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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,之间的通信也简化了。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)、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Model S。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信息整合发送给BMS,总线的电压信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Smart ED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
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