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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
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