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    鋰電池管理系統(BMS)功能淺析

    2023.3.31

    首先糾正關于BMS的定義,在國標QC/T897-2011中是如下描述的:

    1680234332364869.jpg

    標準中定義BMS包括控制器與采集器,是個電子部件;其中控制器叫做BCU,采集器叫做BE,后者名字雖然比較挫,但血脈正統。

    然而現實中的叫法就各顯神通了,控制器的叫法有BCU、BMU、BMC、BECU等,采集器的叫法有BMU、BIC、CMU、CMC等;叫法不重要,統一語言就好。

    接著還是不能避免看看BMS的在電池包中位置,如下簡圖:

    1680234332264785.jpg

    BMS一般置于電池包的內部,也有將控制器拿出來放到外面的;說起來這個,現在流行方案打包組合,三合一、四合一啥的,將OBCDCDCMCUVCU什么的各種組合,還有提出將BMS里面的控制器拿出來和VCU等等組合到一起。

    就單單拿控制器來說,基本功能需求與實現方案與以前相比倒沒有大的變化,但增多了一項功能安全的需求。功能安全是一個系統工程,最后落到控制器硬件上面,就要求我們選型復雜芯片時(例如單片機、電源芯片等),選擇帶有功能安全認證的芯片。而且方案設計一開始就要把功能安全理念融入進去,這個對硬件工程師提出了更高的要求,需要從系統的角度來考慮,要進一步掌握整車的運行場景,對硬件工程師來講是一件好事。功能安全主要解決安全的問題,但與產品的可靠性不是一回事,不見得就會提升產品的可靠性,甚至有可能降低產品的可靠性;而且成本的折中也是一個難題。

    采集器一定是放在電池包內部的,但都是內部,有的集成在Module內部,有的放在Module上,還有通過長長的線束與電池連接的集中式方案。

    1680234332211916.jpg

    采集器的技術方案最早是用分立元件搭接采樣電路(雖然目前還少量存在),后來就逐漸被目前的集成AFE所替代;拓撲方式倒是多種共存,分布式、集中式(最近看到很多集中式的需求),或者二者結合;通信拓撲也有CAN、菊花鏈方案等。

    采集器里面的關鍵芯片AFE,基本被國外大廠所壟斷,國內起步較晚;尤其是美國半導體廠家:美信、ADI、TI,其他國家還有松下、ST、NXP等等,這個里面可以說的東西蠻多的,后面慢慢寫。

    BMS設計一直被別人詬病,因為它不像功率電路那樣用幾個關鍵指標就能來證明其競爭力;對于BMS,別人會說采樣是用AFE實現的,是半導體廠商做的好,和硬件設計者關系不大;SOX計算的精度又太難被證明,就造成了一個尷尬的局面:硬件難以證明優秀,軟件很難證明優秀,讓人覺得沒啥技術含量。

    這是因為BMS入門的門檻較低,像樂器中的吉他,學過一節課就能53231323地彈著,貌似很厲害,其實起步還算不上;很多人用了一小時功夫就能把BMS的實現方案了解得差不多,其實還差很遠。還有可能是BMS基本屬于數字電路范疇,缺少了功率電路神秘性。

    不去講BMS涉及的知識范圍,單說BMS處理信號的數量就足夠多,而且處理對象還是最復雜的電芯,還要適配不同種類的電芯。BMS處理的信號也足夠豐富:電芯、碰撞、CAN、充電、水泵、高壓、絕緣等等,每一種后面都會牽扯出一系列的知識點。


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