國產BMS硬核拆解（第一期）：採用了哪個大廠的方案？

這幾年，我國電動汽車誕生了很多“卷王”，對它們來說，過去更偏向於卷價格、卷地盤、卷外觀、卷軟件、卷硬件配置、卷產業鏈上下游，而現在這個階段，BMS無疑是建立競爭力的核心。

按說，BMS本身是一個持續的概念，通俗說就是對電池均衡充電的需求一直存在。這是因爲無論任何蓄電池，單體電壓都很低，這項參數由電化學反應中電極不同元素之間的能級決定。提高電壓唯一的辦法就是串聯，而串聯有個問題就是柿子專揀軟的捏，耐壓最差的單體承受的壓力最大，從而導致單個單元損壞，最終意味着整體都要報廢。

這個問題在以前並不突出，因爲汽車的電池管理從12V開始，那時候單體數少。但現在這個數值正在不斷提升，如今我國電動車卷王們的最新的目標是800V，那麼BMS的重要性就不言而喻。

想要搞清楚BMS，不光要從概念上搞懂，還需要實際看看內部的結構設計。今天，EEWorld的工程師就拆解了正昀的BMS，並對其中內部器件和結構進行了分析。

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BMS概念和正昀BMS

這次拆解的BMS正昀電池管理系統是已經使用過的，應該不是最新的技術，但是原理大差不差，都是一樣的。具體前面已經有大拿科普過BMS了，主要的功能分兩部分，主動管理，就是及時發現串聯電池單元串的不均衡端電壓，採取措施均衡起來。這個措施比較多，最直接的就是並一串均壓電阻，選擇性接入電路，還有設置一次性熔斷器單元，當這個電池單元不行了，直接短路，這樣雖然少了一個，但是因爲電池數量大，每個新增的電壓增量不大，可以持續運行。還有被動管理，就是涉及過壓保護，過流保護，超溫保護等等。

摘抄一小段：

BMS（battery management system），是電動汽車不可或缺的重要部件，是管理和監控動力電池的中樞，管理、維護、監控電池各個模塊，肩負着防止電池過充過放電、延長電池使用壽命、幫助電池正常運行的重任。電池管理系統（BMS）是連接車載電池和電動車的重要紐帶，它主要的功能包括：電池物理參數實時監測、電池狀態估計、在線診斷與預警、充放電與預充控制均衡管理、熱管理等等。以上哪個功能實現不好，都會讓電池出現致命的危害。

邊拆邊解

外殼拆解

整體是全金屬外殼，厚度大概0.8mm，足夠強度，也夠分量，看來是給汽車配套的，不搞輕量化設計。標註清晰規範。

標準的產品還包括一個可以拆的射頻天線，粘在頂部正中，

兩側各有2個螺絲，再加上頂部一個，拆下來就可以

外觀有三組插接頭，規格不大一樣，而且最右側的沒有全部引出引腳，

拆開的天線，原來直接用的一個倒U型的PCB板，應該是MHz級別的頻率。

內部PCB拆一下

移去頂蓋，這個由兩部分組成，頂部一個看起來是射頻板，下面的是主板，

移去上部射頻板的螺絲，拆了，

側面還有一個3x2插針，用導熱硅膠封住了，應該是固定粘接的作用，稍微用力可以拔下來，

移去頂部射頻板

露出主板

注意到這裡的螺絲都是帶彈簧的防脫螺絲

移去主板，下面還襯着絕緣紙，因爲外殼是金屬的，這樣也是雙保險

射頻板

射頻板的背面很簡潔，就是一些測試點

正面可以發現有物聯網SIM卡固定槽，按着黃色的俺就就可以彈出

這個SIM800A模塊是一個標準的GSM/GPRS模組，IM800A工作頻率爲GSM/GPRS 900/1800MHz，可以低功耗實現語音、SMS和數據信息的傳輸。SIM800A尺寸爲24*24*3mm，能適用於各種緊湊型產品設計需求。這個是用AT命令，通過串口控制。

主板

主控板製版時整體塗了絕緣漆，所以，基本上絕緣漆塗上的地方，就完全看不清絲印，這樣拆解分析就完全靠猜了。

核心主控芯片的漆層薄，大致看出來是NXP LPC系列產品，這個是通用型MCU，如果是用在汽車上。那麼不得不說，這個還是省料了。因爲車規主要有兩點，一個是工作溫度提高了大致105度的樣子，另一個是內核設計會有防誤考慮，如雙核自動切換等，最主要的是需要交費通過車規試驗。所以車規MCU一定是貴了不少的。

比較有意思的是這個電容，看起來是超級電容，通常是用在掉電保持的情況下，一般堅持數十秒，這個應該是提升性能和安全性來用的。

比較考驗質量的是功率元件，這幾個功率電感應該是共軛電感和變壓器，線徑粗繞線均勻，應該是品質比較高的產品。這個在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，分一部分到反面來，功能應該統一起來分析。

從這個拆解看，做工很好，而且用料實在，應該工作環境是振動環境，所以採取了相應的措施。

因爲不少元器件的絲印看不清楚，所以分析電路就需要沿線猜元件，隨後繼續分析。整體看起來還是採用了電阻均壓的原理，用通用MCU來實現BMS軟件的算法。

現在，已經有專門的BMS芯片，可以支持不少於48串電池的BMS管理，可以明顯簡化編程，簡化電路設計。這個主控板還有CAN接口，應該是納入車聯網中，實現高級數據採樣和控制。

不過，這個設計中沒有發現熱管理的設計，這樣BMS的發熱是確定的，這個設計採用的是自然通風散熱的模式，應該總體功率不能很大，應該是早期電動車EV的配套產品。

對照學習BMS

電池管理系統的主要功能就是電池檢測和電壓均衡，這個拆解的BMS系統，功能比較全，應該是一個主控板，包括了物聯網，電壓管理，CAN通訊等多種功能，採用的芯片均爲TI和ADI大廠產品。看來那時候國產芯片替代還沒有上規模了。對比TI的這BQ756506和BQ79616的功能邏輯圖，這個也是類似的邏輯

因爲在BQ7xxxx芯片內部完成了ADC採樣和內置電壓均衡，所以MCU的工作就簡單很多了。但是，這個正昀電池管理系統基本上都是功能獨立的元件，那麼主要的控制邏輯就在MCU中實現了。所以，其中的軟件管理是非常重要的，也具有很大難度的。單從硬件拆解看，僅僅能猜測其功能和邏輯設計。

前一個帖子說明了因爲絕緣漆基本上不能看清楚芯片的絲印。不過，因爲同類型芯片比較多，因爲PCB表面不平整，所以，就有絕緣漆層不厚的情況，大多數都查出來了。

這樣就可以看看這個2015年出廠的BMS是如何設計的。

主控芯片

主控芯片是NXP LPC1178，它是一種適合嵌入式應用的Cortex-M3微控制器，具有高集成度和低功耗的特點，運行頻率爲120 MHz。功能包括512 kB閃存、96 kB數據存儲器、以太網、USB 2.0設備/主機/OTG、8通道DMA控制器、5個UART、2個CAN通道、3個SSP/SPI、3個I2C、I2S、8通道12位ADC、10位DAC、QEI、SD/MMC、電機控制PWM、4個通用定時器、6輸出通用PWM、帶獨立電池供電的超低功耗實時時鐘以及最多109個通用I/O引腳。

這個芯片可以獨立引出109個引腳，所以這裡基本上都用到了，實現了UART連接， CAN通訊，ADC採樣，電池均壓電路管理等功能。

這個芯片最早在2016年就已經批量生產了，現在看來還在正常供貨，也是一個長壽產品了。

SIM800A無線網卡

SIM800A是芯訊通的2G GSM/GPRS模組，SIM800A工作頻率爲GSM/GPRS 900/1800MHz，可以低功耗實現語音、SMS和數據信息的傳輸。SIM800A尺寸爲24*24*3mm，能適用於各種緊湊型產品設計需求。現在很多地方，2G已經停止服務了。數據參數如下，也就是最大14.4kbps的數據通道。

•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達14.4 kbps

•USSD

•非透傳

這個管理比較簡單，就是通過標準的AT指令實現。具體參考SIM800A (simcom.com)。

而且直接採用PCB天線，現在應該有更多的選擇，並且支持到4G，甚至5G模塊也已經出境了。

CAN控制器是MCP2515 和數據隔離器ADUM1201，這個BMS有一個重要的功能就是CAN通訊接口。CAN協議通常在工業中尤其是汽車上，廣泛應用，各個設備都在CAN總線上，自動識別哪個設備發送，管理簡單可靠。這個芯片是SPI控制的CAN控制器。上面提到的LPC1778已經自動有兩路CAN可以直接控制傳輸了，只是增加數據隔離和電平轉換就可以了。但是這個方案還是採用了SPI控制的CAN控制器，應該是可以多提供一個CAN接口。在上述的端口可以看到，有CAN1，CAN2，CAN3至少3組CAN通道，所以增加一個CAN控制器是可以理解的。控制邏輯圖如下

連接在CAN網絡的每個設備都在偵聽網路，發送和接受對應的傳輸信息。

對應於CAN總線，工作電壓是在很大的範圍波動的，想想一下汽車啓動時車內燈都突然暗一下的場景吧。使用數字隔離器ADUM1201。ADuM1201是採用1/1通道方向性的雙通道數字隔離器，其基於ADI公司iCoupler®技術。這些隔離器件將高速CMOS與單芯片變壓器技術融爲一體，具有優於光耦合器等替代器件的出色性能特徵。適合用在

邏輯圖如下

BMS平衡電阻的控制LM5110 和AO4482，在不均衡電池充電電壓下，驅動電池和電壓進行對應的BMS控制，使用TI LM510驅動器，實現雙通道驅動，根據官網，這個產品已經被更新的規格替代了。

驅動控制的是AO4482的100V MOSFET

根據這個BMS標識，還包括電池電流Ibat的採樣，和DI數字輸入的功能。其中數字放大器時用於車用電池的專用芯片，功能如下

模擬採樣ADUC7039和數據採樣ADUM2401，

這個用來捕捉電池的電流，對於數據輸入，先使用數據隔離器ADUM2401，保證點評穩定，然後使用數據緩衝器SN74LVC07A，準確記錄輸入的數據，定定期從內存讀取。

其他

這個產品還有專門的電路板供電迴路的DC/DC直流變換器，使用的是UCC2813，但是現在已經升級到UCC3813。參加UCCx813-x Low-Power Economy BiCMOS Current-Mode PWM datasheet (Rev. F) (ti.com.cn)

整個開發板從現在的角度看，而是使用了大量的國際大廠的產品，而且，近10年了，這些產品多數仍然還在供應。保持了極強的供貨能力和生命週期。

另外，整個電路板使用了大量的電感和信號變壓器，繞線均勻。絕緣封閉封閉很好，也是品質優良的產品。

雖然從現在的角度看，這個電路板的集成能力，以及設計理念已經落後了。

但是從製造工藝和軟件開發能力看，確實還是有一定水平的。

不過，現在已經有了摩托車，那麼誰還會去騎自行車。更多汽車相關技術內容、創新思路和實踐經驗，歡迎大家關注訂閱號：汽車開發圈