电池管理系统及关键技术介绍
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电池管理系统及关键技术介绍
目 录
◆ BMS主要功能 ◆ 研发产品 ◆ 研发流程 ◆ 应用系统介绍 ◆ 关键技术介绍
使用电池管理系统原因
各应用环境都由成百上千节单体电池串并联构成。由于电池 在生产和使用过程中，会造成电池的自放电率、内阻、电压、容 量等参数的不一致。 串联电池组中的电池性能差异会导致过充、过放，从而使电 池组的离散性明显增加，加速电池组最大可用容量的衰减，缩短 电池组的使用寿命。 因此，对于电池组而言，电池管理系统非常重要。
优点：方法简单，只要采集到电流和时间，就可以通过积分计算得出SOC，电
路和软件实现简单。 缺点：用安时法得到的SOC估计，由于电池存在内阻和自放电，在实际充放电
过程中会有损耗，而充放电效率在不同工况、不同电池都存在差异，所以，随着时
间的推移SOC计算的积累误差会越来越大。
测量内阻法
该方法用不同频率的交流电激励电池，并测量电池内部的交流电阻，
电池管理系统专业名词
额定容量
单位： Ah ，指在环境温度为 25 ℃ ± 2 ℃ 条 件下，以电池组 5h率放电至终止电压时所 应提供的电量，用 表示C5.
SOC
蓄电池的荷电状态，表征蓄电池的剩余容 量百分比。
均衡方式
为了改善电池组一致性所采取的维护方式 ，一般分为被动均衡与主动均衡。
电池一致性
用于表征电池组中各单体电池的差异程度 ，可以体现为电压差异、容量差异等。
代循环方式来实现最小方差估计。
优点：卡尔曼滤波法计算量较小，易于实现，对于特定环境下有效果明显。 缺点：对初始状态和当前系统输入比较敏感，仅对持续一致的干扰有作用。
均衡维护
电池组中的单体电池，由于制造和使用条件的不同，特性是存在差异的，如
自放电率和内阻。而这些差异，如果在充、放电过程中没有得到应有的控制 ，将进一步加大，日积月累，可能会明显地减低整个电池组的表现，导致部
分电池发生过充、过放电现象，造成电池容量和寿命的急剧下降。
B1 B2 B3 B4 SDR Self discharge rate
i1 R1
B1
i2
B2
R2
均衡方式介绍
1
被动均衡 主动均衡
2
被动均衡
一般被动均衡，每个电池单元都通过一个开关连接到一个负 载电阻。该方法只适用于在充电模式下抑制最强电池单元的 电压攀升。优点是电路结构简单，成本较低。但是其缺点也 很明显，它只能做充电均衡。由于均衡时产生热量，难以做 大均衡电流，一般仅为30-100mA，所以均衡效果很难显现。
池静置，使电池端电压恢复至电路电 压，即要消除极化电压的影响，静置 时间一般需要2小时以上，所以该方 法不适合纯电动汽车的实时在线监测 。
安时积分法
安时积分法，电池的剩余电量=(总电量)-(已放出的电量)。
SOC当前 SOC前一次 -
Idt 可用总容量
在电量监测中，将进出电池这个封闭系统的电量进行累加，通过累积电池在充电 或放电过程中的电量来估测电池的SOC。
高压控制盒
从控
均衡 供电 均衡
供电 通讯 电压/温度 热管理 均衡 供电
从控
均衡
供电 通讯 电压/温度 热管理 均衡 供电
从控
均衡
供电 通讯 电压/温度 热管理
K3
K2
K1
24节LFP
24节LFP
12节LFP
储能系统电池 组管理系统
电力系统电池组管理系统
蓄电池组 正极
...
…
共120节
IBU
负极
主控模块：EVBCM-8001
采集模块：EVDBM-0812 EVDBM-1212 均衡模块：EVRPM-0821 高压控制模块：EVHCM-8108 电流采集模块：EVCSM-5110 EVCSM-5120
16S一体机模块：EViBMM-1612
24S一体机模块：EViBMM-2412 32S一体机模块：EViBMM-3212 48S一体机模块：EViBMM-4812 一体式电池管理系统（铅酸） 10S一体机模块：EViBMM-1022
其他电池 金属燃料电池 镍氢电池
三元电池
4.6 4.4 4.2 4 3.8 充电 放电
电压(V)
3.6 3.4 3.2 3 2.8 2.6 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1/3C恒流恒压充电至 4.2V， 0.03C切断 1/3C恒流放电至 2.8V
容量 (Ah)
磷酸铁锂电池
3.9 充电 放电 3.6
然后，通过建立的计算模型得到SOC估计值。 优点：该方法得到的电池荷电状态反映了电池在某特定恒流放电条件
下的SOC值。
缺点：这种方法实现比较困难，因为电池的工作条件对电池的内阻影 响很大，内阻的计算需要考虑电动势的大小、端电压、放电电流值，用
传统的数学方法很难建模。
卡尔曼滤波法
滤波是指从被噪声污染的观测信号中过滤噪声，尽可能地消除和减小噪声影 响，求未知真实信号或系统状态的最优估计。作为动态系统状态估计的常用方 法，卡尔曼滤波能将前次时刻的状态估计值与当前系统输入值相结合，使用迭
电流传感器
智能单电池采集模块
IBU IBU IBU
S-BUS
电池组管 理模块
BMU RS485
监控主机
电池基础介绍——电池分类
铅酸电池 普通铅酸电池 铅炭电池 锂离子电池 磷酸铁锂电池 钛酸锂电池 液流电池 全钒液流电池 锌溴液流电池 多硫化钠/溴液流电池 三元电池
燃料电池 碱性燃料电池 磷酸燃料电池 固体氧化物燃料电池
16S铅酸模块：EVBMM-1622
高压负载仪 FZY-G FZY-220
研发流程介绍-研发项目
项目开发 任务书
项目输入：开发需求建议书
NG
设计开发 输入评审 OK 设计开发 过程
导入技术中心研发 开发设计：软/硬件概要设计 软/硬件详细设计
设计开发 评审
OK
NG
功能样机阶段 商业样机阶段 小批量试产
NG
设计开发
品控测试 验证
OK
项目交付
电动汽车电池组管理系统
整车 控制器
CAN3 CAN2
K4
K1 K2 K3 K4 K5
显控模块
RS485
通讯2 DO 电流
通讯3 数据存储
通讯4
点火信号
DI 供电 DO CAN1
电压转换
电机驱动器
充电机
BEPM
EVBCM-8133
通讯1
启动电池 供电
电压 绝缘电阻
可充放电量
系统在当前时刻下，电池组以标准的充放 电方式进行充放电，能充进去的电量及放 出来的电量。
SOH
单体电池以标准的充放电模式进行全充全 放，完全放出的容量与额定容量的百分比 为该单体电池的健康状态。
研发产品主要功能介绍
数据存储 充电管理 SOC/H计算 故障检测
被/主动均衡
低功耗
Bootloader
主动均衡
1.专利技术，能量双向转移。即 放高充低，均衡效率很高，是单 向均衡的2倍； 2.采用高频双向开关电源，频率 高达250KHz，转换效率高（ ~80%），能量损耗小； 3.利用电源线做母线，内部转换 ，省却外部供电，可实现整个电 池组内的能量转移。
Thanks！
Hale Waihona Puke Baidu
主动均衡
主动均衡的工作原理是通过合理转移电池单元的电能，理 论上只是转移电能，不产生或产生很少热量。一是直流母 线转移法，通过隔离型DC/ DC 模块，电池与电池组直流 母线之间的电能交换实现均衡，其主要缺点是电池电压与 电池组电压相差过大，使得两者之间的电能转移电路的设 计难度大。二是通过电池单元间的电能平衡电路逐级转移 。逐级转移法虽然相邻电池单元之间的电能转移不受总电 压的影响，但是电池组串联级数多时，电能转换次数多， 能量损失大，均衡效率低。
3.3
电压(V)
3
2.7
1/3C恒流恒压充电至 3.65V,电流降至 0.08C停止 1/3C恒流放电至 2.5V
2.4 0
10
20
30
40
50
60
容量 (Ah)
钛酸锂电池
3 2.8 2.6 2.4 充电 放电
电压(V)
2.2 2 1.8 1.6 1.4 0
10
20
容量 (Ah)
30
40
50
60
容量诊断
设计开发 更改
设计开发 验证
OK
NG
设计开发 确认
OK
NG
产品发布：移交生产
设计开发 输出
研发流程介绍-应用项目
项目需求 导入 项目需求 评审 OK 项目导入 NG
项目需求：输入项目需求 导入工程项目部技术对接
NG
项目需求对接
开发设计：输入项目详细需求
项目详细 评审
OK
NG
软/硬件设计开发
品控测试验证 产品交付：交付客户
故障保护
数字信号 （输出/输入）
电压、温度采集
CAN/485通信
电流采集
掉电存储
高压采集
绝缘检测
研发主要产品介绍
主从式电池管理系统 分布式电池管理系统 一体式电池管理系统（锂电） 定制电池管理系统
主控：EVBCM-8133
被动均衡从控：EVBMM-4812 EVBMM-3212 EVBMM-2412 EVBMM-1612 EVBMM-1212 主动均衡从控：EVBMM-2422 EVBMM-1222 储能电池管理系统 主控：BCMU-9131 从控模块：ESBMM-2453 家庭储能：ESBMM-1613R 智能单电池管理模块 IBU-02/12 IBU/W-02/12 蓄电池组监护模块 BMM 4.2/3.3
1 2 3 4 5
开路电压测量法 安时积分法
测量内阻法 卡尔曼滤波法
电池的数学模型及智能算法
开路电压测量法
利用电池的开路电压与电池SOC
的对应关系，通过测量电池的开路电 压来估算SOC。对于锂离子电池其开
路电压与它的SOC有一定的正比关系
，可以用这种方法较为直接的得到电 池的SOC；
由于开路电压法的基本原理是将电
目 录
◆ BMS主要功能 ◆ 研发产品 ◆ 研发流程 ◆ 应用系统介绍 ◆ 关键技术介绍
使用电池管理系统原因
各应用环境都由成百上千节单体电池串并联构成。由于电池 在生产和使用过程中，会造成电池的自放电率、内阻、电压、容 量等参数的不一致。 串联电池组中的电池性能差异会导致过充、过放，从而使电 池组的离散性明显增加，加速电池组最大可用容量的衰减，缩短 电池组的使用寿命。 因此，对于电池组而言，电池管理系统非常重要。
优点：方法简单，只要采集到电流和时间，就可以通过积分计算得出SOC，电
路和软件实现简单。 缺点：用安时法得到的SOC估计，由于电池存在内阻和自放电，在实际充放电
过程中会有损耗，而充放电效率在不同工况、不同电池都存在差异，所以，随着时
间的推移SOC计算的积累误差会越来越大。
测量内阻法
该方法用不同频率的交流电激励电池，并测量电池内部的交流电阻，
电池管理系统专业名词
额定容量
单位： Ah ，指在环境温度为 25 ℃ ± 2 ℃ 条 件下，以电池组 5h率放电至终止电压时所 应提供的电量，用 表示C5.
SOC
蓄电池的荷电状态，表征蓄电池的剩余容 量百分比。
均衡方式
为了改善电池组一致性所采取的维护方式 ，一般分为被动均衡与主动均衡。
电池一致性
用于表征电池组中各单体电池的差异程度 ，可以体现为电压差异、容量差异等。
代循环方式来实现最小方差估计。
优点：卡尔曼滤波法计算量较小，易于实现，对于特定环境下有效果明显。 缺点：对初始状态和当前系统输入比较敏感，仅对持续一致的干扰有作用。
均衡维护
电池组中的单体电池，由于制造和使用条件的不同，特性是存在差异的，如
自放电率和内阻。而这些差异，如果在充、放电过程中没有得到应有的控制 ，将进一步加大，日积月累，可能会明显地减低整个电池组的表现，导致部
分电池发生过充、过放电现象，造成电池容量和寿命的急剧下降。
B1 B2 B3 B4 SDR Self discharge rate
i1 R1
B1
i2
B2
R2
均衡方式介绍
1
被动均衡 主动均衡
2
被动均衡
一般被动均衡，每个电池单元都通过一个开关连接到一个负 载电阻。该方法只适用于在充电模式下抑制最强电池单元的 电压攀升。优点是电路结构简单，成本较低。但是其缺点也 很明显，它只能做充电均衡。由于均衡时产生热量，难以做 大均衡电流，一般仅为30-100mA，所以均衡效果很难显现。
池静置，使电池端电压恢复至电路电 压，即要消除极化电压的影响，静置 时间一般需要2小时以上，所以该方 法不适合纯电动汽车的实时在线监测 。
安时积分法
安时积分法，电池的剩余电量=(总电量)-(已放出的电量)。
SOC当前 SOC前一次 -
Idt 可用总容量
在电量监测中，将进出电池这个封闭系统的电量进行累加，通过累积电池在充电 或放电过程中的电量来估测电池的SOC。
高压控制盒
从控
均衡 供电 均衡
供电 通讯 电压/温度 热管理 均衡 供电
从控
均衡
供电 通讯 电压/温度 热管理 均衡 供电
从控
均衡
供电 通讯 电压/温度 热管理
K3
K2
K1
24节LFP
24节LFP
12节LFP
储能系统电池 组管理系统
电力系统电池组管理系统
蓄电池组 正极
...
…
共120节
IBU
负极
主控模块：EVBCM-8001
采集模块：EVDBM-0812 EVDBM-1212 均衡模块：EVRPM-0821 高压控制模块：EVHCM-8108 电流采集模块：EVCSM-5110 EVCSM-5120
16S一体机模块：EViBMM-1612
24S一体机模块：EViBMM-2412 32S一体机模块：EViBMM-3212 48S一体机模块：EViBMM-4812 一体式电池管理系统（铅酸） 10S一体机模块：EViBMM-1022
其他电池 金属燃料电池 镍氢电池
三元电池
4.6 4.4 4.2 4 3.8 充电 放电
电压(V)
3.6 3.4 3.2 3 2.8 2.6 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1/3C恒流恒压充电至 4.2V， 0.03C切断 1/3C恒流放电至 2.8V
容量 (Ah)
磷酸铁锂电池
3.9 充电 放电 3.6
然后，通过建立的计算模型得到SOC估计值。 优点：该方法得到的电池荷电状态反映了电池在某特定恒流放电条件
下的SOC值。
缺点：这种方法实现比较困难，因为电池的工作条件对电池的内阻影 响很大，内阻的计算需要考虑电动势的大小、端电压、放电电流值，用
传统的数学方法很难建模。
卡尔曼滤波法
滤波是指从被噪声污染的观测信号中过滤噪声，尽可能地消除和减小噪声影 响，求未知真实信号或系统状态的最优估计。作为动态系统状态估计的常用方 法，卡尔曼滤波能将前次时刻的状态估计值与当前系统输入值相结合，使用迭
电流传感器
智能单电池采集模块
IBU IBU IBU
S-BUS
电池组管 理模块
BMU RS485
监控主机
电池基础介绍——电池分类
铅酸电池 普通铅酸电池 铅炭电池 锂离子电池 磷酸铁锂电池 钛酸锂电池 液流电池 全钒液流电池 锌溴液流电池 多硫化钠/溴液流电池 三元电池
燃料电池 碱性燃料电池 磷酸燃料电池 固体氧化物燃料电池
16S铅酸模块：EVBMM-1622
高压负载仪 FZY-G FZY-220
研发流程介绍-研发项目
项目开发 任务书
项目输入：开发需求建议书
NG
设计开发 输入评审 OK 设计开发 过程
导入技术中心研发 开发设计：软/硬件概要设计 软/硬件详细设计
设计开发 评审
OK
NG
功能样机阶段 商业样机阶段 小批量试产
NG
设计开发
品控测试 验证
OK
项目交付
电动汽车电池组管理系统
整车 控制器
CAN3 CAN2
K4
K1 K2 K3 K4 K5
显控模块
RS485
通讯2 DO 电流
通讯3 数据存储
通讯4
点火信号
DI 供电 DO CAN1
电压转换
电机驱动器
充电机
BEPM
EVBCM-8133
通讯1
启动电池 供电
电压 绝缘电阻
可充放电量
系统在当前时刻下，电池组以标准的充放 电方式进行充放电，能充进去的电量及放 出来的电量。
SOH
单体电池以标准的充放电模式进行全充全 放，完全放出的容量与额定容量的百分比 为该单体电池的健康状态。
研发产品主要功能介绍
数据存储 充电管理 SOC/H计算 故障检测
被/主动均衡
低功耗
Bootloader
主动均衡
1.专利技术，能量双向转移。即 放高充低，均衡效率很高，是单 向均衡的2倍； 2.采用高频双向开关电源，频率 高达250KHz，转换效率高（ ~80%），能量损耗小； 3.利用电源线做母线，内部转换 ，省却外部供电，可实现整个电 池组内的能量转移。
Thanks！
Hale Waihona Puke Baidu
主动均衡
主动均衡的工作原理是通过合理转移电池单元的电能，理 论上只是转移电能，不产生或产生很少热量。一是直流母 线转移法，通过隔离型DC/ DC 模块，电池与电池组直流 母线之间的电能交换实现均衡，其主要缺点是电池电压与 电池组电压相差过大，使得两者之间的电能转移电路的设 计难度大。二是通过电池单元间的电能平衡电路逐级转移 。逐级转移法虽然相邻电池单元之间的电能转移不受总电 压的影响，但是电池组串联级数多时，电能转换次数多， 能量损失大，均衡效率低。
3.3
电压(V)
3
2.7
1/3C恒流恒压充电至 3.65V,电流降至 0.08C停止 1/3C恒流放电至 2.5V
2.4 0
10
20
30
40
50
60
容量 (Ah)
钛酸锂电池
3 2.8 2.6 2.4 充电 放电
电压(V)
2.2 2 1.8 1.6 1.4 0
10
20
容量 (Ah)
30
40
50
60
容量诊断
设计开发 更改
设计开发 验证
OK
NG
设计开发 确认
OK
NG
产品发布：移交生产
设计开发 输出
研发流程介绍-应用项目
项目需求 导入 项目需求 评审 OK 项目导入 NG
项目需求：输入项目需求 导入工程项目部技术对接
NG
项目需求对接
开发设计：输入项目详细需求
项目详细 评审
OK
NG
软/硬件设计开发
品控测试验证 产品交付：交付客户
故障保护
数字信号 （输出/输入）
电压、温度采集
CAN/485通信
电流采集
掉电存储
高压采集
绝缘检测
研发主要产品介绍
主从式电池管理系统 分布式电池管理系统 一体式电池管理系统（锂电） 定制电池管理系统
主控：EVBCM-8133
被动均衡从控：EVBMM-4812 EVBMM-3212 EVBMM-2412 EVBMM-1612 EVBMM-1212 主动均衡从控：EVBMM-2422 EVBMM-1222 储能电池管理系统 主控：BCMU-9131 从控模块：ESBMM-2453 家庭储能：ESBMM-1613R 智能单电池管理模块 IBU-02/12 IBU/W-02/12 蓄电池组监护模块 BMM 4.2/3.3
1 2 3 4 5
开路电压测量法 安时积分法
测量内阻法 卡尔曼滤波法
电池的数学模型及智能算法
开路电压测量法
利用电池的开路电压与电池SOC
的对应关系，通过测量电池的开路电 压来估算SOC。对于锂离子电池其开
路电压与它的SOC有一定的正比关系
，可以用这种方法较为直接的得到电 池的SOC；
由于开路电压法的基本原理是将电