1.1 BMS的角色定位
BMS顾名思义是一个管理电池的系统，其组成包括各种控制单元、监测单元、信息通信单元、执行单元等。BMS的首要任务就是以保证安全为前提，使电池在不同的环境状况和运行工况下都能够发挥最大的作用，避免能量浪费。
以电动汽车为例，一般来说，可以将BMS分为三个部分：控制器部分、对接汽车部分、监测芯片部分，如图1-1所示。其中，控制器部分通过收集监测芯片获得的电池组信息，进行分析和处理，反馈给整车，并执行整车向电池组发送的控制指令，承担着BMS的主体任务，是连接电池组及整车信息沟通的桥梁。对接汽车部分则负责提供BMS电源、与整车控制器及电机控制器进行通信、充电等工作。监测芯片部分主要包含电压、温度等传感器，负责监测电池及其他部件的工作状态，并将信息反馈给控制器，随着电池系统技术的发展，BMS对监测芯片的要求将越来越高。
图1-1 BMS组成部分
BMS的硬件电路依据其功能，通常被分为两个模块，即电池监测回路（battery monitoring circuit, BMC）和电池控制单元（battery control unit, BCU）。有人也喜欢把BMC称为从板或者子板，将BCU称为主板，这种称呼并不完全合理，因为对于一体式的BMS来说，BMC和BCU被设计在同一块电路板上，就分不清“主板”还是“从板”了。关于BMS的拓扑研究将在第3章进行讨论。根据BCU与BMC之间的拓扑关系不同，从产业化的角度可将BMS进行以下分类。
1.一体式BMS
将BCU与BMC设计在同一块电路板上，对车上的所有动力电池进行统一管理，这就是一体式BMS。在某种特殊的情况下，BCU和BMC的功能甚至可以合并到同一块集成电路（IC）中完成。因此对于电池数量较少的电动汽车来说，一体式BMS是最好的选择。
一体式BMS从外观上看就是一个盒子，盒子上会延伸出一组导线，连接到各个电池单体或者模组上。由于目前市场上的主流IC芯片所管理的电池串联数量多数为6、12、16的倍数，一体式BMS都是面向固定数量的电池系统的，如管理24串、36串、48串等一体机。如果某车型的电池系统被设计的串联个数与上述倍数不一致，则只能按照就近原则选择更高倍数的一体机产品。
相比其他类型的BMS，一体式BMS的优势是成本较低，在电池系统箱的空间占用率小，维护起来也比较简单。但是由于一体式BMS所提供的接口数量不能满足过多电池数量的要求，所以这类BMS不能应用在电池数量较多的场合；另外，一体式BMS往往因为采集线过多、过长而造成潜在的安全隐患。
2.主从式（星形）BMS
相对于一体式结构，其他的拓扑关系都属于BMC与BCU分离的方式，目前大多数都采用通信总线的方式来解决BMC与BCU之间的通信问题，星形连接就是其中一种，这种连接方式构成的BMS也称为主从式BMS。如图1-2所示，主从式BMS从外观上来看，BCU位于中央位置，而每一个BMC模块均以线束与之相连。通常BCU中还带有一个总线集中模块，通过建立特定的通信协议，使得多个BMC能共享通信信道。
图1-2 主从式BMS拓扑关系
其中，BCU主要实现以下功能：
1）对整个电池系统的总电压和总电流进行监测。
2）对SoC、SoH等状态进行估算。
3）制定均衡策略，进行均衡决策等。
4）控制预充电电路、总继电器等。
5）与整车控制器、电机控制器进行通信。
6）分析电池组状态，与充电机进行通信，控制电池组的充电过程。
相应地，BMC负责监测电池单元的电压和温度，并对电池实施具体的均衡控制等。
与一体式BMS类似，主从式BMS的BMC都是面向于12或16的倍数，以目前市场占有份额较大的MAX17843、LTC6811等IC为例，单个IC都是面向12串电池设计的，每个BMC可以监控24串、36串、48串或者60串的电池。工程师们可以根据动力电池系统中电池模块的配置来进行搭配选择，例如一个96串的电池系统，可以使用一个BCU搭配2个48串的BMC组成BMS，当然在实际应用中，还要结合电池系统的物理构成对BMS进行合理设计及优化。
主从式BMS的优点：首先是便于进行介质访问；其次，某个BMC的退出或者故障不会对其他BMC的通信造成影响。但是，通信线路较长、难维护、可扩展性差（如受总线集中模块端口的限制，不能随意地增加多个BMC单元），这些缺点也成为主从式BMS在实际应用中面临的问题。
3.总线式BMS
与前面的主从式（星形）连接相比，总线式BMS用于通信信道的线材开销相对较少，连接方式更为灵活，可扩展性强。很多分布式BMS都采用总线式拓扑结构，这种拓扑结构在电动大巴车上尤为常见。
在各种总线式BMS通信方案中，CAN（控制器局域网）总线是汽车上较为常用的一种总线，其BMS的构造如图1-3所示。图中，每一块子板（BMC），由电压/温度采集回路、单片机（MCU）、通信隔离回路等模块构成，BMC与BMC之间使用CAN总线连接，从而实现与BCU的信息交换。
图1-3 CAN总线构造的总体式BMS方案
虽然总线式BMS在连接方式灵活性和可扩展性方面具有一定的优势，但是通信线路的相互依赖性也为这类BMS在实际应用及维护过程中带来一定的困扰。由图1-3可知，第N块BMC与BCU的通信都受制于前面N-1块BMC，若其中某一块BMC电路板或者连接线束出现故障，则后续的BMC与BCU之间的通信会立即受到影响，这给实际故障的排查带来了一定的难度。
另一方面，总线式BMS中的BMC元器件较多，体积较大。针对这一问题，一些IC生产商提供了基于BMC专用IC的解决方案，其中具有代表性的就是ADI公司的LTC6810、LTC6811等IC所构造的方案。基于这些IC所构造的子板（BMC），可以省去原本用于支持CAN通信的器件，甚至将子板中的主控单元省略，从而减少了子板的体积。当然，这些专用的IC芯片价格相对较高，工程师们需要综合各种因素来评估子板成本的经济性。
4.无线式BMS
上述几种BMS是针对电池系统的不同组成及规模进行设置的，在制造成本、通信效率、管理细节等方面具有独特的优点，但也有一个共同点：需要采用导线实现BMS的电源供给及信息传输。
导线的使用存在以下不足：①导线的存在令通信节点的故障直接影响系统有效运行，甚至导致系统瘫痪；②导线的使用增加了电池系统的重量和成本；③导线的老化、损坏直接影响BMS各结构的有效连接，降低信息传输的可靠性。
针对上述这几个问题，无线通信的解决方案被提出并逐渐应用在BMS上。目前无线式BMS产品大多具备以下特点：
1）从电池单体或者系统直接获得电源，可实现不间断地对电池系统进行监测、管理及控制。
2）对于有多个从控单元的BMS，无线通信方式适用于多数网络节点的信息对接，其可靠性相对有线连接更优；但对于有较少从控单元的BMS，无线通信方式不具备优势。
3）BMS是连接高压及低压的主要设备，无线通信可以有效地实现高压单元和低压单元之间的隔离，从而减少高压系统对低压系统的干扰。
4）相比有线式BMS，无线式BMS可以避免电池系统在空间和线束布置上的约束，系统设计灵活性更高；同时无线模式也降低了线束带来的成本。
无线式BMS的拓扑关系如图1-4所示，一般由多个从控单元和一个主控单元组成，各从控单元及主控单元之间形成了一个多元化的网络环境：主控单元可从各从控单元获取电池信息，也可以将相应的指令输送给从控单元，从控单元之间还可以实现信息的交互，更有利于电池系统内部之间的信息沟通及控制。
图1-4 无线式BMS的拓扑关系
5.以上几种BMS拓扑结构的比较
对上述四种BMS拓扑来说，很难绝对地评价某种结构“好”或者“不好”，这需要根据不同的应用条件来做出判断。比如，一体式架构也可以应用在某些高速乘用车的电池系统中，但高速乘用车一般电压平台在300V以上，这样高的电压监测IC在市场上是难以找到的，所以目前更多采用的是主从式、总线式或者无线式BMS来将高电压的采集任务分解为低电压采集方式。
表1-1反映了通常情况下上述四种BMS拓扑结构的适用车型。
表1-1 BMS拓扑结构的适用车型
当然，表1-1中所总结的只是一般的情况，实际应用中的情况可能要更复杂一些。例如，如果BMS希望采用非耗散型均衡（active balancing），那么采用“一体式”或“主从式”拓扑结构有利于剩余电量在不同电池之间进行转移，从而减少了电池组在均衡过程中的能量损耗，而采用“总线式”或“无线式”拓扑结构，则很难实现这样的电量转移。