据收到的信息实时做出快速有效的决策。为此，需要一个用于电池管理系统的微控制器来收集、组织和评估来自传感电路的信息。

• Renesas 的 ISL94203 是采用电池管理系统算法的最著名示例。它是嵌入在具有可编程功能的单芯片中的独立数字解决方案。

• 可以使用这些独立解决方案清除电池管理系统时钟周期的内存空间和微控制器。

6.实时时钟

允许用户在任何警报事件发生之前了解电池组的行为，实时时钟充当时间戳和内存存储的黑匣子系统。

• BMS 电子设备无法通过电池身份验证与第三方电池组同步。

• 外围电源电路通过电压基准/稳压器围绕电池管理系统的组件使用。

电池管理系统如何工作？

电池管理系统跟踪电池组中每个电池的状态。确定 SOC（充电状态）和 SOH（健康状态）有助于估算在不损坏电池的情况下安全充电和放电操作所需的电流量。

电流限制起到切断作用，防止电池过度充电。这可以保护电池组的电池电压不受高或低波动的影响，从而延长电池寿命。

BMS 始终跟踪电池组的充电和放电活动并监控电池电压。此数据有助于确定电池是否耗尽，维持被动电池平衡。

CAN（控制器局域网）总线是内部通信的可靠单元，驱动着大多数消息传递协议。IEM（Intelligent Electric Meter）估算电池组状态参数，总电流，电池组电压。它将信息传输到 CMU（中央监控单元）或子控制器单元。

子控制器单元快速检测温度和电压信号并将数据发送到CAN总线。BCU（Battery Control Unit）从CAN总线获取信号，并通过传回电池组管理和建模所需的控制信号进行响应。

图：电池管理系统布局

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电池管理系统的类型：

根据电池组的拓扑结构，电池管理系统有 4 种类型。他们是：

集中式电池管理系统架构：

从下图中可以看出，所有的电池包都直接与中央BMS相连。

集中式BMS的优点
1.紧凑性
2.可行性

集中式 BMS 的缺点
电池数量越多，支持相同电池所需的端口数量就越多，导致布线、布线和连接器数量增多。它会在故障排除和维护时引起并发症。

模块化电池管理系统：

BMS 被分组为各种重复模块，就像集中式实施一样，其中每个模块都与单独的线束相关联，并连接到电池组的相邻指定部分。

模块化 BMS 的优点
1. 减少计算量
2. 增加添加更多功能的空间

模块化 BMS 的缺点
1. 总体成本较高
2. 根据应用重复未使用的功能

主电池管理系统：

这个概念几乎类似于模块化拓扑，但在这里，从站更局限于仅传输测量信息，而主站则负责计算、控制和外部通信。

一次电池管理系统的优点
1. 成本更低
2. 功能更简单

一次电池管理系统的缺点
1. 功能选项较少
2. 不适合缩放操作

分布式电池管理系统架构：

分布式电池管理系统的体系结构由模块组成，其中软件和硬件以通过布线连接的模块形式嵌入。所有电子硬件都与控制板上监控下的电池或模块同步。

分布式电池管理系统的优势
1. 减少电缆捆绑
2. 自主处理通信和处理

分布式电池管理系统的缺点
1. 维护成本高
2. 成本较高
3. 走线较深，故障排除困难

基于物联网的电池管理系统

云计算和物联网 (IoT) 的出现让电动汽车行业确信，测试和产品开发还有很长的路要走。通过基于物联网的电池管理系统，具有高数据存储能力、计算时间和工作量呈指数级减少。电池运行期间捕获的所有数据都可以进行分析并无缝传输到云平台。

通过先进的诊断算法，数据由电池组传感器测量，分析每个电池单元的状态。通过单一基地的大数据收集，用于机器学习的电池管理系统算法可以实现系统预测和优化，彻底改变我们对电池生命周期和性能的方法。

此外，通过用无线物联网通信代替有线通信，BMS 的可靠性得到提高。

以下是将物联网用于电池管理系统的 4 大优势

1、远程监控

通过先进的诊断算法持续监控和保持电池状态的准确性，并配备高计算能力。

2. 生命周期预测

基于全生命周期运行数据的机器学习准确预测耗尽趋势。

3、故障预测与检测

通过大数据分析及时发现不同层次的系统故障，提高系统的安全性和可靠性。

4. 评估与优化

通过评估不同运营案例的电池系统大数据，优化系统设计并采取运营策略。

智能 BMS 云分析工具

IONDASH（iondash.io 电池云平台）是 Bacancy 的云电池分析安全平台，有助于远程镜像电池状态。

此智能 BMS 提供：

• 型号：BMS-16S-xxA、BMS-22S-xxA）

• 16/22 电池连接的输入

• 4个温度传感器

• 额外的输入/输出 IO

它是一个物联网云电池管理系统，使用它可以检查和监控电池。内置保险丝电路保护的存在可保护电池组免受任何不需要的电压和电流尖峰的影响。

借助我们的智能 BMS，制造商可以开发高效的电池建模架构和组装，操作员还可以预测故障检测以防止停机。

结论

言鼎科技主做软件开发,微信小程序,网站开发,软件外包,手机APP开发。如有需要记得联系我们！