学科工具的使用方法（课堂BMS功能介绍）

来源：鲍教授说电池电池管理系统（BMS）通常被用于固定式或者移动式储能系统，BMS的功能包括：监测、控制和保护电池，我来为大家科普一下关于学科工具的使用方法?下面希望有你要的答案，我们一起来看看吧!

学科工具的使用方法

来源：鲍教授说电池

电池管理系统（BMS）通常被用于固定式或者移动式储能系统，BMS的功能包括：监测、控制和保护电池。

1、电池结构

电池可分为电芯、模组和电池包。

电芯通常有三种不同的外形：圆柱、软包和方形硬壳。由于电芯的可用电压窗口和能量容量有限（例如，圆柱形锂离子电池的3.7-4.2V和2000毫安），因此它们被通过将电芯置于串联或并行配置中来组合成更大的电池组。

锂离子电池通常先并联，从而形成一个“更大容量的电池”，然后将并联电芯串联起来，从而降低了电池包保护的复杂性。在电池工业中，首先指定串联的电池数量，然后是并联的电池数量。例如，在日产Leaf电动车中，将2个软包电池串联起来，然后并联起来，形成一个约7.5V和488Wh的“2S2P”电池模组，最后48个这种模组被组合成一个360V电池包。

2、BMS需求

在正常的操作条件下，锂离子电池中的化学能转化为电能，电池产热有限。当电芯超出其限制（称为安全操作区域（SOA））使用时，电能的转换会很快超出控制并产生大量的热。如果释放的热量超过电池外壳和冷却系统的散热能力，就会发生不可逆的热失控，可能导致火灾和爆炸。然而为了达到尽可能高的能量密度，电芯以几何形状紧密地堆叠在一起，加剧了这个问题。

因此，BMS最重要的任务是提供安全功能，使电池组中的电池在电压、温度和电流方面不超过规定的限值。

由于制造和老化的差异，电芯的容量或特性会有微小的差异。在电池包的使用寿命中，这些差异可能导致电芯之间的不均衡，其中一个电芯充满电，而另一个电芯没有。在充电或放电时，电池包总压通常保持在其限度内，然而当电芯电压没有被监测时，在达到电池包限值和停止充放电之前一些电芯可能已经超出了它们的限值。因此BMS应该能够监测电芯电压并采取适当的安全措施。相反，当电芯被监测时，整个电池包的性能由最弱的电芯决定。BMS可以提供电芯均衡功能，在一定程度上克服电芯之间的小差异。反过来，这将提高电池包的使用效率（如电动汽车的行驶里程）和寿命。因此BMS的第二个任务是延长或提高电池的寿命和效率。

3、BMS功能

具体的BMS功能可以分为五个方面：

①检测和控制：BMS必须测量电池电压、温度和电流。它还必须检测绝缘故障，控制接触器和热管理系统。

②保护：BMS必须包括电子和逻辑，以警告或保护电池供电系统和电池包的操作员，通过附加的冷却或加热系统防止过充、过放电、过电流、电池短路和极端温度。

③接口：BMS必须定期与使用电池包作为电源的应用通信，报告可用的能量和功率，以及电池包状态的其他指标。此外，它必须在永久内存中记录异常错误或滥用事件，以便技术人员通过偶尔的按需下载进行诊断。

④性能管理：BMS必须能够估计充电状态（SOC），最好是对电池包中的所有电芯进行估计，计算电池包的可用能量和功率限制，并均衡电池包中的电芯。

⑤诊断：最后BMS必须能够估计健康状态（SOH），包括检测滥用，并且可能需要估计电芯和电池包的剩余使用寿命。

4、BMS结构

电池的最终物理结构决定实现电池管理系统的架构选择，每一层将在BMS的功能中形成一个子集：

在最低层是电芯采集单元（CMU），每个CMU连接到一个单独的电芯，或多个并联连接的电芯，并测量电芯电压和温度，并提供均衡功能。

中间层是模组管理单元（MMU），分组为多个CMUs，并为最高层提供比CMU更高级别的功能。

最高层是电池包管理（PMU），功能为监控电池包并与应用之间进行通信，通常通过CAN总线通信。

这种分类可以分为三种架构拓扑：

①集中式：在集中式BMS中，所有三层都组合在一个实体中，BMS直接连接到所有的电芯。由于需要大量的连接，集中式BMS的可拓展性不是很好。此外由于电池包的总电压存在于输入端，这种情况下很难满足隔离要求。

②模块化：在模块化的BMS中，多个MMUs（具有自己的CMUs）与单个PMU通信。MMUs靠近电芯，降低了布线的复杂性。MMU通过一个隔离的接口与中央PMU通信，避免了集中式BMS的隔离问题。一种常见的变体是MMU/CMUs被缩减到最小的度量和均衡单元（从板），并与中心PMU（主板）通信。

③分布式：在完全分布式的体系结构中，多个PMU控制它们自己的电芯，它们可以相互通信，但彼此独立运行。在最极端的情况下，每个电芯都配备了一个微控制器来跟踪SOC，决定均衡、旁路电芯等动作，这种拓扑结构提供了最高的灵活性和可伸缩性，但具有很高的复杂性和成本。

大多数商业BMS采用模块化拓扑结构，因为它们在复杂性、成本和灵活性之间提供了最佳的折衷。

5、结论

在这篇文章中简要描述了一个典型的电池包结构和使用BMS的基本原理，并引入了BMS的体系结构概念。

来源：鲍教授说电池

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