电池管理系统（BMS）设计与制造技术 许铀 魏亮亮 刘鲁新 熊会元 雷

新能源汽车的推广与技术研发是我国实现双碳目标的重要手段。动力电池系统作为新能源汽车的主要能源，其性能好坏直接影响整车的安全性及续驶里程。电池管理系统（BMS）可以对动力电池进行信息采集、性能预测、状态控制及预警防护，为新能源汽车安全、可靠的使用提供有效保障。
近十年来，作者与国内多家新能源汽车生产企业及动力电池生产企业合作，对BMS开发技术进行了深入的研究和探索。《电池管理系统（BMS）设计与制造技术》结合作者近年来的工作实践，针对BMS产品的工程化问题，分别从BMS产品的概况、开发及产品周期、硬件设计、软件设计、测试及验证等方面，系统地对BMS产品设计与制造过程各个环节的具体内容、相关指标及可采取的方法与手段进行了探讨。
《电池管理系统（BMS）设计与制造技术》可作为新能源汽车BMS产品开发从业者的参考书，也可作为非汽车用储能电源的技术人员的参考书。

许铀，广东技术师范大学汽车与交通工程学院教授，车辆工程系系主任，广东省新能源汽车电源与安全系统工程技术中心副主任，长期从事新能源汽车关键技术研究、整车电力电子系统研发、精密反求装备研发。近年来，主持多项省部级项目，获得广东省科技进步三等奖1项、东莞市科技进步二等奖1项、广东省机械工业科学技术二等奖1项，在国内外学术刊物上发表论文近25篇，其中三大索引收录11篇，已获国家发明专利5件、实用新型专利3件、软件著作权5件。

魏亮亮，中山大学智能工程学院副教授，长期从事新能源汽车、电池管理系统、电池储能和永磁电机等研究。近年来，主持国家自然科学基金青年基金项目1项，参与深圳市双碳项目1项等。获得湖北省科技进步一等奖1项，在国内外学术刊物上发表论文近26篇，其中以第一作者或通讯作者发表SCI论文9篇。

刘鲁新，毕业于清华大学电子工程系，硕士研究生学历，从2009年开始长期从事锂电池电池管理系统关键技术研究。近年来，参与多项国家储能863计划、973计划科研项目，获得广西科技进步奖，组建广东省储能工程技术中心，在国内外学术刊物上发表论文多篇，已获国家发明专利及实用新型专利多件。

熊会元，中山大学智能工程学院副教授、博士生导师，广东省新型轻量化电动汽车工程实验室副主任。长期从事新能源汽车整车集成、动力总成、自动驾驶等关键技术研究。近年来，主持国家重大项目、广东省重大科技专项等省部级项目，获得广东省科技进步三等奖1项、东莞市科技进步二等奖1项、首届“兴智杯”全国人工智能创新应用大赛行业大赛二等奖、中国产学研创新成果奖等奖项，在国内外学术刊物上发表论文近60篇，其中包括SCI/EI 期刊论文20余篇、ESI论文1篇，已获国家发明专利20余件。

雷晓，毕业于南京邮电大学，硕士研究生学历。曾任职中国航天科技集团公司下属研究所，参与过多个国家重点型号项目。目前就职于西安迅湃快速充电技术有限公司，从事新能源汽车测试技术前瞻研究工作，其带领团队开发的动力电池测试系统在国内最早满足国际知名主机厂和零部件厂的核心测试需求。

适读人群 ：新能源汽车BMS产品开发从业者，高等院校电气工程、车辆工程等专业师生
1.产业界和学术界专家联合撰写，书中内容源于作者在动力电池系统领域十多年的理论研究及产品开发经验。
2.书中内容聚焦BMS产品的工程化问题，系统介绍BMS产品设计与制造过程各个环节的具体内容、相关指标及可采取的方法与手段。

从2000年到2022年，我国汽车产量从200多万辆增加到2700多万辆，增长了13倍以上，目前销量已连续多年位居世界第一。在全球实现“碳达峰、碳中和”的目标推动下，进一步细化我国汽车强国战略目标，缓解能源危机及实现环境保护，将汽车产品推向“低碳化、信息化、智能化”的技术趋势，我国新能源汽车产业经过多年的持续努力，技术水平显著提升，产业体系日趋完善，其销量目前已超过全球市场的50%，成为全球最重要的新能源汽车市场，呈现市场规模、发展质量“双提升”的良好局面。动力电池系统作为新能源汽车的核心零部件，其质量好坏直接关系到整车安全、稳定和续驶里程。制造科学合理、功能完善的电池管理系统(Battery Management System，BMS)，是对电池系统进行实时监测、故障排查及安全预警的必要前提，也是提升我国动力电池系统产品质量及国际竞争力的有力支撑。
“能否有一本图书，系统地对BMS功能、产品开发周期及流程、软硬件设计以及测试验证进行介绍，为BMS生产企业和研发人员提供参考和指引，规范BMS产品制造和生产？”这样的图书逐渐成为当前众多电池系统从业人员在学习和研发过程中渴望获得的资料。
鉴于上述想法，作者结合多年在动力电池系统领域的理论研究及产品开发经验，编写了《电池管理系统（BMS）设计与制造技术》一书。《电池管理系统（BMS）设计与制造技术》针对BMS产品的工程化问题，分别从BMS产品的概况、开发及产品周期、硬件设计、软件设计、测试及验证等方面，系统地对BMS产品设计与制造过程各个环节的具体内容、相关指标及可采取的方法与手段进行了探讨。希望能实现两个目的：其一，为电池系统从业人员、BMS研发及制造人员提供一本关于BMS开发及制造的参考用书；其二，抛砖引玉，希望引起更多同行朋友对这一技术领域的重视，共同促进新能源汽车动力电池系统的快速发展。为方便同行进行沟通交流，作者注册了电子邮箱([email protected])，欢迎来信讨论。
《电池管理系统（BMS）设计与制造技术》由广东技术师范大学许铀教授主笔，中山大学魏亮亮副教授负责BMS概况内容的撰写，刘鲁新高工负责BMS工程化应用内容的撰写，中山大学熊会元副教授负责BMS硬件设计内容的撰写，西安迅湃快速充电技术有限公司雷晓高工负责BMS测试及验证内容的撰写。在写作过程中，中山大学新能源汽车研究中心的谭晓军教授给予了全面的指导。
《电池管理系统（BMS）设计与制造技术》的大部分内容是广东省重点领域研发计划项目“高可靠全监控智能电芯系统的技术研发及应用”(2023B0909050002)、广州市重点研发计划项目“面向多层面安全防控的城市电动自行车高性能电池技术研发与应用”(2023B03J0002)、广东技术师范大学校级博士点建设单位科研能力提升项目“面向道路交通的新能源汽车动力电池系统安全监控技术研发及应用”(22GPNUZDJS43)、广东省智能交通系统重点实验室开放基金课题“基于‘机、电、热’多参数模型的三元电池性能评价”(202005004)的研究成果，谨此一并致谢广东省科技厅、广州市科技局、广东技术师范大学科研处的支持和项目组成员们的辛勤劳动。
由于作者水平有限，书中疏漏和不当之处在所难免，敬请广大读者批评指正。

作　者

前言
作者简介
第1章　BMS综述
1.1　BMS的角色定位
1.2　BMS的主要功能
1.2.1　电池状态监测
1.2.2　电池状态分析
1.2.3　电池安全保护
1.2.4　能量控制管理
1.2.5　电池信息管理
1.3　BMS的产品举例
1.4　BMS的技术发展
1.4.1　锂离子电池组引发的BMS深度研究
1.4.2　BMS技术取得的进步
第2章　BMS的开发及产品周期
2.1　BMS开发流程综述
2.1.1　基于双V模型的BMS开发
2.1.2　BMS开发需要满足的标准、规范
2.1.3　BMS研发的过程
2.2　BMS产品前期分析阶段
2.2.1　BMS产品需求分析
2.2.2　BMS产品可行性分析
2.2.3　BMS产品安全风险分析
2.3　BMS产品设计开发阶段
2.3.1　BMS硬件设计过程控制
2.3.2　BMS软件设计过程控制
2.3.3　BMS集成验证测试
2.4　BMS产品生产运营阶段
2.4.1　BMS的生产
2.4.2　BMS的销售与维护
第3章　BMS硬件设计
3.1　硬件总体方案设计
3.2　电源系统输出及保护设计
3.2.1　电源分配单元（PDU）设计
3.2.2　保护设计
3.3　拓扑设计
3.3.1　拓扑选择
3.3.2　拓扑设计需求分析及设计要求
3.3.3　四种典型拓扑设计的案例
3.4　BCU、BMC及均衡电路的设计
3.4.1　BCU设计需求分析
3.4.2　BCU的具体设计
3.4.3　BMC设计需求分析
3.4.4　BMC的具体设计
3.4.5　均衡电路设计需求分析
3.4.6　均衡电路的具体设计
3.4.7　通信模块的设计
3.5　硬件测试及验证
3.5.1　电源性能测试及验证
3.5.2　继电器驱动测试及验证
3.5.3　继电器锁存功能测试及验证
3.5.4　BCU绝缘检测功能测试及验证
3.5.5　电池系统总电压采集功能测试及验证
3.5.6　信息采集与数据存储测试及验证
3.5.7　均衡控制功能测试及验证
第4章　BMS软件设计
4.1　BMS软件架构
4.1.1　嵌入式软件架构
4.1.2　企业软件架构
4.2　基于V流程的软件开发实践
4.2.1　系统需求
4.2.2　软件需求
4.2.3　概要设计
4.2.4　详细设计
4.2.5　软件的测试验证
4.2.6　程序的下载及烧录
4.3　BMS软件的各项核心功能开发
4.3.1　BMS软件的核心功能概述
4.3.2　电池数据采集软件的开发
4.3.3　电池系统控制功能开发
4.3.4　电池系统状态分析
4.3.5　电池系统安全管理功能开发
4.3.6　电池数据远程管理（车端部分）
第5章　BMS的验证
5.1　关于BMS验证的一些基本问题
5.1.1　在产品设计、制造的不同阶段对BMS的验证
5.1.2　BMS测试能力体系建设
5.1.3　测试文档
5.2　面向BMS设计、开发阶段的测试验证
5.2.1　BMS设计、开发阶段的测试验证分类
5.2.2　测试方法
5.2.3　用于BMS开发验证的几种模式
5.2.4　基于V模型的测试验证过程
5.2.5　单元测试
5.2.6　集成测试
5.2.7　系统测试
5.3　面向BMS产品制造阶段的测试验证
5.3.1　BMS标准化品质保障体系
5.3.2　BMS标准化生产流程及工艺
5.3.3　BMS产品的测试验证总结及需完善事项
参考文献