动力电池管理系统设计

动力电池管理系统设计在梯次利用市场，BMS的安全检测功能显得尤为重要。动力电池管理系统的设计一直是个世界级的难题，直到目前为止，也没有哪个公司在这个领域做到相当的成熟，最多只是实现了产业化而已。针对动力电池组的优化管理，尚无非常有效的解决方案，因为动力电池单体并不是一个特性比较明确的物理系统，而是一个在不断变化的化学系统，其各项参数都与运行工况、外部环境、内部劣化速度相关，随时间在不断变化。国外在算法和理论研究方面起步比较早，在工程方面也有深厚积累，所以产业相对成熟。国内在BMS软硬件研发方面，起步较晚（最近几年的事情），理论研究不足，工程应用是“小步快跑”，整体资源投入不足，各家企业都还没有非常稳定可靠的解决方案。

在梯次利用领域，BMS所要面对的情况比汽车领域更为复杂。面对各种化学体系、各种规格和批次、各个生产厂家、各种健康状态的退役动力电池模组，对退役动力电池模组的有效管理，是确保退役动力电池模组在新的应用中能安全可靠运行的必要手段。

在硬件方面，应确保BMS的硬件归一化设计，兼容各种不同的模组，而不必针对不同的模组和产品开发多种规格的硬件产品，这样可以简化BMS的硬件开发、升级和维护，降低产品的成本。在软件方面，需要做到底层软件模块化、标准化和固定化，应用层软件做到模块化、标准化和智能化，能够自适应各种类型的动力电池模组，并

能够自我学习，在运行过程中为动力电池模组和动力电池单体建立模型，做到智能化的监控、预测、诊断、报警和各类在线服务。软件的升级可在线进行，并可远程升级。

梯次利用的动力电池管理系统应采用分布式拓扑结构，系统由一个主控单元（Battery Control Unit，BCU）和多个检测单元

（Battery Measure Unit，BMU）构成，各个单元之间通过高速CAN 总线进行互联，完成数据的实时传输与控制。

主控单元作为动力电池管理系统的控制中心，负责系统运行过程的监控、数据处理、控制策略实现和外界通信控制、动力电池组工作电流测量、充放电量（A·h）累计、总电压检测、绝缘检测、SOC估算。主控单元通过CAN 总线收集动力电池系统的数据，并在线分析动力电池系统的工作状态，根据分析结果进行动力电池组故障报警、动力电池组最大允许充放电功率预测、动力电池组SOC估算、充放电管理。主控单元提供2 路独立的高速CAN，分别与功率控制系统（Power Control System，PCS）、监控系统等通信，以供外部设备更合理地管控动力电池组的充放电，优化电能的使用调度，提高动力电池组的整体性能；同时，在系统运行过程中，实时监控动力电池组的详细状态。

检测单元是获取动力电池状态最直接和最重要的部分，通常检测单元被安装在动力电池箱内部，靠近动力电池附近，负责该箱动力电池单体电压检测、温度检测、均衡控制、风机控制等，并将采集的动

力电池数据和检测动力电池单体的实时工作状态，通过CAN总线发送给主控单元或其他监控设备。

①梯次利用退役动力电池组的BMS外观应符合以下要求。

a.BMS布局合理、质量可靠，无明显变形，无机械损伤。

b.BMS导线线径、载流量满足充放电和均衡的要求。

c.与BMS有关的通信接口、告警指示、状态指示应有明确标识。

d.BMS电路板应进行“三防”（防潮湿、防霉变、防盐雾）处理，工作温度应与电池可工作温度保持一致。

e.动力电池单体个数管理范围。BMS系统应能管理16个磷酸铁锂动力电池单体或22个钛酸锂动力电池单体。

f.工作电压。BMS的额定工作电压为直流48V，工作范围为36～60V。

②梯次利用退役动力电池组的BMS应具有的休眠功能如下。

a.运输、储存或离线状态下，动力电池组BMS应处于彻底断开状态。

b.动力电池组的BMS系统应具备手动启动和手动彻底断开的功能。

c.当动力电池组由在线状态（即动力电池组输出端正负极、通信接口与外界连通的状态）转入离线状态（即动力电池组输出端正负极、通信接口与外界断开的状态）时，BMS应具有甄别功能，根据电力及动力电池组状况自动进入休眠，休眠延迟时间宜在1～30min可调。

d.当动力电池组由离线状态（即动力电池组输出端正负极、通信

接口与外界断开的状态）转入在线状态（即动力电池组输出端正负极、通信接口与外界连通的状态）时，BMS应能判别并自动激活，且根

据电力及动力电池组状况调整工作状态。

③梯次利用锂动力电池组的BMS应具有的保护功能如下。

a.充电限流保护。具有的自主限流充电功能，保证工作范围内的

电压输入时，动力电池组能够正常充电。充电电流范围≤3.3I3（10I10）（充电限流情况除外），充电电流默认值为0.33I3（1.0I10）～0.66I3（2.0I10）；梯次利用锂动力电池充电电流默认值为0.33I3（1.0I10）～

0.66I3（2.0I10）。

b.充电总电压高保护。动力电池组充满电后，逐步增大充电电压，记录高告警电压和保护动作电压，当总电压下降到恢复点时恢复充电，记录恢复充电电压。充电总电压高的告警值范围是57.00～57.60V，

默认值为57.00V；保护值范围是57.00～57.60V，默认值为57.60V；恢复值范围是52.00～57.00V，默认值为56.60V。

c.充电单体电压高保护。动力电池组充满电后，逐步增大充电电压，记录单体高告警电压和保护动作电压，电压下降到恢复点时恢复正常状态。充电单体电压高的告警值范围是3.50～4.50V，默认值为3.60V；保护值范围是3.50～4.50V，默认值为3.85V；恢复值范围是

3.00～3.90V，默认值为3.60V。

d.放电总电压低保护。在开放环境下对动力电池组进行放电，使

其进入放电截止状态，BMS 应切断放电电路并告警。连接外部电源

对动力电池组进行充电，使其电压升高到恢复门限，BMS 应能自动

消除告警，并自行恢复到正常工作状态。放电总电压低的告警值范围是36.00～50.00V，默认值为43.20V。

e.放电单体电压低保护。动力电池组充满电后，以2.0I10（A）电流放电，记录单体低告警电压和保护动作电压，放电后充电到电压设定值恢复工作状态。放电单体电压低保护的告警值范围为2.00～

2.90V，默认值为2.50V；保护值的范围为2.00～2.90V，默认值为2.00V；恢复值的范围为2.00～

3.60V，默认值应为2.90V。

f.放电过流保护。延时保护设置范围应为5I10～11I10（可调），延时时间应为0～60s（可调），瞬时保护设置范围为10I10～30I10（可调），且瞬时保护值应大于延时保护值；进入保护后2min（可调）后，BMS应自动重启正常输出功能，连续3 次过流保护动作后，BMS 不再自动重启正常输出功能，而应能通过人工重启正常输出功能。

g.锂动力电池低温、高温保护。正常工作温度范围：磷酸铁锂动

力电池为-5～45℃，钛酸锂动力电池为-30～55℃。当锂动力电池组

用于-5℃及以下的场景时，应配置直流电加热装置（电加热功率不小于100W）。锂动力电池组应有专门的散热设计，以保证加热均匀，使得设备正常工作。

h.BMS电路板充放电温升保护。BMS 安装在锂动力电池模块箱

体内，具有连续记忆功能的点温计探头贴在BMS 电路板上放电MOSFET 外侧表面。在锂动力电池组完全充满电后，将锂动力电池