BMS子系统和拓扑
电池的物理结构决定实现电池管理系统的架构选择，每一层将在BMS的功能中形成一个子集：
在低层是电芯采集单元（CMU），每个CMU连接到一个单独的电芯，或多个并联连接的电芯，并测量电芯电压和温度，并提供均衡功能。
中间层是模组管理单元（MMU），分组为多个CMUs，并为高层提供比CMU更上等别的功能。
高层是电池包管理（PMU），功能为监控电池包并与应用之间进行通信，通常通过CAN总线通信。
这种分类可以分为三种架构拓扑：
①集中式：在集中式BMS中，所有三层都组合在一个实体中，BMS直接连接到所有的电芯。由于需要大量的连接，集中式BMS的可拓展性不是很好。此外由于电池包的总电压存在于输入端，这种情况下很难满足隔离要求。
②模块化：在模块化的BMS中，多个MMUs（具有自己的CMUs）与单个PMU通信。MMUs靠近电芯，降低了布线的复杂性。MMU通过一个隔离的接口与中央PMU通信，避免了集中式BMS的隔离问题。一种常见的变体是MMU/CMUs被缩减到小的度量和均衡单元（从板），并与中心PMU（主板）通信。
③分布式：在完全分布式的体系结构中，多个PMU控制它们自己的电芯，它们可以相互通信，但彼此独立运行。在极端的情况下，每个电芯都配备了一个微控制器来跟踪SOC，决定均衡、旁路电芯等动作，这种拓扑结构提供了高的灵活性和可伸缩性，但具有很高的复杂性和成本。
大多数商业BMS采用模块化拓扑结构，因为它们在复杂性、成本和灵活性之间提供了佳的折衷。
高压电池包组成
除了BMS的功能外，对BMS的比较和分析还需要对高压（HV）电池组的结构有基本的了解。因此，在本节中，简要介绍了电池组的典型部件，并对它们之间的关系进行了图示。
纯电动汽车（BEV）的电池包由电池模块、一个BMS、一个冷却系统、一个电池断开单元（BDU）、外壳以及用于高压和数据连接的接口组成。这些组件的示意图如图3所示，其中BDU称为“开关盒”（有时BDU或开关盒也称为“电池接线盒”）。
在图3中，每个电池模块上都有一个BMS从属模块，它执行直接的电池监视并连接到BMS主模块。除了将电池组电压切换到外部的高压接触器外，BDU还包括一个保险丝、一个总电压和总电流传感器、一个预充电电阻和一个等压表。预充电电阻限制涌进电流，等压表检查壳体或车身是否与高压部件充分隔离。BMS还可以通过控制加热器保持其低工作温度，或控制风扇或液体冷却系统使其低于高工作温度，从而主动管理电池组的温度。
BMS集成电路
BMS使用集成电路（ICs，也称为微芯片）来实现其功能。用于BMS的ICs可分为提供测量电芯的电压和温度电池传感器ICs，和使用传感器的值以确定电池组的状态和保护电芯免受**操作区域之外操作单片机ICs。
有几种集成电路用于测量电池参数（电压、温度和电流），它们在测量精度、功耗、占用空间和成本方面有所不同。
电池管理应用的电芯监测集成电路的常见制造商包括：
Linear Technology：线性技术的LTC6802、LTC6803和LTC6804产品线，可以处理多个电芯的化学反应，并测量多达12个电芯的0 - 5V电压。它是专为混合动力汽车牵引包设计的。
Intersil: Intersil的ISL78610和ISL78600产品线是专门为汽车应用程序设计的，可以监控多达12个锂离子电池。
Maxim：Maximd的MAX14920、MAX14921系列可处理3-16个锂离子电池。
德州仪器：德州仪器是小型锂离子电池集成电路的实际***，如手机和笔记本电脑。
Analog Devices：AnalogDevices的AD7280锂离子监测IC类似于Linear Technology的芯片。
电池传感器集成电路通常采用所谓的多路复用结构，将每个电池（输入对导线）的电压依次转换成单个模拟或数字输出线路，而不是并行地监视所有的连接单元。这种方法降低了成本，但它的缺点是一次只能监视一个电芯电压，可能会由于采样而丢失重要信息。然后需要一种高速开关机构将输出线切换到每个电芯，以便能够以足够的频率连续监视所有电芯。
电池主控制器集成电路
电池管理系统中微控制器常用的芯片架构包括:
ARM Cortex：Cortex M0、Cortex M1和Cortex M4是一组用于嵌入式微控制器的处理器核心。Cortex-M4核心可选地包括浮点单元。制造商包括Atmel、Microchip、STMMicroelectronics、NXP、Texas Instruments和英飞凌。
MIPS 4K：MIPS是嵌入式系统的模块化微控制器体系结构，支持可选的协处理器和浮点单元。为MIPS提供了广泛的嵌入式开发工具。例如pic32处理器系列的微芯片。
TriCore：TriCore是英飞凌的双核32位微控制器架构，它是专门设计用于汽车和**关键应用。
68000：68000是一个32位微处理器架构，初由摩托罗拉开发，制造商包括德州仪器、西门子和NXP。
BMS计算和软件架构
与其他嵌入式控制系统类似，BMS实现通常遵循多层体系结构。这意味着BMS软件功能可以分为不同的层：
底层用于设备驱动程序和硬件接口例程。
中间层提供通信协议的实现和物理测量的解释。
上层用于上等电池计算，如充电状态和功率限制计算。
顶层应用程序层负责根据较低层提供的信息进行决策。
这种多层方法及其抽象层的严格使用极大地提高了BMS软件代码的可重用性和可维护性。例如，根据SOC决定连接或断开电池的应用程序不需要有关SOC如何计算的信息，实际上，在不同的应用程序中使用不同的SOC方法可能是有利的。因此，SOC计算算法不需要了解如何处理其输入（温度、电压、电流）的细节。更一般地说，如果维护分层体系结构，则可以修改任何层，从而限制相邻层的结果。
大多数BMS软件架构为BMS的不同功能实现了一个多任务环境。这种环境可以是简单的循环任务调度程序，也可以是更复杂的、完全抢占式的多任务操作系统。BMS是**性优先的系统，以确保任务负责的**功能，如电压测量和相关的过度充电和过放电保护、温度和电流测量和接触器驱动——及时执行。在一个抢占式的多任务环境中，任务可能被暂时中断，以执行其他任务，然后在稍后恢复，因此至关重要的是，对**至关重要的BMS任务不会显著延迟。为了确保实时功能，几个BMS实现建立在像FreeRTOS或μC / OS-II实时操作系统（RTOS），切换任务基于优先级，并且可以提供接受并完成特定任务的时间担保。