【知识】从硬件架构、软件结构两方面认识BMS

BMS电池系统俗称之为电池保姆或电池管家，主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。BMS电池管理系统单元包括BMS电池管理系统、控制模组、显示模组、无线通信模组、电气设备、用于为电气设备供电的电池组以及用于采集电池组的电池信息的采集模组，

BMS的硬件架构：

（电池管理系统硬件架构，图1，图来于网络）

主板，作为BMS的大脑，会收集来自各个从板（通常叫LCU）的采样信息，通过低压电气接口与整车进行通讯，控制BDU（高压分断盒）内的继电器动作，实施监控电池的各项状态，保证电池在充放电过程中的安全使用；

从板（LCU），作为BMS的哨兵，实施监控着模组的单体电压、单体温度等信息，将信息传输给主板，具备电池均衡功能，从板与主板的通讯方式通常是CAN通讯或者菊花链通讯；

BDU，是电池包电能进出的大门，通过高压电气接口与整车高压负载和快充线束连接，包含预充电路、总正继电器、总负继电器、快充继电器等，受主板控制；

高压控制板，电池包电能进出的大门门卫，可集成在主板（如图1），也可独立出来，实时监控着电池包的电压电流，同时还包含预充检测和绝缘检测功能。

电池管理系统（BMS）的软件架构

面对汽车逐步的电动化、智能化、网联化，汽车电子的软件开发也越来越复杂，所以AUTOSAR联盟也就应运而生了。

AUTOSAR即是Automotive Open System Architecture（汽车开发系统架构），AUTOSAR的分层模型架构使得主机厂、供应商、科研机构可以联合开发、高效配合，构造出强大的软件系统。

（图2）

成熟的BMS软件开发通常是基于AUTOSAR架构开发。AUTOSAR架构将运行在Microcontroller之上的ECU软件分为：Application、RTE、BSW三层，如图2，接下来简单介绍下AUTOSAR各分层的分工情况：

Application应用层，将软件都划分为一个ASWC（Atomic Software component），包括硬件无关的Application Software component、Sensor Software component、Actuator Software component等

。对于电池管理系统，其功能绝大部分算法逻辑都是在应用层进行，也是BMS软件开发的核心工作。

RTE运行环境，提供基础的通讯服务，支持Software Component之间和Software Component到BSW的通讯（包含ECU内部的程序调用、ECU外部的总线通讯等情况），RTE使得应用层的软件架构完全脱离于具体的单个ECU和BSW。

BSW基础软件层，如图3所示可细分为：Services Layer、ECU Abstraction Layer、Microcontroller AbstractionLayer和Complex Drivers Layer。

（图3）

每层的BSW都保护不同的功能模块，介绍如下：

Service Layer，服务层，位于BSW最上层，将各种基础软件功能以服务的形式封转起来，供应用层调用，包括RTOS、通讯与网络管理、内存管理、诊断服务、状态管理、程序监控等服务。

ECU Abstraction Layer，电控单元抽象层，封转了微控制器层以及外围驱动设备的驱动，将微控制器内外设的访问进行统一，使上层软件应用与ECU硬件相剥离。

Microcontroller Abstraction Layer，微控制器抽象层，位于BSW的最底层，包含访问微控制器的驱动，使上层软件与微控制器相分离，便于应用的移植。

Complex Drivers Layer，复杂驱动层，为了满足实时性等要求，可以利用复杂驱动让应用层通过RTE直接访问硬件，也可以利用复杂驱动封转已有的非分层的软件，以实现项AUTOSAR软件架构逐步实施。

电池管理系统的功能：

电池管理系统的功能可分为测量功能、核心算法和应用功能，如图4。

（图4）

BMS中大致包含三个大的功能模块。

第一，测量功能主要包含：

模组的电压采样和温度采样、Pack的总电压采样和总电流采样、高压互锁检测、绝缘检测。测量功能实时监控着电池的基本状态，是BMS所有功能的基础，离开了这些测量，BMS所有核心算法、应用功能都难以执行。

第二，核心算法主要包含：

SOC（电池荷电状态）算法、SOH（寿命状态）算法、SOP（功率状态）算法、电池均衡算法。喜欢挑战算法的朋友可以挑战。

其中，SOC算法，行业内典型的方案有安时积分、开路电压、人工神经网络、卡尔曼滤波，单单某一种方案都会存在缺点，目前主流的方案是使用安时积分加上卡尔曼滤波的方式。

SOH算法，目前常用的算法有库仑计算法加上开路电压，还有卡尔曼滤波等等算法。

SOP算法，目前可靠的方法还是靠试验数据，用查表法实现。

均衡功能的原理，可以联想木桶原理，有主动均衡和被动均衡两种方法。主动均衡就是长木板裁剪后来补短木板，使得所有木板平均；被动均衡就是长木板都进行裁剪，保持所有长木板与最短木板一样长。

第三，应用功能主要包含：

高压上下电与低压上下电、交流充电与直流充电、电池系统热管理、电池系统故障诊断。

其中，高压上下电与低压上下电是需要其他控制器，比如VCU与BMS配合来实现，BMS完成高压上电后，才能给整车高压负载供电或进行充电（也有厂家做的集成度高的，BMS自己就能搞定上下电的过程）。

交流充电是通过交流充电桩、车载充电机为动力电池充电；直流充电是通过直流充电桩为动力电池充电。充电功能有相关的国标规定。

电池热管理主要是保证电池处在一个合理的温度范围，保证充放电功能处于最佳状态。

故障诊断这块，内容较多，电池的安全就全靠这块，包含过欠压保护、过流保护、继电器粘黏检测、电池压差保护等等功能。

（文章来源知乎-小鹏汽车）