电池管理系统(BMS）如何使电动汽车电池受益？

电池管理系统(BMS)保证了电池安全可靠的运行，实现了电池数据采集、电池状态测定、通信、安全管理、热管理、均衡管理等功能。分为采样、分析和显示模块。采样模块负责采集电压、温度与电流的数据，并将其传输至分析模块。电压和温度分析模块负责接收并分析各电池子包的温度与电压数据，电流分析模块负责接收并分析采样的电流数据，进而评估荷电状态（SOC）、健康状态（SOH）和剩余续航里程。SOC代表电池当前的电量，通过电流积分，计算出电池电量的变化情况，进而得到SOC。SOH为电池当前容量与初始容量的比值，反映了电池健康状态，若低于80%电池便不可再用。显示模块显示电池的电流、电压、温度、SOC、SOH、剩余续航里程等信息。

电池安全性获得显著提升。BMS通过监测充电和放电过程中的电压、电流、电池内部温度和环境温度等参数，进行故障诊断、电池保护和温度控制。如果任何单元的电压或温度超出允许范围，监测电路将与保护装置通信，启动保护电路，使电池处于安全状态。热管理方面，包括冷却、加热以及温度均衡等功能，使电池组温度保持在合适范围内。冷却和加热功能针对外部环境温度进行调整，温度均衡则用来减小电池组内部温度差异，防止出现电压过充、电解液冻结、电池内阻增大等情况，降低了事故风险、延长了电池寿命。

均衡管理功能保持了各电池间的能量平衡，提升使用寿命。由于制造工艺、环境温度、充放电循环和电池老化问题会导致电池单体物理特性发生变化，所以电池组内的各电池容量产生差异，当一部分电池充满电时，其它电池仍处于未充满状态。过充可能会导致电池爆炸，而欠充可能会破坏电池的化学性质，缩短电池的寿命。因此，均衡管理对电池安全十分重要。使用被动或主动均衡两种形式进行管理。被动均衡通过电阻耗能方式平衡各电池的电荷量，热量高但技术简单。主动均衡通过电感、电容或变压器进行主动均衡，实现电池之间的能量转移。尽管电路复杂、成本高，但热管理效果显著，能量利用效率高，未来主动均衡技术将成为主流方案。

从硬件结构来看，分为集中式与分布式两种。集中式结构将采集、检测和通信功能集中在一起，体积小巧、抗干扰能力强，通信速度更快，适用于电池容量小、总压低的情况，小鹏P7应用此种结构。分布式分为主控制器和从控制器。主控制器负责对外通信，从控制器负责温度、电压检测，并将信号传输给主控模块。简化了模组安装过程，泛用性高，适用于更大的电池。奥迪 E-tron与特斯拉Model 3应用此种结构。

小鹏P7

奥迪 E-tron

特斯拉Model 3

未来BMS将继续提升算法的精准度与泛用性。由于BMS的监测与控制算法十分依赖高精度模型，需要精准应对电池内部反应和外部负载的变化，所以监测和控制能力取决于训练数据的数量和质量。应继续提升训练数量和质量，解决实验室测试与实际需求之间的差距。大多数研究都是在实验室环境中使用完整的充放电循环进行，条件较理想。缺少对非理想条件的研究，例如：颠簸道路上行驶产生的振动和雪、雨或夏季高温造成的极端温度情况。现有算法和模型中需要考虑这些条件，完善模型。不仅如此，BMS需要针对更多型号和规格的电池组进行硬件开发，提升泛用性，并致力于提升检测SOC、SOH的精确度。未来将更精准地评估电池状态与剩余续航里程，并延长电池使用寿命。