第三篇 不同行业的BMS架构

一、BMS系统的两大架构

BMS的系统架构在不同的行业是有着很大区别的，不过单纯从技术角度来分析，这个架构大体上也就是三种框架，即集中式​，分布式​和混合式​三种技术架构，我们可以从下图有个基本的了解。

这里从图中可以看出，所谓的分布式就是在中间层增加了一层管理的小系统，这个小系统主要负责一部分电芯的信息的采集，然后通过总线上报给BMS控制板，BMS控制板根据上报信息在进行综合的保护措施和电量计算等管理。

说白了，就是跟公司里面的组织架构相同，当人数越来越多的时候，扁平化管理在大型的电池管理系统中是不可靠的，因此为了分担核心管理板的负荷，要把一些子任务分配给CSC模块来进行特权管理。

那么混合式的BMS系统其实就是权衡了成本，复杂度和可靠度之后设计的一个非标化的框架，一般采用的会比较少。

从集中式BMS到分布式BMS系统的演进路径来看，我们很容易分析出，这种演进的主要原因是需要管理的电芯越来越多了。

那么我们可以根据行业应用场景进行判断，汽车和大型储能行业多采用分布式的BMS系统，而对于便携式设备，小型代步车辆以及一些家用低压设备往往采用集中式BMS系统。

二、集中式BMS系统架构

集中式管理系统（大BMS方式）：集中智慧的电能治理

在集中式管理系统（大BMS方式）中，整个电能管理体系被安置在一个紧凑的“盒体”中，形成了一种集中式管理架构。

这种集中式的BMS模式将所有单体电池的电压、整包电流以及温度单元集中在一块BMS板上，由整车控制器或者系统主MCU直接操控继电器进行整个系统的上下电荷保护。

这样的集中式BMS在众多低压的混合动力电动车中得到应用，由于其结构简单，成本低廉，这种结构是非常普遍的。

BMS系统涵盖了电压、温度、电流等各项采集信号线，直接连接到控制器（MCU）上。采集模块（AFE）和主控模块（MCU）的信息交互则在电路板上通过IIC或者SPI等板级总线得以直接实现。

集中式BMS以其低成本、结构紧凑、可靠性高的特点，在电池容量相对较低、总电压较低、电池串数较少、电池体积较小的应用场景中广泛应用，尤其是在小型车辆中。

集中式架构的BMS硬件有时候也需要分为高压区域和低压区域。

高压区域负责单体电池电压、系统总电压以及绝缘电阻的监测，而低压区域则包含降压稳压电路、MCU电路、CAN通信电路和控制电路等。

其优势在于省去了板与板之间繁琐的通信线束和接口，从而大大降低了制造成本，同时信号传递的可靠性也得到提升。

然而，明显的缺点在于所有线束直接走线到控制盒，不论控制器位置如何，总有一部分线束会变得冗长，进而增加了信号受干扰的风险。线束的质量、制作水平以及固定方式也因此受到了更大的考验。

集中式BMS的优势：

1. 经济实惠： 集中式BMS的主控制器数量有限，因此整体成本相对较低。特别是对于小规模储能系统，采用集中式BMS能够显著降低系统成本。
2. 通信效率： 由于只需一个主控制器，集中式BMS通信负载相对较小，有效减少了通信问题的发生。

集中式BMS的挑战：

3. 可靠性问题： 由于所有电池单体的监测和控制集中在一个主控制器中，主控制器故障可能导致整个系统失效，系统可靠性较低。
4. 维护与升级难题： 所有电池单体监测和控制都依赖一个主控制器，这使得系统的维护和升级变得更加困难。一旦主控制器故障，需要停机进行整个系统的维护和升级。

三、分布式BMS系统架构

储能的BMS的三层结构及主要功能：

从控层（BMU – Battery Module Unit）：

从控层主要负责电池单体级的管理，其主要功能包括：

10. 电池单体信息采集： 监测电池单体电压和温度等关键参数，以获取准确的电池状态信息。
11. 电池均衡： 在电池模组内部进行均衡操作，确保各个电池单体之间的电荷状态相对均匀。
12. 信息上送： 传递采集到的电池状态信息至上一层主控层，以供整体电池簇管理。
13. 热管理： 监测和调节电池温度，确保在适宜的温度范围内运行，提高电池寿命和性能。
14. 异常报警： 发现电池单体的异常情况时，生成相应的报警信息，通知主控层进行进一步处理。

主控层（BCU – Battery Cluster Unit）：

主控层负责收集来自从控层的信息，并对整个电池簇进行综合管理，其主要功能包括：

15. 电池簇电流采集： 监测电池簇内电流变化，获取电池组整体电流状态。
16. 总电压采集： 测量电池簇的总电压，提供整体电压信息。
17. 漏电检测： 进行漏电检测，确保电池系统在正常运行时不发生漏电情况。
18. 断电保护： 在电池状态异常时，实施断电保护措施，确保电池系统的安全运行。
19. 标定功能： 在BMS的管理下完成容量标定和SOC标定，为后续的充放电管理提供准确依据。

总控层（BAU – Battery Array Unit）：

总控层对整个储能电池堆进行集中管理，其主要功能包括：

20. 充放电管理： 控制电池阵列的充放电过程，确保按照设定的电能需求进行操作。
21. 自检与故障诊断报警： 对BMS系统进行自检，及时诊断系统内部故障，并生成相应的报警信息。
22. 电池组故障诊断报警： 检测整个电池组的运行状况，发现异常时生成相应报警，通知操作人员采取措施。
23. 安全保护： 处理电池阵列内各种异常及故障情况，采取安全保护措施，防范潜在风险。
24. 与其他设备通信： 与PCS（电力转换系统）、EMS（能源管理系统）等其他设备进行通信，协同工作以实现整体电能管理。
25. 数据存储、传输与处理： 负责电池系统数据的存储、传输和处理，确保数据的及时、可靠地传递给其他系统和设备。

分布式BMS的优势在于其高可靠性、易于维护和升级，以及更大的灵活性。在未来能源管理中，分布式BMS将扮演着越来越重要的角色，为电能系统的高效运行提供支持。