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我们知道，电池管理系统和动力电池组一起组成电池包整体。与电池管理系统有通讯关系的两个部件，整车控制器和充电机。电池管理系统，向上，通过CAN总线与电动汽车整车控制器通讯，上报电池包状态参数，接收整车控制器指令，配合整车需要，确定功率输出；向下，监控整个电池包的运行状态，保护电池包不受过放、过热等非正常运行状态的侵害；充电过程中，与充电机交互，管理充电参数，监控充电过程正常完成。 随着锂电池技术的应用，动力电池系统能量密度更高，容量更大，运行时间更长，对BMS的功能也提出了新的要求。按照采集模块和主控模块在实体上的分配布置不同，从拓扑架构上看BMS根据不同项目需求分为了集中式（Centralized）和分布式（Distributed）两类。还有一种半分布式管理系统(BMU+少量大CSC方式)：简单一些来说，这就是两种模式的妥协。 集中式管理系统(大BMS方式)，形式上，整个管理系统安置在一个盒体里。这种管理架构，是将所有的采集单体电压&电压备份和温度的单元全部集中在一块BMS板上，由整车控制器直接控制继电器控制盒。大部分低压的HEV都是这样的结构。BMS系统全部电压，温度，电流采集信号线，直接连接到控制器上。采集模块和主控模块的信息交互在电路板上直接实现。集中式BMS具有成本低、结构紧凑、可靠性高的优点，一般常见于容量低、总压低、电池串数比较少，电池系统体积小的应用场景中，比如总体电压比较低的小型车上。 集中式架构的BMS硬件可分为高压区域和低压区域。高压区域负责进行单体电池电压的采集、系统总压的采集、绝缘电阻的监测。低压区域包括了供电电路、CPU电路、CAN通信电路、控制电路等。可取之处在于，省去了从板，进而省去了主板从板之间的通讯线束和接口，造价低，信号传递可靠性高。缺点也很明显，全部线束都直接走线到控制盒，无论控制器布置在什么位置，总有一部分线束会跑长线。信号受到干扰的几率增加，线束质量和制作水平以及固定方式也受到考验。 分布式管理系统(BMU+多个CSC方式)：这种是将电池模组(模组和CSC一配一的方式)的功能独立分离，整个系统形成了CSC(单体电池组管理单元)、BMU(电池管理控制器)、S-Box继电器控制器和整车控制器，三层两个网络的形式。形式上，就是一个主控盒和几个从控盒共同组成。主控盒只接入通讯线，主控负责采集的信号线，给从板提供的电源线等必须的线束。而从控盒，则布置在自己需要负责采集温度、电压的电池模组附件，把采集到的信号通过CAN线报告给主控模块。有的电池模组，直接把电压、温度采集线做在模组内部，用一个线对线连接器引出。电池包组装时，直接对插连接器即可。 分布式的BMS架构能较好的实现模块级（CSC Module）和系统级（Pack）的分级管理。由从控单元LECU（Local ElectronicControl Unit）负责对Module中的单体进行电压检测、温度检测、均衡管理以及相应的诊断工作；由高压管理单元（HVU）负责对Pack的电池总压、母线总压、绝缘电阻等状态进行监测（母线电流可由霍尔传感器或分流器进行采集）；且LECU和HVU将分析后的数据发送至主控单元BMU（Battery Management Unit），由BMU进行电池系统BSE(Battery State Estimate)评估、电系统状态检测、接触器管理、热管理、运行管理、充电管理、诊断管理、以及执行对内外通信网络的管理。 下图是一个分布式系统中的BMS从板。 分布式，优点是可以将模组装配过程简化，采样线束固定起来相对容易，线束距离均匀，不存在压降不一的问题；如后面分析的那样，当电池包大了以后，这种模式就很有优势了。缺点是成本较高，需要额外的MCU，独立的CAN总线支持将各个模块的信息整合发送给BMS，总线的电压信息对齐设计也相对复杂。这种方案系统成本最高，但是移植起来最方便，属于单价高开发成本低的典型，电池包可大可小。主要应用于高电压系统，电池串数多，或者商用车这种一辆车上布置几个电池箱的情况。这样的设计，确实带来了成本的小幅提高。但同时减少了线束应用，降低了现场接线工作量，也就降低了接线错误的几率。分布式，是适合于大批量，自动化生产的设计形式。 对于分布式BMS，由1个主控制器、1个高压控制器、若干个从控制器及相关采样控制线束组成，通过CAN总线实现各控制器间信息交互，如下图所新能源车辆高压电池组的电池管理系统采用的分布式结构，拓扑结构如下图所示： · BMU：BMS 总控制器，处理从控制器和高压控制器上报的信息，同时根据上报信息判断和控制动力电池运行状态，充放电控制，实现BMS相关控制策略，并作出相应故障诊断及处理。 · BCU：BMS 从控制器，实时采集并上报动力电池单体电压、温度信息采集，反馈每一串电芯的SOH和SOC，同时具备主动/被动均衡电路功能，有效保证了动力使用过程中电芯的一致性。 · IVU：电池组电流、总电压采集，也有称为高压控制器，实时采集并上报动力电池总电压、电流信息，通过其硬件电路实现按时积分，为主板计算荷电状态（Stateof Charge，SOC）、健康状态（State ofHealth，SOH）提供准确数据，同时可实现预充电检测和绝缘检测功能。 · 绝缘模块，采样控制线束为动力电池各种信息采集和控制器间信息交互提供硬件支持，同时在每一根电压采样线上增加冗余保险功能，有效避免因线束或管理系统导致的电池外短路，实现电池组绝缘电阻采集, 可以与 IVU集成。 下图是分布式和集中式架构基本对比。 半分布式管理系统是上述两种模式的妥协，主要用于模组排布比较奇特的包上。这是一种是将电池管理的子单元做的大一些，采集较多的单体通道，这样做的好处是整个系统的部件较少，但是需要注意的是这种方式优势不太明显，主要是部件不少而且功能集中度也高一些，是三种方案里面成本较高的方案。 对于具有几十个电池的电池系统，可能只有一个BMS控制器，或者甚至将BMS功能集成到车辆的主控制器中。对于具有数百个电池单元的电池系统，可能有一个主控制器和多个仅管理一个电池模块的从属控制器 对于48V系统， 则选用集中式电池管理系统。48V BMS 系统的拓扑结构如下图所示，BMS控制器负责电池单体电压、温度采集，电池组间的主、被动均衡，电池组参数计算以及充放电控制。 |
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