在今年年初的時候，借著給同事科普BMS的機(jī)會，整理了一下關(guān)于BMS的相關(guān)知識，本來打算將相關(guān)內(nèi)容更加細(xì)化。但最近由于其他項目的事情，很長一段時間沒有悉心研究BMS了。

這次打算把BMS的知識系統(tǒng)性的整理一下，算是干回老本行。今天這里的第一篇，非常簡單的介紹一下BMS的控制對象。

新能源汽車整個電池包得以順利的運行得益于BMS的正常有序工作和控制。對于目前大多數(shù)拓?fù)?，BMS一般由以下兩部分組成，BMS主板（包含高壓采樣和絕緣檢測）、CMC。針對不同的應(yīng)用場景，電池管理系統(tǒng)應(yīng)該具有不同的功能，但是許多基本功能是不同場景所共有的。下圖就是汽車動力電池管理系統(tǒng)所應(yīng)具備的基本功能框圖：

圖1 電池管理系統(tǒng)的功能框圖 ?

BMS的控制對象??

新能源車的動力電池電壓大，容量大，并且充放電時的功率也非常大，不同于傳統(tǒng)車的鉛酸蓄電池。因此新能源汽車的動力電池一般都是鋰電池等新材料的電池，并且為了提高電壓和容量，目前一般的新能源汽車都由100節(jié)左右的單體電池串聯(lián)起來，每個電池的電壓典型值為3.6V。鑒于以上特性，動力電池的電壓通常都在300V以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了安全電壓的范圍。 因此對于動力電池在工作中的安全考慮應(yīng)該是新能源汽車的重中之重，當(dāng)然在動力電池不工作的時候或者維修的時候，也要考慮到維修人員的安全，需要有一定的方式能夠斷開電池與外圍附件的聯(lián)系，因此根據(jù)這些需求設(shè)計了如圖2的高壓電池系統(tǒng)拓?fù)洹?/p>

圖2 高壓電池的簡單拓?fù)?/p>

從電池包在新能源汽車中的主要作用，以及從安全方面的考慮，設(shè)計了繼電器的序列，分別用于控制電池與整車負(fù)載和充電接口之間的連接。還設(shè)計了維修開關(guān)，用于在車輛維護(hù)過程中斷開電池的高壓連接，而高壓互鎖回路則用來保障所有的高壓節(jié)點不外露。從結(jié)構(gòu)上也可以看出，電池管理系統(tǒng)的大部分控制對象都是為了電池的安全來服務(wù)。針對電池的控制對象，需要針對這些高壓繼電器設(shè)計相應(yīng)的驅(qū)動電路，需要根據(jù)維修開關(guān)設(shè)計相對應(yīng)的高壓互鎖回路，需要根據(jù)電池包的功能來實現(xiàn)電池管理系統(tǒng)對能量流的控制。從上述的內(nèi)容我們再來簡單的講講BMS的控制對象們。

電池模組

將單個電池按照一定的串并聯(lián)數(shù)量進(jìn)行打包，典型的有4串、6串、10串、12串等組合方式，模組和模組再按照串聯(lián)的方式級聯(lián)起來。現(xiàn)在市場上大量采用三元鋰電池，容量和體積更大，并聯(lián)的數(shù)量基本都是1，模組的串?dāng)?shù)目前也有4串的方案，更好的方便電池包內(nèi)模組的布置和容量搭配。

高壓維修開關(guān)（MSD）

如圖2是一個典型的電池系統(tǒng)框圖，包括兩部分電池模組，中間使用連接器或者繼電器將兩個模組連接起來，在電池維修或者組裝調(diào)試的時候?qū)⑵鋽嚅_，能夠保障操作人員的安全。并且維修開關(guān)本身也是一個保險絲，當(dāng)外界出現(xiàn)嚴(yán)重短路的時候，會燒掉MSD來保障電池模組的安全，防止電池出現(xiàn)起火、爆炸等嚴(yán)重危害成員的危險。

高壓配電盒

在電池包里面，一般將繼電器、保險絲、預(yù)充電電阻、電流傳感器等封裝到一個盒子里面，這里統(tǒng)稱為高壓配電盒。

a、主正繼電器

從名稱上可以看出，主正繼電器就是安放在電池模組的正極上的，該繼電器斷開后就斷開了電池的對外輸出，因此該繼電器的規(guī)格是能通過非常大電流的，一般在300A以上。

b、主負(fù)繼電器

安裝在電池的負(fù)極，在車輛不使用的情況下和主正繼電器一起都斷開，保證高壓電池和外部完全絕緣，以達(dá)到安全的目的。

c、預(yù)充電電阻和預(yù)充電繼電器

由于電池外圍的負(fù)載有很多容性負(fù)載，例如電機(jī)控制器等，在電池上電的時候，如果閉合負(fù)極繼電器之后直接閉合主正繼電器，那么由于容性負(fù)載的效果，瞬間電流會非常的大，導(dǎo)致繼電器的粘連，使繼電器失效。所以需要在增加預(yù)充電電阻，在上電流程中，首先閉合預(yù)充電繼電器，由于有預(yù)充電電阻的存在，電流會比較小的給外圍的容性負(fù)載充電。當(dāng)主正繼電器的兩邊電勢達(dá)到同樣的時候再閉合主正繼電器，能夠保護(hù)主正繼電器不粘連。

d、快充繼電器

當(dāng)BMS收到快速充電信號的時候，閉合快充繼電器進(jìn)行快速充電。

e、慢充繼電器

當(dāng)BMS收到慢充信號的時候，閉合慢充繼電器進(jìn)行常規(guī)速度充電。?

高壓互鎖回路（HVIL）

動力電池所連接的外圍設(shè)備負(fù)載都是高壓設(shè)備，在上電的時候，任何一個部件沒有正確連接而上電的話，那么未連接的那個節(jié)點必然會直接暴露在高壓環(huán)境中，如果乘員觸碰到，后果會非常嚴(yán)重。所以引入高壓互鎖回路（HVIL），在上電之前對高壓互鎖回路進(jìn)行校驗，來判斷所有節(jié)點、所有接插件都已經(jīng)連接上并且接插件連接良好。帶有高壓互鎖回路的用電器或者接插件與傳統(tǒng)接插件構(gòu)造都不太相同。

其中一種高壓互鎖回路工作的原理就是從整車控制器接過來的12V電平，通過線束連接依次穿過每一個高壓節(jié)點，然后回到整車控制器進(jìn)行檢測，當(dāng)整車控制器能夠檢測到傳遞回來的12V電平的時候，認(rèn)為高壓互鎖回路是通的，高壓部件都連接正常，這個時候才可以進(jìn)行上電流程。下文中的兩個圖是一個比較典型的高壓互鎖回路示意圖，通常的電機(jī)控制器，高壓繼電器，高壓加熱等模塊都必須具備高壓互鎖回路接口，來確保高壓網(wǎng)絡(luò)的安全。（下圖來源自小鵬汽車）

圖3 監(jiān)測HVIL完整性的節(jié)點位于VCU

HVIL的存在，使得高壓總線在上電之前，就知道整個系統(tǒng)的完整性，也就是在主正、負(fù)繼電器閉合之前就防患于未然。但這種結(jié)構(gòu)的HVIL回路也有一些天然的弊端，這種結(jié)構(gòu)的HVIL回路中的節(jié)點數(shù)量過多，并且只有主控制器一個檢測節(jié)點，這就導(dǎo)致了一旦HVIL回路出現(xiàn)問題，會極大地增加排查的難度，有時候其實整個高壓環(huán)境是安全的，這時候HVIL反而變成了一種累贅。

目前針對這種問題，各種零部件廠商也提供了很多解決方案，比較切實有效的一種就是在回路中的節(jié)點加入一些檢測點。這樣當(dāng)HVIL回路出現(xiàn)問題的時候，能夠通過不同節(jié)點上報的數(shù)據(jù)去判斷問題具體出現(xiàn)在哪一段回路中。

針對以上控制對象，接下來的一兩個月里，我會逐步溫習(xí)老知識，并且跟大家一起學(xué)習(xí)新的知識。

編輯：黃飛

?