【第一電動網】（專欄作者 朱玉龍）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，這里是從一個乘用車工程師的角度來看的。 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，拋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。這里的主要原因，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的數據制圖，是參考了《Key Factors of the Power Battery Development in 2013：E-Motorcycle & EV》一文里面的數據。

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后，做純電動這種形式就變得更有利了。所以總體來說，對于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，就可以把整個驅動系統的效率的差異打掉，所以對比國外的技術水平，我們的PHEV一下子把老師傅給超過去了。這個有點類似文字游戲，是通過加多了錢(國家補貼和地方補貼)配置多的電池的代價換來的。從運營公司的角度來看，用電還是省錢，所以出現某地一天充五次插電式大巴的故事發生了。

圖4 商用車的油耗水平

第二部分 新能源大巴電池系統架構

我們這里使用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，電池包布置還有系統框圖，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。整個從單體=》模組=》電池包，然后在車頂和車位來配置兩大塊。

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，采取單體串聯=》模組并聯=》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布置，分成4～8個包；HEV+PHEV的包呢，分的數量少一些都包在一起。區別的地方在于，如比亞迪和CATL(這兩家)采取的是較大的單體，先串聯然后總的進行并聯配置，如比亞迪的系統設計。三組電池包并聯，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的布置中，采取前橋承載1個電池包，后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，由于采取這種模式，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(多層卷繞方形鋁殼)，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，這里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里的幾個問題其實是普遍存在的：

1)單體確實比較大，采用LFP還是必由之路，否則200Ah的電芯，內層發熱散熱問題較大

2)電池包分別布置在多個區域，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或者繼電器之后，本身的安全性需要獨立設計核算，內部加繼電器的，BMU的控制權限需要提升，整個分布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采用，分布式管理系統(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，三層兩個網絡的形式。這里主要考慮的問題還是基于模塊化的考慮，生產和組裝分離，在裝車的時候進行網絡配置。

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) 由于大巴車輛的電源系統是基于24V系統，所以對于BMS來說里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，由于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，否則脈沖抑制不住會燒毀器件。

b. 由于24V系統的原因，配置DC-DC是必須的，BMS的計算量偏大，總線頻率和電流量就大一些，這里一般配置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、測量和備份芯片從模組取電，否則需要在BMS里面構建一個24V配電盒的功能，加些熔絲在里面了。

d. 由于大巴的24V電池容量高一些，對于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通信的脈沖抑制，同上由于線束的布置問題，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在這里一般有三路CAN電路，分診斷CAN、與整車控制器通信CAN和BMU的CAN，由于電池包的分散布置，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. 由于某些部件，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，由于電動大巴容量(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) 由于大巴的電源波動，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系了，這里補一個安全氣囊的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接口，用PWM定義確實比較合適，在圖里面把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報警接口定義參考

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復雜一些。由于大巴企業的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產品的水平就很值得商榷了。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

本文小結

我個人是覺得，未來純電大巴可能形成三個分布式BMS系統，獨立算三個堆的參數模式，匯總到VCU這塊可能更好一些。不過更有可能的是(2020年以后)，隨著補貼的退坡，整個商用車的購置從補貼模式向市場化模式轉變，大部分的系統還是回到插電式+超級電容，在沿線做快速補電的模式。

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