電池管理系統(tǒng)(BMS）如何使電動汽車電池受益？

管理系統(tǒng)(BMS)保證了電池安全可靠的運行，實現(xiàn)了電池數(shù)據(jù)采集、電池狀態(tài)測定、通信、安全管理、熱管理、均衡管理等功能。分為采樣、分析和顯示模塊。采樣模塊負責采集電壓、溫度與電流的數(shù)據(jù)，并將其傳輸至分析模塊。電壓和溫度分析模塊負責接收并分析各電池子包的溫度與電壓數(shù)據(jù)，電流分析模塊負責接收并分析采樣的電流數(shù)據(jù)，進而評估荷電狀態(tài)（SOC）、健康狀態(tài)（SOH）和剩余續(xù)航里程。SOC代表電池當前的電量，通過電流積分，計算出電池電量的變化情況，進而得到SOC。SOH為電池當前容量與初始容量的比值，反映了電池健康狀態(tài)，若低于80%電池便不可再用。顯示模塊顯示電池的電流、電壓、溫度、SOC、SOH、剩余續(xù)航里程等信息。

電池安全性獲得顯著提升。BMS通過監(jiān)測充電和放電過程中的電壓、電流、電池內(nèi)部溫度和環(huán)境溫度等參數(shù)，進行故障診斷、電池保護和溫度控制。如果任何單元的電壓或溫度超出允許范圍，監(jiān)測電路將與保護裝置通信，啟動保護電路，使電池處于安全狀態(tài)。熱管理方面，包括冷卻、加熱以及溫度均衡等功能，使電池組溫度保持在合適范圍內(nèi)。冷卻和加熱功能針對外部環(huán)境溫度進行調(diào)整，溫度均衡則用來減小電池組內(nèi)部溫度差異，防止出現(xiàn)電壓過充、電解液凍結、電池內(nèi)阻增大等情況，降低了事故風險、延長了電池壽命。

均衡管理功能保持了各電池間的能量平衡，提升使用壽命。由于制造工藝、環(huán)境溫度、充放電循環(huán)和電池老化問題會導致電池單體物理特性發(fā)生變化，所以電池組內(nèi)的各電池容量產(chǎn)生差異，當一部分電池充滿電時，其它電池仍處于未充滿狀態(tài)。過充可能會導致電池爆炸，而欠充可能會破壞電池的化學性質(zhì)，縮短電池的壽命。因此，均衡管理對電池安全十分重要。使用被動或主動均衡兩種形式進行管理。被動均衡通過電阻耗能方式平衡各電池的電荷量，熱量高但技術簡單。主動均衡通過電感、電容或變壓器進行主動均衡，實現(xiàn)電池之間的能量轉(zhuǎn)移。盡管電路復雜、成本高，但熱管理效果顯著，能量利用效率高，未來主動均衡技術將成為主流方案。

從硬件結構來看，分為集中式與分布式兩種。集中式結構將采集、檢測和通信功能集中在一起，體積小巧、抗干擾能力強，通信速度更快，適用于電池容量小、總壓低的情況，小鵬P7應用此種結構。分布式分為主控制器和從控制器。主控制器負責對外通信，從控制器負責溫度、電壓檢測，并將信號傳輸給主控模塊。簡化了模組安裝過程，泛用性高，適用于更大的電池。奧迪 E-tron與特斯拉Model 3應用此種結構。

未來BMS將繼續(xù)提升算法的精準度與泛用性。由于BMS的監(jiān)測與控制算法十分依賴高精度模型，需要精準應對電池內(nèi)部反應和外部負載的變化，所以監(jiān)測和控制能力取決于訓練數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量。應繼續(xù)提升訓練數(shù)量和質(zhì)量，解決實驗室測試與實際需求之間的差距。大多數(shù)研究都是在實驗室環(huán)境中使用完整的充放電循環(huán)進行，條件較理想。缺少對非理想條件的研究，例如：顛簸道路上行駛產(chǎn)生的振動和雪、雨或夏季高溫造成的極端溫度情況。現(xiàn)有算法和模型中需要考慮這些條件，完善模型。不僅如此，BMS需要針對更多型號和規(guī)格的電池組進行硬件開發(fā)，提升泛用性，并致力于提升檢測SOC、SOH的精確度。未來將更精準地評估電池狀態(tài)與剩余續(xù)航里程，并延長電池使用壽命。