动力电池管理系统的组织结构、基本职能及运行机制

有关介绍动力电池管理系统的文章比较多，技术性比较强，非专业工程技术人员基本看不懂。下面围绕“管理”二字，对动力电池管理系统的组织结构、基本职能及运行机制予以介绍，普及这个方面的科学知识。

1.动力电池管理系统的理解

(1)系统：把有一定功能的多个个体，按一定要求(规则)组织成一个新单体。比如，多个电池头尾对接(或者头接头、尾接尾)组织一个新单位。

(2)管理：针对特定对象，在一个区域内，按一个要求进行清理、按一定规则进行整理的活动。比如，工厂针对物料库的物品，按一定要求、规则进行清理、整理的活动。

(3)动力电池：为电动汽车提供电能的电化学存储装置。

(4)动力电池管理系统：对动力体系进行管理活动而彼此关联的活动。

2.动力电池管理系统的组织结构

(1)最小单元：是指一节、一节的电池单体。目前动力电池单体外形有3种，圆柱形、方型、扁形。

(2)基本单元：3个以上单节电池通过并联组成一排新的电池组;

(3)模组：3个以上基本单元串联起来的电池大组;

(4)电池包：将电池大组(模组)封装起来，且要求有防尘、防水功能，配有接口的箱子(一般是金属的)。

(5)动力电池管理系统功能盒：具有电流、电压、温度自动测量及通信模块的集成电路功能盒子。

通俗的理解，一台已经下线的电动汽车动力电池硬件结构和布置已经固化下来了，换一句话，动力电池管理系统不再对电池硬件结构和布置进行管理。

3.动力电池管理系统的基本管理职能

前面已经介绍了电动汽车动力电池硬件结构和布置、产品设计工作，但是其管理职能是什么?

(1)动力电池组(系统)为什么要管理呢?动力电池组(系统)的基本功能有两个：一是充电、二是放电。

(a)充电管理：什么时间能充电、什么时间不能充电、充满没有?不能过充等。

(b)放电管理：什么时间放电、什么时间不能放电、电放完了没有?不能过放电等;

(c)动力电池组(系统)的工作环境温度要监视，过热、冒烟要监视，如果发生安全隐患要报警，如果发生安全事故，要启动预备设施进行处理。

管理职能有三个层面：

(i)对动力电池组(系统)工作状态，要进行测量有关变化的量;

(ii)对有关变化量的变化动态值，要进行分析判断，过了正常值，要报警;

(III)对动力电池组(系统)发生了故障，要启动有关措施，比如降级运行。

4.动力电池管理系统的机制

(1)对机制的理解

(a)指机器的构造和动作原理;

(b)有机体的构造、功能和相互关系;

(c)一个工作系统的组织或部分之间相互作用的过程和方式。

(2)动力电池管理系统的机制介绍

①动力电池组(系统)的3个基本状态量：电压、电流、温度

(a)电压：有电的地方就有电场。电场中不同位置的电场力是不同的。电压是衡量电场力做功的能力。电压是推动电子流动的原动力;

(b)电流在电压的推动下，电子从电源的负极流向正极。电流是指1s内通过导体横截面的电荷的多少;

(c)温度：表示物体冷热程度的物理量。

(注意：电池的电压、电流和温度，是电池管理系统顶层计算、控制逻辑的基础)

②衡量动力电池组(系统)综合状态量：SOC和SOH

(a)剩余电量(SOC)：全称是State of Charge，荷电状态。代表的是电池用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0~1，当SOC=0时表示电池放电完全，当SOC=1时表示电池完全充满。

(b)动力电池健康度(SOH):即蓄电池满充容量相对额定容量的百分比，新出厂电池为100%，完全报废为0%。

(3)动力电池管理系统的机制设计难点

(a)电压、电流、温度如何测量?

电压、电流、温度有相应的传感器产品，不同厂家的传感器质量不同，精度不同，测量误差处理方法不同，不同厂家有自己特有的技术和工艺。基本原则是，必须选用车规的产品。

(b)剩余电量和动力电池健康度估算?

剩余电量和动力电池健康度估算的理论模式，不同厂家也是不同的，估算误差处理也不同。不同厂家在产品上有自己特有的技术和工艺。基本原则是，要有自己的特点和核心竞争力。

5.特斯拉动力电池管理系统功能盒

①BMS采用主从架构，主控制器(BMU)负责高压、绝缘检测、高压互锁、接触器控制、对外部通信等功能;

②控制器(BMB)负责单体电压、温度检测，并上报BMU;

③BMU具备主副双MCU设计，副MCU可检测主MCU工作状态，一旦发现其失效可获取控制权限 。

注：本文作者雷洪钧博士为扬子江汽车公司高级工程师，中科智能网联汽车科学院院长，中国新能源企业家俱乐部专家委员会主任