电动汽车BMS的主要功能及应用方案

【导读】电动汽车BMS是控制电池组正常工作的中央单元，它能确保锂离子电池安全、可靠和高效运行，通常通过监测和测量电池参数并评估SoC（充电状态）和SoH（健康状态）来管理电池组。BMS主要通过确保电池组在SoA（安全操作区）下安全地工作，从而保护电池组中的电池；在设计BMS时，必须考虑各种因素，主要包含参数估算、数据存储、控制功能和诊断功能四个关键因素，电池数量越多，BMS的设计难度越大。

即刻扫码！获取方案规格书和主控IC套片信息

BMS主要功能

1 电池监测

在充电或放电时，需要随时对电池进行监测，任何不符合规范的情况都必须在触发安全机制的同时进行识别和报告。在此阶段，需运行一些算法来计算SoC和SoH。在这里，监测SoC可确保电池不会过充或充电不足。有时SoC也被视为电动汽车的“燃料”指示器，它能显示电池中剩余的电量，并据此确定车辆的续航里程。SoH是电池整体健康状况的指标，可洞察电池的运行状况，根据这些信息，可以预测电池寿命并制定维护计划。

2 功率优化

电池监测的直接结果是对电池功率进行优化。当电池监测功能确定了SoC和SoH后，电动汽车BMS的工作就是将SoC和SoH参数保持在规定值内。当电池充电时，BMS确定单个电池中允许流过多少电流。在电动汽车运行期间，电池处于放电状态，BMS要确保电压水平不会过低。

3 电动汽车的安全性

未检测到的电池热失控可能会导致重大安全事故。BMS通过采集电压、温度和电流等数据以优化功率，类似的数据也常常用于保证车辆的安全性，以符合ISO26262等标准的要求。当然，车辆的安全性也涉及到另一个方面的要求，即车身/底盘与电池组必须绝缘，以避免对车辆乘员造成电击。

4 电池充电优化

电池的健康状况会随着时间的推移而不断变差。比如，电芯受热后有时会出现轻微损坏，并开始以低于其他电芯的电压充电。BMS要能够识别此故障并优化充电过程，以便所有电池都以较低的电压充电，以此减少整个电池组的压力，提高整体寿命。当然，BMS诊断也会将此问题存储为故障代码，以便在稍后阶段修复。此外，电池端子的氧化也可能导致电压降低，BMS需要适应这些变化并使电池达到最佳性能。

方案一：基于NXPS32K144的BMS一体机解决方案

一般BMS由一个主控单元和多个从控单元组成，从控单元直接连接电池包(BatteryPack)，采集电池的电压、电流和温度等，主控单元通过CAN汇流排或DaisyChain(菊轮链)通信等方式管理多个从控单元。基于NXPS32K144的BMS一体机解决方案支持菊轮链和CAN网路。具有极大的灵活性，可满足不同客户的需求。

使用NXPS32K144作为BMS的控制处理单元，一方面留有CANBUS可以与其他的BMU及其它ECU连接，接受车身诸多感测器的信号，另一方面使用SPI直接或透过NXPMC33664转为TransformerPhysicalLayer(TPL)与NXPMC33771AFEIC通信，获取AFE采集的资料。

核心技术优势

· 监测单节电池的电压、温度

· 监测整串的电压、电流、温度

· 单节电池之间具有被动均衡功能

· 电池包之间采用CAN汇流排或者菊轮炼连接

· 带有多种保护和诊断功能

· 支援SPI/TPL两种可选配的通信方式

方案规格

· 单颗MC33771可监测7到14串电池

· 内置被动均衡电流开关管，最大支援300mA被动均衡电流

· 内置库伦计，用于电流检测

· ASILC芯片功能安全等级

· 可支援63颗MC33771级联

· 检测精度2mV

· 支援43种内部自检测功能

· 65us内同步测量电压电流

方案二：极海一体式智能BMS电池管理系统应用方案

极海半导体智能电池管理系统应用方案，支持实时采集、处理、存储电池组运行过程中的重要信息，可配合外部设备如整车控制器交换信息，解决电池系统中安全性、可用性、易用性、使用寿命等关键问题，有效延长电池使用寿命，提高电池能源的利用率。

BMS系统框图

方案特点

· 采用 APM32F103RCT7系列车规级 MCU

· 支持6~18V超宽电源输入

· 支持42串电压采集（精度±5mV）

· 支持12路温度采集（温度±1℃）

· 支持多路CAN通讯，整车CAN支持特定帧唤醒

· 8路高边驱动，4路低边，均支持三态检测

· 支持分流器和霍尔传感器等高精度电流检测

· 系统支持OTA远程升级、带升级失败程序回滚等功能

APM32F103RCT7芯片框图

极海APM32F103RCT7产品特性

· 基于Arm® Cortex®-M3内核，工作主频96MHz

· 内置256KB FLASH，有效支持大量数据的OTA升级

· 工作温度覆盖-40℃~105℃，对复杂工作环境具有高适应性，保障系统稳定运行

· 12-bit 高精度ADC，可协助AFE做采集精度补偿，并可准确检测功率器件，防止过温故障

· 集成丰富的外设接口，可实时有效地与模拟前端、霍尔传感器等外设传感器进行通信

· 支持双CAN接口，符合2.0A/2.0B（主动）规范，通信速率高达1Mbit/s，支持USB和CAN独立工作，满足车身控制、仪表通信、整车充电控制、监控以及标定操作需求

· 芯片ESD等级高达5.5KV，抗干扰能力强，对电磁环境有更高容忍度

· 通过AEC-Q100车规认证、IEC61508 SIL3功能安全认证

扫码可申请免费样片及产品技术规格书

推荐阅读：

盘点国内外扫地机器人用主流MCU

储能变流器，重要的新兴电力电源转化设备趋势

超低功耗安全MCU在血糖仪上的应用方案及项目需求

高性价比工控主板方案与关键参数

微型逆变器的设计要点、控制策略与方案