BMS课程笔记-BMS硬件设计（1）

xiaocheng

学海无涯，回头是岸

前言

本文简单介绍BMS硬件的拓扑结构及信号接口。

其中拓扑结构部分介绍了分布式BMS系统和集中式BMS系统的构成；信号接口部分以分布式BMS系统为例介绍了系统输入输出接口的种类及作用。



BMS拓扑结构

目前主流的电池管理系统拓扑结构主要分为两类，一类是分布式系统，一类是集中式系统。

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分布式BMS系统

典型的分布式BMS系统结构如下图所示，主要包括：主控、从控、外部通讯及内部通讯网络。



从控：简称CMU，有的也称LECU。从控直接与电池单体接触，类似于模拟前端。主要负责电池单体的电压采样、温度测量、单体均衡控制。

主控：简称BCU，有的也称CECU。主控本质上是一个中央控制器，主要基于从控获取的单体信息，以及整个电池包的信息完成系统级的检测、诊断及控制。其监测的信息除了实际物理量的监测（如电流、电压）还包括绝缘电阻的监控、高压回路监测等。管理功能除前面讲的基于内部状态估计的功率及能量控制外，还包含高压上下电的控制。

内部通讯：用于主控与从控间的信息交互，目前主流的方案为采用中低度的CAN网络通讯。此外，有一种菊花链的通讯方案也越来越受关注。

外部通讯：与整车的通信，目前大多数是通过CAN网络实现。

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集中式BMS系统

对于集中式BMS系统，除需要完成系统级的检测、诊断及控制外，还需要完成电池单体的电压采样、温度测量、单体均衡控制。由于需要其独立完成电池单元的信息采集，所以每个单元单体都需要与唯一的ECU通过线束连接。这就造成了集中式BMS系统的存在线束复杂的问题，不适用于多节数的电池系统。更多的被应用于中低压系统，如72/144V电池系统。




BMS硬件的接口

以分布式BMS为例，介绍常用输入、输出接口。

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主控

高压采样接口

接口	信号类型	备注
电池包B+	输入	高压采样
电池包B-	输入	高压采样
电池包P+	输入	高压采样
电池包P-	输入	高压采样

如下图，代表简易的电池系统，B+、B-、P+、P-的位置分别如图所示。BMS主控会检测这四个点的高压信号，用于继电器诊断。



低压电源接口

接口	信号类型	备注
系统地	输入/输出	系统供电
低压电源12V+	输入	系统供电
低压电源12V-	输出	系统供电
12V供电	输出	从控供电

低压电源用于系统供电，其中低压电源负与系统地在直流上等电位，但由于信号干扰，中间可能会出现扰动，所以二者之间通常会串联0欧姆电阻等用于消除扰动。

12V供电用于主控对从控的供电控制。当电池系统处于未工作状态，电池管理系统可以定时自我唤醒，进行电池均衡控制及巡检，如果未发现故障则再次进入休眠状态。在这种情况下，要求系统具备低功耗模式。

对于低功耗模式，主控可以通过系统基础芯片实现低功耗控制。对于从控，通常是通过主控来直接控制从控的供电。当系统处于低功耗模式时，主控可以直接将从控的开关断掉，切断供电。当系统被唤醒时，接通供电电源，进行信号采样、电池均衡等控制。

通讯接口

接口	信号类型	备注
内部CAN_H	CAN	内部通讯
内部CAN_L	CAN	内部通讯
整车CAN_H	CAN	外部通讯
整车CAN_L	CAN	外部通讯
充电CAN_H	CAN	充电通讯
充电CAN_L	CAN	充电通讯
CCAN1_PGND	输入/输出	CAN屏蔽地

内部CAN用于主控与从控间的通讯，整车CAN用于主控与整车的通讯，充电CAN用于与充电机的通讯，CAN屏蔽地用于提高CAN通讯网络的可靠性，降低电磁干扰。

电流信号采集接口

接口	信号类型	备注
电流传感器信号+	输入	内部通讯
电流传感器信号-	输入	内部通讯

电流信号测量通常通过霍尔传感器实现的。霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通入控制电流IC，当有一磁场B穿过该器件感磁面，则在输出端出现霍尔电势VH。通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。因此，电流传感器经过了电－磁－电的绝缘隔离转换。

高压互锁

接口	信号类型	备注
HVIL_IN	输入	高压互锁输入
HVIL_OUT	输出	高压互锁输出

BMS从高压互锁输出信号接口输出一个信号，通过高压互锁输入接收从高压部件的返回的信号，如果两个信号保持一致，则说明高压回路电器是完整的。

充电接口

接口	信号类型	备注
DC_CC	输入	车载充电
CC2	输入	直流快充
CP	输入	直流快充

DC_CC用于车载交流充电，CC2与CP用于直流快充。

钥匙检测

接口	信号类型	备注
钥匙ON挡检测	输入	/

钥匙检测信号通常用于工作模式管理，BMS当检测到车辆熄火后，使系统进入低功耗状态，以防止其长时间工作导致低压蓄电池亏电。当车辆点火后，通过检测钥匙信号重新唤醒BMS。

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从控

接口	信号类型	备注
主控12V+	输入	主控供电
内部地GND	/	电源地
内部CAN_H	CAN	主从通讯
内部CAN_L	CAN	主从通讯
内部CAN屏蔽地	/	电源地
故障硬线报警输出	输出	故障冗余
单体采集前端负	/	从控连接的电池单元负极
单体电池正	输入	单体正，相对电池单元负
温度检测	输入	/

从控许多接口与主控接口作用类似，这里的故障硬线报警输出是为满足功能安全要求的冗余设计，当从控检测到单体单元故障时，通过CAN网络发送故障的同时，将故障通过硬线发送给主控，这样就可以在CAN网络失效的情况下保证系统的安全性。

温度检测目前通常是通过NTC实现，通过测量其阻值实现对电池温度的监控。



结语

本文简单介绍了BMS硬件的拓扑结构，并以分布式BMS介绍了信号接口的分类及作用。

marjrh

尊敬的读者，关于您的BMS课程笔记内容，我已经了解了您的框架与核心内容。该笔记详细介绍了电池管理系统（BMS）硬件设计的初步知识，特别是分布式系统的拓扑结构和信号接口。其中，分布式系统涵盖了主控、从控（CMU或LECU）、外部通讯及内部通讯网络等关键组成部分。从控单元直接与电池单体接触，负责采集电池状态信息，在系统中起到至关重要的作用。对于学习者和工程师而言，深入理解这些硬件组件的功能与相互关系，是掌握BMS系统的基础。后续内容可能涉及更深入的硬件设计细节和系统应用。希望这些内容对您的学习有所帮助。

sxq0201

感谢您的分享。这是一个关于电池管理系统（Battery Management System，简称BMS）硬件设计的简要笔记。分布式电池管理系统是目前较为主流的结构之一，它由主控模块、从控模块（也称作CMU或LECU）以及外部和内部通讯网络构成。从控模块直接与电池单体接触，负责监控电池状态，如电压、电流和温度等，并将这些信息反馈给主控模块。主控模块则负责处理这些信息并控制电池系统的运行。内部通讯网络负责各个模块之间的数据传输，而外部通讯网络则负责与整车控制器或其他外部设备的通信。此系统的设计旨在提高电池管理的效率和安全性。

lidenghui

您提到的“CMS”（电池管理系统）硬件设计内容很专业。以下是我对这份课程笔记的回复：

关于CMS硬件设计，其拓扑结构是系统设计的核心。目前主要有分布式和集中式两种系统结构。分布式CMS系统结构更为复杂，通常包括主控、从控（如CMU或LECU）、外部及内部通讯网络。其中，从控直接与电池单体接触，负责监控电池状态，这对于保障电池安全和提升整车性能至关重要。信号接口部分详细介绍了系统输入输出接口的种类及作用，为硬件与软件之间的数据交互提供了基础。学习这些内容对于理解电池管理系统的运行原理非常有帮助。期待后续的学习笔记，共同探索这一领域的更多知识。