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动力电池结构和基础知识科普

基本概念

Bms是电池控制系统

Bmu是电池管理单元，

bms包括bmu和bcu

第一部分电池管理系统结构

电池管理系统有三种不同的构型，我们可以称为集中式管

理系统、半分布式管理系统和分布式管理系统。

1)集中式管理系统(大BMS方式)：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，PHEV和EV典型的应用如LEAF、

Cmax等。这样做的优点，是相对而言比较简单，成本较低，

由于采集备份在同一块板上，之间的通也简化了。缺点当然是

很明显的，单体采样的线束比较长，导致采样导线的设计较为

复杂，长线和短线在均衡的时候导致额外的电压压降;整个包

的线束排布也比较麻烦一些，整块BMS所能支持的最高的通

道也是有限的。这种方式成本低，但是适用性也比较差，性能

有些地方没法保证，只能适用于较小的电池包。

2)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(单体管理单元)、BMU(电池管理控制器，或电池

管理单元)、S-Box继电器控制器和整车控制器，三层两个网

络的形式。典型的应用如德系的I3、I8、E-Golf和日系的

IMIEV、Outlander和ModelS。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，如3所示，需要额外的

MCU，独立的CAN总线支持将各个模块的息整合发送给

BMS，总线的电压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。

3)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，主要用于模组排布比较奇特的

包上，典型的应用如SmartED和Volt。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。

图1三种电池管理系统架构

图2部分主流车辆的办理体系划分

图3分布式和集中式架构基本对比

可以说，假如将整车控制和电池办理体系的放在一起来看

的话，整个功能分派会更加完整一些。当功能进行划分终了之

后，我们可以进一步对各个部件进行硬件和软件的定义。总的

趋势变化：

a)BMS+BMU单元肯定会保留功能

·单体相关的功能(电压、温度测量和备份、均衡)

SOx·的算法和功率限制

·对VCU的通

·自身的诊断和少量的记录

·绝缘检测

b)可能转移至配电盒转移的功能

·高压测量

·继电器控制和诊断

·电流测量

c)可能转移至整车控制器的功能

·充电控制

·热办理控制

典型的功能分配可以如下图4所示。

图4三种模式的功能分派案例

第二部分集中式LEAF办理体系案例分析

日产的工程师采取了传统集中式的典型布置，这是技术演

进的结果(日产从上世纪90年代开始陆续测试试验车Prairie

EV、AltraEV和HyperMini)，更像是对原有的HEV电池包进

行优化。在整个模块里面，所有的模组都是由BMS直接采集

并采用传统的配电盒处理。

BMS功能：安装在24个模块的侧边，通过6个接插件来

连接电池模组内部，电池包配电盒还有车外的连接。

电池内配电盒：这个配电盒类似于混动配电盒，仅包含主

正、主负、预充继电器和预充电阻。

电流传感器：电流传感器是自力安装的。

图5LEAF内部模组连接示意图