1 为什么需要BMS系统

1.1 介绍

1）BMS，battery management system,电池管理系统
2）BMS是一套嵌入式系统，由硬件和软件共同组成
3）BMS功能：管理多节锂电池组成的电池包，实现充放电管理、安全保护、信息监控等功能。

1.2 锂电池基础知识

1）锂电池就是锂离子电池，是铅酸电池后新一代电池主力军，还有钠离子电池等也再发展。

2）锂电池分三元锂和磷酸铁锂电池两类，特性和电参数上有差异，所以BMS也会有相应差异。

3）锂电池外形有多种，有薄片电池、18650电池、特殊的如BYD刀片电池。一般用18650.

4）各种电池特性

1.3 锂电池需要BMS解决什么问题

1）充放电保护。譬如：过充保护、过放保护、过温保护等。

2）充放电信息监控。如：剩余电量/续航计算。

3）电池本身状态监控。如：剩余电量SOC、电池健康度SOH。

4）充放电均衡。如：充电/放电时、主动/被动均衡。
如果电压超出允许的范围，锂离子电池单元就很容易损坏。如果电压超出了上、下限(以纳米磷酸盐型锂离子电池为例，下限电压为2V，上限电压为3.6V)，电池就可能出现不可逆转的损坏。
如果电压达到一个临界值，就必需立即停止放电或充电过程。在一个强大的平衡电路的帮助下，相关电池单元的电压可以返回安全范围内。但为达到这一目的，该电路必需能在电池组中任何一个单元的电压开始与其他单元出现差异时马上在各单元之间转移能量。

传统的被动方法
在一般的电池管理系统中，每个电池单元都通过一个开关连接到一个负载电阻。这种被动电路可以对个别被选中的单元放电。但该方法只适用于在充电模式下抑制最强电池单元的电压攀升。为限制功耗，此类电路一般只允许以100mA左右的小电流放电，从而导致充电平衡耗时可高达几小时。

主动平衡法
相关资料中有很多种主动平衡法，均需要一个用于转移能量的存储元件。如果用电容来做存储元件，将其与所有电池单元相连就需要庞大的开关阵列。更有效的方法是将能量存储在一个磁场中。该电路中的关键元件是一个变压器。电路原型是由英飞凌的开发小组与VOGT电子元件GmbH公司共同开发的。

5）与充电桩对接。如：充电协议、快充标准等。

2 BMS如何工作

2.1 锂电池特性

1、单节锂电池充放电曲线分析（可百度）
充放电测试时记录的主要数据就是电流和电压的时间演变，从经历不同循环次数的电池的这些充放电基础数据可以获取很多参数，后续所涉及分析基本上都是从充放电曲线提取数据进行再分析的过程。
充电时容量为正值，逐步增加；放电时容量为负值，逐步减小。

2、单节锂电池电特性参数值。

3、电池之间有个体差异：同一规格电池彼此静态参数有误差，动态参数也有误差。
4、电池的老化和老化速度不同步。
5、动力电池和非动力电池的区别。

1）应用行业不同

动力电池是用来为电动汽车提供驱动力的电池，包括传统的铅酸电池，镍氢电池以及目前新兴的锂离子动力电池。这几种电池又分为功率型动力电池（混合动力汽车）以及能量型动力电池（纯电动汽车）；而手机、笔记本电脑等消费电子产品使用的锂电池一般统称为锂电池，也就是普通电池，以区别电动汽车用的动力电池。

2）性质不同

动力电池是指为交通运输工具提供动力的电池，一般是相对于为便携式电子设备提供能量的小型电池而言；而普通电池是一种以锂金属或锂合金为负极材料，使用非水电解质溶液的一次电池，与可充电电池锂离子电池跟锂离子聚合物电池是不一样的。

3）放电功率不同

动力电池支持大电流放电，可能达到20倍容量的电流；普通锂电池只支持1倍容量的放电，就是说，一个普通2600mAh的普通电池，最大放电电流是2600mA。同时动力电池的工作电压比普通锂电池电压要低一些。普通锂电池充电电压最高是4.2V，动力锂电池最高充电电压是3.65V左右。普通锂电池标称电压是3.7V，动力锂电池标称电压是3.2V。

2.2 锂电池的应用场景和数量

1、1节。如电动玩具、小消费电子产品。
2、几节、几十节。如电动工具、滑板车、两轮电动车、
ups等。
3、几百几千几万节。如电动汽车、储能设备等。

2.3 BMS系统的架构设计

1、单节或少量几节电池时。一般不需BMS，只需要简单的充放电保护即可。如TP4056（TP4056是一款完整的单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器）
2、几节、几十节电池时。一般使用一体式BMS设计，所有功能单元再一块PCBA中实现。
3、几百几千上万节电池时。一般使用分布式BMS设计，由1个BMU和N个CMU/BCU组成。

分布式

在分布式系统中，我们的测量单元和其他的电子设备直接安装到和单体电池一体的电路板中，这样的好处是BMS与单体电池之间的连线基本上被消灭了。
它也会有一个控制器来负责运算，预测，决策等工作。模块之间基于总线进行通讯。在汽车上，我们一般用的就是CAN总线了。
我们的每个单元里边都包含了采集回路，带CAN总线的MCU，可以直接通过总线通讯来收发信息。

优势

1）拥有极高的扩展性，可以精细到单体电池的扩展。

2）连接可靠性高，基本上没有什么过长的线缆，电池和测量电路结合紧密，也减小了干扰和误差。安全性也很高。

3）易于维护，哪里坏了的话只需要更换一个很小的单元。

不足

1）成本很高，每个单体都增加了一套设备，整体算下来成本是很高的。

2）体积过大，每一个电池的每一个单体的旁边都有一套测量系统，会影响整个电池板的体积。

2.4 总结

1、BMS是一套软硬件，用来管理多节锂电池，是电动时代必不可少非常重要的一环。
2、BMS的开发需要对锂电池特性有一定了解。
3、BMS应用场景很广泛，彼此也有不少差异。电动汽车BMS的技术难度和技术含量是最高的。
4、在产品中BMS和锂电池在一起，一般内置产品中，而充电桩和产品是分离的。充电桩对接BMS给锂电池充电。

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