BMS电池管理系统综述
智能型锂电池管理系统
智能型锂电池管理系统智能型锂电池管理系统（BMS）是一种能够监控和控制锂电池的系统，用于实现电池的有效管理和保护。
随着锂电池的广泛应用，BMS在电动车、储能系统等领域扮演着重要角色。
本文将从BMS的定义、功能、工作原理、应用领域和未来发展等方面进行详细阐述。
首先，BMS是指利用智能化技术对锂电池进行管理和控制的系统。
它可以通过监测电池电压、电流、温度等参数，对电池进行实时监控，并根据电池状态调整充放电策略，以确保电池的安全运行和提高电池的性能和寿命。
BMS的主要功能包括以下几个方面。
首先，它可以监测电池的状态，如电压、电流、SOC（剩余电荷状态）等参数，以及电池的温度、电池内阻等特性。
其次，BMS可以为电池提供充放电保护，包括过充、过放、过流、短路等多种保护措施，以防止电池过载、过放等情况导致的故障或损坏。
此外，BMS还可以实现电池均衡，即对电池中的单体进行均衡充放电，以解决容量不匹配和内阻不同等问题，最大程度地提高电池的使用寿命。
最后，BMS还可以提供实时数据监控和远程控制，使用户可以随时了解电池的状态，并进行相应的操作。
BMS的工作原理主要包括数据采集、状态估计、控制策略和保护措施等几个步骤。
首先，BMS通过电池管理单元（BMU）对电池的电压、电流、温度等参数进行采集，并将这些数据传输给控制器。
然后，通过状态估计算法对电池的状态进行估计和预测，包括SOC（剩余电荷状态）、SOH（健康状态）、SOP（功率状态）等。
根据状态估计的结果，BMS会采取相应的控制策略，如充电、放电或均衡等，以实现对电池的精确控制。
同时，BMS还会对电池进行保护，包括过充、过放、过流、短路等保护措施，以确保电池的安全运行。
BMS广泛应用于电动车、储能系统、航空航天、通信设备等领域。
在电动车领域，BMS可以实现对电动车电池的管理和控制，提高电池的使用寿命和性能，并确保电池的安全运行。
在储能系统领域，BMS可以对储能电池组进行管理和控制，使其在不同的负荷需求下提供稳定的电能供应。
电动汽车动力锂电池BMS管理系统综述
设计.研究|Design.Research2020.0836 电动汽车动力锂电池BMS管理系统综述Liu Wentao (Changan University)Overview of BMS Management System for PowerLithium Battery of Electric Vehicle刘文涛 （长安大学）Abstract: In the actual operation of electric vehicles, the control on battery management system is a very important part, and its system control research has practical significance. The BMS battery management system has the following functions:Battery parameter monitoring, SOC estimation, mileage estimation, leakage monitoring, and thermal management, etc.. This paper briefly introduces the relevant control designs of the BMS-based management system for power lithium battery of electric vehicle. The current power management system for lithium battery pack of electric vehicle could be gradually improved to allow them to exert higher performance and to improve comprehensive performance and power of electric vehicles.Key words: Electric vehicle BMS Lithium battery pack SOC estimation Thermal management 摘要：电动汽车在实际运行过程中，电池管理系统控制是非常重要的组成部分，对其系统控制研究具有现实意义。
电池管理系统技术综述(PDF)
目录
一、磷酸铁锂电池............................................................................................................................................1 1.1 磷酸铁锂电池的结构和工作原理.................................................................................................... 1 1.2 磷酸铁锂电池的性能与特点........................................................................................................... 2 1.2.1 磷酸铁锂电池的优势........................................................................................................... 2 1.2.2 磷酸铁锂电池的劣势........................................................................................................... 3 1.3 正极材料磷酸铁锂的主要生产工艺............................................................................................... 4 1.3.1 高温固相法............
锂电池管理系统原理
锂电池管理系统原理锂电池管理系统（Battery Management System，简称BMS）是一种用于监测、控制和保护锂电池的集成系统。
它是电动车、储能系统和其他应用中必不可少的组件。
锂电池管理系统具有电池状态监测、充放电控制、过温保护、均衡充电等功能，通过对电池进行管理来提高电池的性能、延长电池的使用寿命，并确保电池的安全运行。
锂电池管理系统的原理主要包括以下几个方面：1.电池参数监测：BMS通过监测电池的电压、电流、温度等参数来实时获取电池的状态信息。
通过电池参数的监测，BMS可以实时监测电池的充放电状态、容量等信息，并可以进行相应的控制和保护操作。
2.充放电控制：BMS可以根据电池的充放电状态来控制电池的输出功率。
在充电时，BMS会监测电池的充电状态，控制充电电流和电压，以确保电池能够安全、高效地充电。
在放电时，BMS会根据负载的需求控制电池的输出功率，避免电池超负荷操作，提高电池的使用寿命。
3.温度控制：BMS可以监测电池的温度，并对电池进行温度控制。
在电池超过高温或低温阈值时，BMS会采取相应的保护措施，例如切断电池的充放电电路，以防止电池发生过热或过冷的情况，从而保护电池的安全运行。
4.电池均衡：锂电池组由多个电池单体串联而成，电池之间可能存在不均衡的情况，例如某些电池单体电压高于其他电池单体。
BMS可以通过均衡充电操作，使电池单体之间的电压保持均衡，延长整个电池组的使用寿命。
5.故障诊断和保护：BMS可以通过监测电池的各项参数来进行故障诊断，并采取相应的保护措施。
例如，当电池出现过充、过放、短路等故障时，BMS可以及时切断电池的充放电电路，以防止电池进一步损坏或发生危险。
6.数据通信与存储：BMS可以通过数据通信接口与其他系统进行数据交互，例如与车辆的动力控制系统进行通信以实现对电池的控制。
同时，BMS还可以将电池的运行状态和历史数据存储在内部的存储器中，以供后续分析和故障排查使用。
电池管理系统 一体化BMS
电池管理系统一体化BMS 在当今科技飞速发展的时代，电池作为能源存储的关键组件，广泛应用于电动汽车、储能系统、便携式电子设备等众多领域。
而电池管理系统（Battery Management System，简称 BMS）则在确保电池的安全、可靠和高效运行方面发挥着至关重要的作用。
其中，一体化 BMS 作为一种先进的解决方案，正逐渐成为行业的焦点。
一体化 BMS 是将电池管理的各种功能模块集成在一个紧凑的系统中的设计理念。
它不仅仅是简单地把各个部分拼凑在一起，而是通过优化的硬件和软件架构，实现了更高效、更精准的电池管理。
要理解一体化 BMS 的重要性，首先需要了解电池在使用过程中面临的挑战。
电池的性能会受到多种因素的影响，比如温度、充放电速率、电池老化等。
如果没有有效的管理，这些因素可能导致电池寿命缩短、性能下降，甚至出现安全隐患，如过热、短路、起火等。
一体化 BMS 的核心功能之一是电池监测。
它能够实时准确地测量电池的电压、电流和温度等关键参数。
通过这些数据，系统可以判断电池的健康状况和剩余电量，为用户提供准确的信息。
例如，在电动汽车中，驾驶员可以根据剩余电量合理规划行程，避免在路上因电量耗尽而陷入困境。
除了监测，一体化 BMS 还具备电池均衡功能。
在电池组中，由于各个单体电池之间存在差异，在充放电过程中可能会出现某些电池充电过快或放电过深的情况。
这会导致电池组整体性能下降。
一体化BMS 可以通过均衡电路，调整各个单体电池的电量，使它们保持在相对一致的水平，从而延长电池组的使用寿命。
在充电控制方面，一体化 BMS 也发挥着关键作用。
它能够根据电池的状态和特性，智能地调整充电电流和电压，避免过充或欠充的情况发生。
过充可能会损坏电池，而欠充则无法充分发挥电池的容量。
此外，一体化 BMS 还具备故障诊断和保护功能。
当系统检测到电池出现异常，如过压、欠压、过流、过热等情况时，会立即采取措施，如切断电路，以保护电池和整个系统的安全。
新能源汽车电池管理系统(BMS)简介
2.
重
大
前
期
电
池原始热方案管CFD仿理真分研析究
工
作
基
础
优化方案一
长安杰勋
优化方案二 优化方案三
长安志翔
恒通客车
2.
重
大
前
期
电
池原始热方案管CFD仿理真分研析究
工
作
基
础
长安杰勋
长安志翔
恒通客车
取进口流量1400m3/h, I=150A， 则发热功率为16.28KW。由仿真结 果可以看出，此结构的最高温度达 115℃，最大温差达30℃，电池组 温度分布严重不均匀。
2.
重
大
前
期
电
池优化热方案管一
理
研
究
工
作
基
础
长安杰勋
长安志翔
恒通客车
取进口流量1200m3/h, I=150A，则发热功率为16.28KW。由仿真 结果可以看出，最高温度已降到105℃，最大温差为15℃。
2.
重
大
前
期
电
池优化热方案管二
理
研
究
工
作
基
础
长安杰勋
进风
出风
长安志翔
恒通客车
取总进口流量3200m3/h, I=100A，则时发热功率为7.255KW。进 风口处电池温度高达65℃ ，出风口处温度为39℃ ，前后温差较大。
长安杰勋 长安志翔 恒通客车
350
24个 电 池 模 块 的 温 度 （ K）
345
第 13组 电 池
340 335
BMS电池管理系统资料
.
硬件设计特点
主控单元
与采集单元一样，硬件设计增加了多种抗干扰措施，以保证在恶 劣电磁环境下可靠运行； 总电流采样采样二档设计，以保证在小电流和大电流情况下，测 量精度≤0.5%。
显示单元
采用SAM9263B为主芯片的ARM9方案，经过重新设计电源，以 及采用汽车级别的相关芯片，系统稳定性高； CAN总线以及与上位PC机之间通讯用485总线系统采用光耦隔离， 主板和核心板分开设计； 显示选用7”真彩触摸屏，操作简单、明了。
22
软件设计特点
系统软件均采用模块化程序设计； 多种软件抗干扰设计，如数字滤波算法，冗余，软件陷阱，看门狗等技术， 防止程序失效，保证系统正常运行。 在SOC的估算上采用现在比较成熟的方法，根据电动汽车的工作状态（行 驶，静置，充电），分别采用安时法、开路电压法进行SOC估计，在采用安时 法简单有效的基础上，在特定条件下采用加权安时法进行SOC校正，消除安时 法带来的累计误差，保证SOC精度在8%以内； 显示监测系统使用定制的linux2.6.24操作系统，界面采用QT4.62，上位机 软件也采用QT4.62进行开发，主要实现：标定程序，SOC估算程序，故障分 析子程序，信号监控与报警子程序，实时数据保存，数据和曲线显示，各开关 状态显示等功能； 由于从操作系统到开发环境都自行研发完成，所以可以方便的制作出客户需 要的介面，而且不存在版权问题。
检测精度高。电压测量精度≤±0.2%；电流检测采用二挡自动换挡霍尔传感
器，测量精度在10%Ie及以下和10%-100%Ie时，均能保证≤±0.5%；
芯片选用汽车级芯片以及高速光耦隔离、瞬变二极管抑制，共模电 感，热敏电阻等保护措施，可以在强磁场环境下可靠工作；
BMS电池管理系统综述
BMS电池管理系统综述BMS电池管理系统综述⒈引言⑴目的本文档旨在对BMS电池管理系统进行综述，介绍其定义、功能、设计原则以及应用领域等方面的内容，为读者提供全面的了解和参考。
⑵范围本文档将覆盖BMS电池管理系统的相关背景知识、系统架构、核心功能模块、设计原则、应用案例等内容。
⑶读者对象本文档主要面向BMS电池管理系统的研发人员、系统架构师和应用工程师，同时也适用于对BMS电池管理系统感兴趣并希望了解其基本概念与原理的读者。
⒉背景知识⑴ BMS电池管理系统的定义BMS电池管理系统是一种集电池状态监控、充放电控制、故障诊断与管理于一体的系统，用于实现电池的安全、高效、稳定的运行管理。
它通过对电池的状态进行实时监测和控制，提供对电池性能、寿命和安全性的保障，广泛应用于电动汽车、储能系统等领域。
⑵ BMS电池管理系统的重要性BMS电池管理系统对于电池的安全性、性能和寿命具有重要影响。
它能够对电池的电压、电流、温度等参数进行实时监测和控制，预警和防止电池过充、过放、过温等异常情况，提高电池的使用寿命和运行安全性，同时优化电池组的整体性能，提高储能效率和动力性能。
⒊系统架构⑴硬件架构⒊⑴电池管理单元(BMU)⒊⑵电池组控制单元(BCU)⒊⑶通信模块⑵软件架构⒊⑴实时数据采集与处理模块⒊⑵充放电控制与管理模块⒊⑶故障诊断与管理模块⒋核心功能模块⑴电池状态监测与控制⒋⑴电池电压监测与控制⒋⑵电池温度监测与控制⒋⑶电池容量估算与预测⑵充放电控制与管理⒋⑴充电控制与管理⒋⑵放电控制与管理⑶故障诊断与管理⒋⑴故障检测与报警⒋⑵故障诊断与分析⒋⑶故障管理与处理⒌设计原则⑴安全性⑵稳定性⑶可靠性⑷可扩展性⑸优化性能⒍应用案例⑴电动汽车领域⑵储能系统领域附件：⒈示例BMS电池管理系统结构图⒉ BMS电池管理系统用户手册法律名词及注释：●BMS: Battery Management System，电池管理系统●BMU: Battery Management Unit，电池管理单元●BCU: Battery Control Unit，电池组控制单元。
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课题研究背景
BMS发展现状
国外在BMS方面的研究成果相对显著，主要是以集 成化芯片化为特点。典型产品有美国Linear Technology公司产的LTC/LTM系列电池管理芯片， 美国TI公司推出的bq系列电池管理芯片以及美国O2 Micro公司开发的OZ890电池管理芯片等，其主要特 点为体积小，集成度高，具有较强的针对性。 BMS专用芯片主要优势在于多单体高精度信号采集， 以及单体均衡、故障报警等功能的集成，但通用性 差，一般只能应用于特定类型的电池组。
1.蓄电池充放电管理
6
充电电流(A)
4 2 0 恒流段 恒压限流段 0 0.5 1 1.5 时间(s) 2 2.5 3 3.5 x 10
4
浮充段
美国J.A.MAS在1967年 提出铅酸电池可接受的 充电电流曲线。 称为：马斯曲线
15
电池端电压(V)
14 13 12 11 0 0.5 1 1.5 时间(s) 2 2.5 3 3.5 x 10
课题研究背景
Tesla Model S底盘电池组
课题研究背景
方形电池组（串并组合为整个电池箱） 国内EV较多采用的结构
常见的 指标参数: 额定电压 ...V 容量 ...Ah, ...mAh 充放电倍率 0.1C, 1C.. 尺寸 18650, 2770120
课题研究背景
除圆柱电芯、棱柱电芯外，还有软包(聚合物)电芯
3.蓄电池健康状态(SOH)估计
SOH估算方法
特征法
模型法
数据驱动法
内 阻 分 析 法
交 流 阻 抗 谱 分 析 法
微 分 分 析 法
老 化 机 理 模 型
概 率 模 型
工 程 统 计 模 型
自 回 归 模 型 法
神 经 网 络 法
支 持 向 量 机 模 糊
BMS综述
4.蓄电池组均衡控制
电池包中串联的单体，即使是新电池，其性能 也存在差异，随充放电的循环，单体差异会越 来越大，导致电池组容量利用率低，最终发生 “水桶效应”。即由于个别单体失效而导致整 个电池组无法正常工作。
单体2
L2 Q3 Qr L3 Cr Lr
单体3
单体1
单体1
C1
C2
单体2
单体2
DC
S1
S2
S3
单体3
单体3
单体1
单体2
单体3
单体n
单体1
单体2
单体3
A
B
BMS综述
5.上位机
上位机主界面 主要功能： 状态实时显示； 参数调整； 历史数据记录； 主回路控制； 故障、报警等。
上位机监控平台
5.上位机
课题研究背景
BMS发展现状
课题研究背景
国内BMS发展
科研方面主要是清华大学、同济大学、北京交通 大学及北京理工大学等几所高校取得成果较多。 产品开发方面，天津的中国汽车技术研究中心以 及力神电池也在合作开发BMS。惠州亿能(专做 BMS)、哈尔滨光宇、BYD、中航锂电，中科院， 德国BOSCH公司，日本TDK集团也正在着手组建 BMS研究中心。 近两年BMS企业如雨后春笋，遍地开花。
4
该曲线对锂电池 也具有一定适用性。
三段式充电波形图
BMS综述
2.蓄电池荷电状态(SOC)估计
SOC广义描述： 电池当前可用的剩余容量与 电池实际可放出总容量的比值。（%） SOC估算技术难点： A 电池内部电化学过程复杂； B 电池工作特性呈非线性，且受多因素影响； C 建立准确的电池模型困难； D 单体间的不一致性处理较复杂。
参数设置子界面
上位机监控平台
5.上位机
历史数据记录及 模型选择子界面
BMS的发展前景
BMS前景广阔，以下几方面是侧重点：
提高BMS的通用性。 提高BMS集成度。 提高电池SOC的估算精度。 实现更高的均衡效率和精度。 应该提高均衡系统的电流等级。
谢谢
储能电池组管理技术综述 及要点分析
报告人：张金龙 燕山大学电气工程学院 电气工程及其自动化系
内容提要
课题研究背景 电池管理系统(BMS)综述 BMS工程前沿 BMS的发展前景
课题研究背景
Tesla Roadster
新能源发电储能
EV动力电源
课题研究背景
智能电网储能
课题研究背景
电池会逐渐老化，其部分容量也会永久性失去。 SOH是描述蓄电池老化程度的一项重要特征，它 在数值上等于当前电池在充满状态下所能放出的 电量与新电池额定容量的比值。
Qmax (aged) SOH 100% Qno minal (new)
受多因素影响；长期的过程；工作量及估算难度 均高于SOC。
BMS综述
BMS综述
4.蓄电池组均衡控制
串联电池组均衡方法
单体1 Q1 L1 Q2
旁路电阻 均衡 简单易行 耗散型 能耗大
投切电容 均衡 非耗散式 严防电容 短路
PWM可 控双向分 流均衡 电感储能 开关器件 较多
同轴多副 边变压器 均衡 均衡效果 较理想 实现复杂 存在能耗
Buckboost 均衡 结构简单 控制相对 复杂
BMS在蓄电池储能系统中成本占仍比较高，价 格较为昂贵。BMS的价格与电池组中的单体数 量正相关，其成本约占电池组总成本的30%。
电池组成本
BMS成本
课题研究背景
Tesla Model S底盘整个电池组的全景图 一共有7104节18650锂电池
课题研究背景
Tesla Model S底盘电池组
课题研究背景
BMS技术难点：
多单体高精度电信号采集，抗干扰设计。 电池工作特性呈高度非线性，荷电状态(SOC, State of Charge)及健康状态(SOH, State of Health)难以准确估计。 电池组中大量单体存在不一致性，均衡控制 较复杂，电池组容量利用率较低。 BMS通用性不强，很大程度上受到电池类型 以及连接方式的限制。
BMS技术结构
BMS综述
分布式BMS工程结构
BMS综述
1.蓄电池充放电管理
恒流充电
不合理充放电 会给电池带来 损害，造成过 充过放，降低 电池循环寿命。
恒压充电
充电管理 充 放 电 管 理 放电管理
恒压限流充电
脉冲充电
三段式充电 截止电压，剩余容量，放电倍 率，温度等因素的综合处理
BMS综述
BMS综述
2.蓄电池荷电状态(SOC)估计
SOC估算方法
模型法
智能算法
其他方法
安 时 模 型
等 效 电 路 模 型
电 化 学 模 型
卡 尔 曼 滤 波 类
数 据 驱 动 类 算 法
递 推 最 小 二 乘
实 验 测 试 法
阻 抗 谱 分 析 法
动 力 学 解 析 法
BMS综述
3.蓄电池健康状态(SOH)估计
BMS综述
BMS技术结构
电池组状态检特 性 检 测
v i
S O C 估 算
S O H 估 算
T
电 池 组 均 衡 控 制
电 池 组 充 放 电 控 制
热 管 理 及 温 度 控 制
历 史 信 息 存 储 显 示
BMS 内 部 信 息 互 通
BMS 与 外 部 信 息 交 互