這篇文章主要介紹新能源大巴的電池和BMS的結構與乘用車的區別， 本文主要分三個部分， 新能源大巴行業、新能源電池系統結構和新能源大巴的BMS系統， 抛磚引玉歡迎各位拍磚。
第一部分 新能源大巴行業
其實數數全球的商用車(大巴+卡車)， 大致的方向還是沿著就有的習慣做HEV， 國內總體而言， 是以純電動+PHEV為主的。 這裡的主要原因， 還是歐美日在發動機和變速箱方面的積累， 如果按照國內的純電動大巴模式， 配置300kwh以上的， 很大的價值都給電池給占去了。
·商用巴士：New Flyer、Thomas、Navistar/IC、Volvo、Hino、Smith、GM、Daimler、TOYOTA和MitsubishiFuso。
·卡車 Smith、Volvo、Navistar、Daimler、TOYOTA、Hino、ISUZU、Iveco、PACCAR、Azure Dynamics、Daihatsu、Nissan和Mitsubishi Fuso。
圖1和圖2的資料製圖， 是參考了《Key Factors of the Power Battery Development in 2013：E-Motorcycle & EV》一文裡面的資料。
圖1 美國和日本新能源大巴的情況
圖2 除中國外新能源商用車電池供給情況
與之相比， 國內的情況是根據補貼來的， 有了較大的單位的每度電補貼以後， 做純電動這種形式就變得更有利了。 所以總體來說， 對於商用車的以每度電補貼， 完全扭轉了整個技術路線， 直接把國內所有做大巴的企業將HEV砍掉(這事就是發生在2013和2014的時候， 現在已經回不過去了)， 轉到BEV和配置較高的電池的PHEV的形式上來了。
圖 3 2014年中國商用車銷售情況
更有趣的是， 通過配置電池， 將電動里程零耗油的部分換算進去，
圖4 商用車的油耗水準
第二部分 新能源大巴電池系統架構
我們這裡使用A123&萬向的例子來看這個系統架構， 我們來對比兩個案子美國的Navistar和上汽萬向的純電動大巴， 他們都是拿著A123的模組來， 按照A123的基本成組模式。
1) 上汽和萬向合資純電動大巴
圖5包括模組成組， 電池包佈置還有系統框圖， 其中模組(含BMU)這一級， 基本是電池廠出來各個產品(大車、小車)都能用了。
圖5 上汽萬向純電動大巴
2) Navistar的HEV電池包
歐洲和美國也用了不少A123的電池系統(基礎是20Ah的電芯)， 整個結構是非常類似的。 如圖6所示， 採取單體串聯=》模組並聯=》再串聯的電池構成的模式來獲取大的容量。
圖6 Navistar的HEV大巴
總體來說， 純電大巴的電池系統結構， 大體根據結構工程師來佈置， 分成4～8個包；HEV+PHEV的包呢， 分的數量少一些都包在一起。 區別的地方在於， 如比亞迪和CATL(這兩家)採取的是較大的單體， 先串聯然後總的進行並聯配置， 如比亞迪的系統設計。 三組電池包並聯， 標準輸出電壓直流540V， 組內電池模組串聯， 每組電池包21個模組， 每個模組內含有8個單體電池(標準電壓3.3V)， 模組的電壓為26.67V。 在K9的佈置中， 採取前橋承載1個電池包， 後橋左右各承載一個電池包， 整車高壓線束通過左風道、車內電子路牌和右側尾部立柱的模式， 由於採取這種模式， 比亞迪需要在每個電池包內進行配電管理， 考慮主正、主負和預充繼電器， 每個電池包內需要一個BMS主控進行獨立核算。
圖7 比亞迪系統的設計
CATL的純電動巴士通用電池箱230/320KWH，電芯：200Ah LFP(多層捲繞方形鋁殼)，模組為2P3S 或 3P2S，電池箱(鋁壓鑄)為2P18S 或 3P12S(6個模組)，電箱參數: 57.6V/23kWh 或 38.4V/23kWh；其中230kWh電池系統由10個2P18S電池箱串聯，320kWh電池系統由14個3P12S電池箱串聯。
圖8 CATL的系統設計
圖9，是以前在分析五洲龍和沃特瑪電池時候畫的，算是比較典型的系統架構圖，這裡拿來作為完全串聯的一種架構模式。
圖9 沃特瑪五洲龍的系統設計
所有大的新能源大巴這裡的幾個問題其實是普遍存在的：
1)單體確實比較大，採用LFP還是必由之路，否則200Ah的電芯，內層發熱散熱問題較大
2)電池包分別佈置在多個區域，導致區域內的各種環境條件(溫度、振動)，整個電池組內的溫差，按照實際的情況在10度以上
3)單個包，配置BMU或者繼電器之後，本身的安全性需要獨立設計核算，內部加繼電器的，BMU的控制許可權需要提升，整個分散式控制系統的低壓控制線和通信線所受的回路比較大
4)電池模組的堆疊，機械應力上差異也比較大，把模組堆在模組上，其實不是好好的主意
第三部分 新能源大巴的BMS
新能源大巴幾乎都是採用，分散式管理系統(電池管理系統+多個溫度電壓測量單元方式)將電池模組的功能獨立分離，整個系統形成了單體電壓和溫度測量均衡單元、電池管理控制器、繼電器控制器和整車控制器，三層兩個網路的形式。這裡主要考慮的問題還是基於模組化的考慮，生產和組裝分離，在裝車的時候進行網路配置。
如果單從BMS的角度來看，大巴車的BMS系統與乘用車的主要有以下的差異：
1) 由於大巴車輛的電源系統是基於24V系統，所以對於BMS來說裡面需要考慮的供電問題。
a. 電源系統的特別是抑制這塊需要單獨設計，由於BMS的電源部分需要用個Buck電路來替代LDO，如圖10所示，24V系統的考量還是需要在電源上做更多處理，否則脈衝抑制不住會燒毀器件。
b. 由於24V系統的原因，配置DC-DC是必須的，BMS的計算量偏大，匯流排頻率和電流量就大一些，這裡一般配置2路Buck拓撲的DC-DC給電源供電。
c.BMU的供電也是一個大問題了，所以BMU的內部架構，往往是只能將MCU、測量和備份晶片從模組取電，否則需要在BMS裡面構建一個24V配電盒的功能，加些熔絲在裡面了。
d. 由於大巴的24V電池容量高一些，對於漏電流方面的管理需要弱化一些。
圖10 BMS電源系統架構
圖11 12V和24V電源抑制
2) CAN通信的脈衝抑制，同上由於線束的佈置問題，CAN上面的串擾不是一點點大，導致原有的設計需要更改。
a. BMS在這裡一般有三路CAN電路，分診斷CAN、與整車控制器通信CAN和BMU的CAN，由於電池包的分散佈置，使得整個BMS和BMU之間CAN的環路太長，耦合進來的東西會比較多。
b. 由於某些部件，比如電動壓縮機、電機控制器，本身控制板上的CAN線耦合了很多的東西，使得BMS外部收到的干擾也很多，所以實際溝通下來的情況，就是通信電路和錯誤幀非常多。
圖12 乘用車CAN通信電路
3) 單體均衡，由於電動大巴容量(1個就是200Ah，還有2P和3P的)很大，很多公司用了加大的被動均衡或者主動均衡電路，這塊區別也比較大，所以看到有公司給大的均衡電阻配置獨立的散熱器的。所以未來如果發展的方向是大容量的電池，像比亞迪這樣提高母線的電壓，將壓力從單體容量上轉移給逆變器和電機，就是IGBT上還是靠譜的。
4) 由於大巴的電源波動，某些公司甚至獨立配了個12V備份電源獨立給電池包內配置一個供電系統，所以一般BMU和BMS之間只有CAN線和報警線之間的關係了，這裡補一個安全氣囊的PWM報警輸出口的電路，我個人覺得其實BMU和BMS之間在未來需要有一個額外的通信備份介面，用PWM定義確實比較合適，在圖裡面把Collision改成單體過壓和模組過壓的報警就可以直接使用了。
圖13 PWM報警介面定義參考
這塊內容，主要還是根據和汽車電子俱樂部的相關工程師一起交流和總結的內容，實際的情況比這個更複雜一些。由於大巴企業的BMS供應商普遍僅僅參考《QCT 897-2011 電動汽車用電池管理系統技術條件》這份行業標準來做產品，整個BMS產品的水準就很值得商榷了。如果仔細對比整個細節的參數和樣品驗證的數量，其實和GBT 28046-2011 道路車輛 電氣及電子設備的環境條件和試驗(1～5)之間都有很大的差距。
圖14 QCT897-2011內技術要求
每個電池包內需要一個BMS主控進行獨立核算。圖7 比亞迪系統的設計
CATL的純電動巴士通用電池箱230/320KWH，電芯：200Ah LFP(多層捲繞方形鋁殼)，模組為2P3S 或 3P2S，電池箱(鋁壓鑄)為2P18S 或 3P12S(6個模組)，電箱參數: 57.6V/23kWh 或 38.4V/23kWh；其中230kWh電池系統由10個2P18S電池箱串聯，320kWh電池系統由14個3P12S電池箱串聯。
圖8 CATL的系統設計
圖9，是以前在分析五洲龍和沃特瑪電池時候畫的，算是比較典型的系統架構圖，這裡拿來作為完全串聯的一種架構模式。
圖9 沃特瑪五洲龍的系統設計
所有大的新能源大巴這裡的幾個問題其實是普遍存在的：
1)單體確實比較大，採用LFP還是必由之路，否則200Ah的電芯，內層發熱散熱問題較大
2)電池包分別佈置在多個區域，導致區域內的各種環境條件(溫度、振動)，整個電池組內的溫差，按照實際的情況在10度以上
3)單個包，配置BMU或者繼電器之後，本身的安全性需要獨立設計核算，內部加繼電器的，BMU的控制許可權需要提升，整個分散式控制系統的低壓控制線和通信線所受的回路比較大
4)電池模組的堆疊，機械應力上差異也比較大，把模組堆在模組上，其實不是好好的主意
第三部分 新能源大巴的BMS
新能源大巴幾乎都是採用，分散式管理系統(電池管理系統+多個溫度電壓測量單元方式)將電池模組的功能獨立分離，整個系統形成了單體電壓和溫度測量均衡單元、電池管理控制器、繼電器控制器和整車控制器，三層兩個網路的形式。這裡主要考慮的問題還是基於模組化的考慮，生產和組裝分離，在裝車的時候進行網路配置。
如果單從BMS的角度來看，大巴車的BMS系統與乘用車的主要有以下的差異：
1) 由於大巴車輛的電源系統是基於24V系統，所以對於BMS來說裡面需要考慮的供電問題。
a. 電源系統的特別是抑制這塊需要單獨設計，由於BMS的電源部分需要用個Buck電路來替代LDO，如圖10所示，24V系統的考量還是需要在電源上做更多處理，否則脈衝抑制不住會燒毀器件。
b. 由於24V系統的原因，配置DC-DC是必須的，BMS的計算量偏大，匯流排頻率和電流量就大一些，這裡一般配置2路Buck拓撲的DC-DC給電源供電。
c.BMU的供電也是一個大問題了，所以BMU的內部架構，往往是只能將MCU、測量和備份晶片從模組取電，否則需要在BMS裡面構建一個24V配電盒的功能，加些熔絲在裡面了。
d. 由於大巴的24V電池容量高一些，對於漏電流方面的管理需要弱化一些。
圖10 BMS電源系統架構
圖11 12V和24V電源抑制
2) CAN通信的脈衝抑制，同上由於線束的佈置問題，CAN上面的串擾不是一點點大，導致原有的設計需要更改。
a. BMS在這裡一般有三路CAN電路，分診斷CAN、與整車控制器通信CAN和BMU的CAN，由於電池包的分散佈置，使得整個BMS和BMU之間CAN的環路太長，耦合進來的東西會比較多。
b. 由於某些部件，比如電動壓縮機、電機控制器，本身控制板上的CAN線耦合了很多的東西，使得BMS外部收到的干擾也很多，所以實際溝通下來的情況，就是通信電路和錯誤幀非常多。
圖12 乘用車CAN通信電路
3) 單體均衡，由於電動大巴容量(1個就是200Ah，還有2P和3P的)很大，很多公司用了加大的被動均衡或者主動均衡電路，這塊區別也比較大，所以看到有公司給大的均衡電阻配置獨立的散熱器的。所以未來如果發展的方向是大容量的電池，像比亞迪這樣提高母線的電壓，將壓力從單體容量上轉移給逆變器和電機，就是IGBT上還是靠譜的。
4) 由於大巴的電源波動，某些公司甚至獨立配了個12V備份電源獨立給電池包內配置一個供電系統，所以一般BMU和BMS之間只有CAN線和報警線之間的關係了，這裡補一個安全氣囊的PWM報警輸出口的電路，我個人覺得其實BMU和BMS之間在未來需要有一個額外的通信備份介面，用PWM定義確實比較合適，在圖裡面把Collision改成單體過壓和模組過壓的報警就可以直接使用了。
圖13 PWM報警介面定義參考
這塊內容，主要還是根據和汽車電子俱樂部的相關工程師一起交流和總結的內容，實際的情況比這個更複雜一些。由於大巴企業的BMS供應商普遍僅僅參考《QCT 897-2011 電動汽車用電池管理系統技術條件》這份行業標準來做產品，整個BMS產品的水準就很值得商榷了。如果仔細對比整個細節的參數和樣品驗證的數量，其實和GBT 28046-2011 道路車輛 電氣及電子設備的環境條件和試驗(1～5)之間都有很大的差距。
圖14 QCT897-2011內技術要求