国产BMS拆解分析，到底采用了哪个大厂的方案？

原创电子工程世界 2024-06-21 07:06 1274浏览 0评论 0点赞

GaN电机驱动设计“避坑”指南 汽车用卸负载电阻低价方案

这几年，我国电动汽车诞生了很多“卷王”，对它们来说，过去更偏向于卷价格、卷地盘、卷外观、卷软件、卷硬件配置、卷产业链上下游，而现在这个阶段，BMS无疑是建立竞争力的核心。

按说，BMS本身是一个持续的概念，通俗说就是对电池均衡充电的需求一直存在。这是因为无论任何蓄电池，单体电压都很低，这项参数由电化学反应中电极不同元素之间的能级决定。提高电压唯一的办法就是串联，而串联有个问题就是柿子专拣软的捏，耐压最差的单体承受的压力最大，从而导致单个单元损坏，最终意味着整体都要报废。

这个问题在以前并不突出，因为汽车的电池管理从12V开始，那时候单体数少。但现在这个数值正在不断提升，如今我国电动车卷王们的最新的目标是800V，那么BMS的重要性就不言而喻。

想要搞清楚BMS，不光要从概念上搞懂，还需要实际看看内部的结构设计。今天，EEWorld的工程师就拆解了正昀的BMS，并对其中内部器件和结构进行了分析。

原贴地址：https://www.eeworld.com.cn/ajLCGu1

BMS概念和正昀BMS

这次拆解的BMS正昀电池管理系统是已经使用过的，应该不是最新的技术，但是原理大差不差，都是一样的。具体前面已经有大拿科普过BMS了，主要的功能分两部分，主动管理，就是及时发现串联电池单元串的不均衡端电压，采取措施均衡起来。这个措施比较多，最直接的就是并一串均压电阻，选择性接入电路，还有设置一次性熔断器单元，当这个电池单元不行了，直接短路，这样虽然少了一个，但是因为电池数量大，每个新增的电压增量不大，可以持续运行。还有被动管理，就是涉及过压保护，过流保护，超温保护等等。

摘抄一小段：

BMS（battery management system），是电动汽车不可或缺的重要部件，是管理和监控动力电池的中枢，管理、维护、监控电池各个模块，肩负着防止电池过充过放电、延长电池使用寿命、帮助电池正常运行的重任。电池管理系统（BMS）是连接车载电池和电动车的重要纽带，它主要的功能包括：电池物理参数实时监测、电池状态估计、在线诊断与预警、充放电与预充控制均衡管理、热管理等等。以上哪个功能实现不好，都会让电池出现致命的危害。

边拆边解

外壳拆解

整体是全金属外壳，厚度大概0.8mm，足够强度，也够分量，看来是给汽车配套的，不搞轻量化设计。标注清晰规范。

标准的产品还包括一个可以拆的射频天线，粘在顶部正中，

两侧各有2个螺丝，再加上顶部一个，拆下来就可以

外观有三组插接头，规格不大一样，而且最右侧的没有全部引出引脚，

拆开的天线，原来直接用的一个倒U型的PCB板，应该是MHz级别的频率。

内部PCB拆一下

移去顶盖，这个由两部分组成，顶部一个看起来是射频板，下面的是主板，

移去上部射频板的螺丝，拆了，

侧面还有一个3x2插针，用导热硅胶封住了，应该是固定粘接的作用，稍微用力可以拔下来，

移去顶部射频板

露出主板

注意到这里的螺丝都是带弹簧的防脱螺丝

移去主板，下面还衬着绝缘纸，因为外壳是金属的，这样也是双保险

射频板

射频板的背面很简洁，就是一些测试点

正面可以发现有物联网SIM卡固定槽，按着黄色的俺就就可以弹出

这个SIM800A模块是一个标准的GSM/GPRS模组，IM800A工作频率为GSM/GPRS 900/1800MHz，可以低功耗实现语音、SMS和数据信息的传输。SIM800A尺寸为24*24*3mm，能适用于各种紧凑型产品设计需求。这个是用AT命令，通过串口控制。

主板

主控板制版时整体涂了绝缘漆，所以，基本上绝缘漆涂上的地方，就完全看不清丝印，这样拆解分析就完全靠猜了。

核心主控芯片的漆层薄，大致看出来是NXP LPC系列产品，这个是通用型MCU，如果是用在汽车上。那么不得不说，这个还是省料了。因为车规主要有两点，一个是工作温度提高了大致105度的样子，另一个是内核设计会有防误考虑，如双核自动切换等，最主要的是需要交费通过车规试验。所以车规MCU一定是贵了不少的。

比较有意思的是这个电容，看起来是超级电容，通常是用在掉电保持的情况下，一般坚持数十秒，这个应该是提升性能和安全性来用的。

比较考验质量的是功率元件，这几个功率电感应该是共轭电感和变压器，线径粗绕线均匀，应该是品质比较高的产品。这个在BMS性能上是有很大助力的。

主控板的反面，基本上是正面排不下的元件，分一部分到反面来，功能应该统一起来分析。

从这个拆解看，做工很好，而且用料实在，应该工作环境是振动环境，所以采取了相应的措施。

因为不少元器件的丝印看不清楚，所以分析电路就需要沿线猜元件，随后继续分析。整体看起来还是采用了电阻均压的原理，用通用MCU来实现BMS软件的算法。

现在，已经有专门的BMS芯片，可以支持不少于48串电池的BMS管理，可以明显简化编程，简化电路设计。这个主控板还有CAN接口，应该是纳入车联网中，实现高级数据采样和控制。

不过，这个设计中没有发现热管理的设计，这样BMS的发热是确定的，这个设计采用的是自然通风散热的模式，应该总体功率不能很大，应该是早期电动车EV的配套产品。

对照学习BMS

电池管理系统的主要功能就是电池检测和电压均衡，这个拆解的BMS系统，功能比较全，应该是一个主控板，包括了物联网，电压管理，CAN通讯等多种功能，采用的芯片均为TI和ADI大厂产品。看来那时候国产芯片替代还没有上规模了。对比TI的这BQ756506和BQ79616的功能逻辑图，这个也是类似的逻辑

因为在BQ7xxxx芯片内部完成了ADC采样和内置电压均衡，所以MCU的工作就简单很多了。但是，这个正昀电池管理系统基本上都是功能独立的元件，那么主要的控制逻辑就在MCU中实现了。所以，其中的软件管理是非常重要的，也具有很大难度的。单从硬件拆解看，仅仅能猜测其功能和逻辑设计。

前一个帖子说明了因为绝缘漆基本上不能看清楚芯片的丝印。不过，因为同类型芯片比较多，因为PCB表面不平整，所以，就有绝缘漆层不厚的情况，大多数都查出来了。

这样就可以看看这个2015年出厂的BMS是如何设计的。

主控芯片

主控芯片是NXP LPC1178，它是一种适合嵌入式应用的Cortex-M3微控制器，具有高集成度和低功耗的特点，运行频率为120 MHz。功能包括512 kB闪存、96 kB数据存储器、以太网、USB 2.0设备/主机/OTG、8通道DMA控制器、5个UART、2个CAN通道、3个SSP/SPI、3个I2C、I2S、8通道12位ADC、10位DAC、QEI、SD/MMC、电机控制PWM、4个通用定时器、6输出通用PWM、带独立电池供电的超低功耗实时时钟以及最多109个通用I/O引脚。

这个芯片可以独立引出109个引脚，所以这里基本上都用到了，实现了UART连接， CAN通讯，ADC采样，电池均压电路管理等功能。

这个芯片最早在2016年就已经批量生产了，现在看来还在正常供货，也是一个长寿产品了。

SIM800A无线网卡

SIM800A是芯讯通的2G GSM/GPRS模组，SIM800A工作频率为GSM/GPRS 900/1800MHz，可以低功耗实现语音、SMS和数据信息的传输。SIM800A尺寸为24*24*3mm，能适用于各种紧凑型产品设计需求。现在很多地方，2G已经停止服务了。数据参数如下，也就是最大14.4kbps的数据通道。

•GPRS class 12：最大85.6 kbps（下行速率）

•支持PBCCH

•Coding schemes CS 1, 2, 3, 4

•PPP-stack

•CSD达14.4 kbps

•USSD

•非透传

这个管理比较简单，就是通过标准的AT指令实现。具体参考SIM800A (simcom.com)。

而且直接采用PCB天线，现在应该有更多的选择，并且支持到4G，甚至5G模块也已经出境了。

CAN控制器是MCP2515 和数据隔离器ADUM1201，这个BMS有一个重要的功能就是CAN通讯接口。CAN协议通常在工业中尤其是汽车上，广泛应用，各个设备都在CAN总线上，自动识别哪个设备发送，管理简单可靠。这个芯片是SPI控制的CAN控制器。上面提到的LPC1778已经自动有两路CAN可以直接控制传输了，只是增加数据隔离和电平转换就可以了。但是这个方案还是采用了SPI控制的CAN控制器，应该是可以多提供一个CAN接口。在上述的端口可以看到，有CAN1，CAN2，CAN3至少3组CAN通道，所以增加一个CAN控制器是可以理解的。控制逻辑图如下

连接在CAN网络的每个设备都在侦听网路，发送和接受对应的传输信息。

对应于CAN总线，工作电压是在很大的范围波动的，想想一下汽车启动时车内灯都突然暗一下的场景吧。使用数字隔离器ADUM1201。ADuM1201是采用1/1通道方向性的双通道数字隔离器，其基于ADI公司iCoupler®技术。这些隔离器件将高速CMOS与单芯片变压器技术融为一体，具有优于光耦合器等替代器件的出色性能特征。适合用在