電池管理系統(tǒng)(BMS）如何使電動(dòng)汽車(chē)電池受益？

管理系統(tǒng)(BMS)保證了電池安全可靠的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了電池?cái)?shù)據(jù)采集、電池狀態(tài)測(cè)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(fù)責(zé)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(fù)責(zé)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(fù)責(zé)接收并分析采樣的電流數(shù)據(jù)，進(jìn)而評(píng)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(dāng)前的電量，通過(guò)電流積分，計(jì)算出電池電量的變化情況，進(jìn)而得到SOC。SOH為電池當(dāng)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(guò)監(jiān)測(cè)充電和放電過(guò)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(jìn)行故障診斷、電池保護(hù)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(cè)電路將與保護(hù)裝置通信，啟動(dòng)保護(hù)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(duì)外部環(huán)境溫度進(jìn)行調(diào)整，溫度均衡則用來(lái)減小電池組內(nèi)部溫度差異，防止出現(xiàn)電壓過(guò)充、電解液凍結(jié)、電池內(nèi)阻增大等情況，降低了事故風(fēng)險(xiǎn)、延長(zhǎng)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(wèn)題會(huì)導(dǎo)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(dāng)一部分電池充滿(mǎn)電時(shí)，其它電池仍處于未充滿(mǎn)狀態(tài)。過(guò)充可能會(huì)導(dǎo)致電池爆炸，而欠充可能會(huì)破壞電池的化學(xué)性質(zhì)，縮短電池的壽命。因此，均衡管理對(duì)電池安全十分重要。使用被動(dòng)或主動(dòng)均衡兩種形式進(jìn)行管理。被動(dòng)均衡通過(guò)電阻耗能方式平衡各電池的電荷量，熱量高但技術(shù)簡(jiǎn)單。主動(dòng)均衡通過(guò)電感、電容或變壓器進(jìn)行主動(dòng)均衡，實(shí)現(xiàn)電池之間的能量轉(zhuǎn)移。盡管電路復(fù)雜、成本高，但熱管理效果顯著，能量利用效率高，未來(lái)主動(dòng)均衡技術(shù)將成為主流方案。

從硬件結(jié)構(gòu)來(lái)看，分為集中式與分布式兩種。集中式結(jié)構(gòu)將采集、檢測(cè)和通信功能集中在一起，體積小巧、抗干擾能力強(qiáng)，通信速度更快，適用于電池容量小、總壓低的情況，小鵬P7應(yīng)用此種結(jié)構(gòu)。分布式分為主控制器和從控制器。主控制器負(fù)責(zé)對(duì)外通信，從控制器負(fù)責(zé)溫度、電壓檢測(cè)，并將信號(hào)傳輸給主控模塊。簡(jiǎn)化了模組安裝過(guò)程，泛用性高，適用于更大的電池。奧迪 E-tron與特斯拉Model 3應(yīng)用此種結(jié)構(gòu)。

未來(lái)BMS將繼續(xù)提升算法的精準(zhǔn)度與泛用性。由于BMS的監(jiān)測(cè)與控制算法十分依賴(lài)高精度模型，需要精準(zhǔn)應(yīng)對(duì)電池內(nèi)部反應(yīng)和外部負(fù)載的變化，所以監(jiān)測(cè)和控制能力取決于訓(xùn)練數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量。應(yīng)繼續(xù)提升訓(xùn)練數(shù)量和質(zhì)量，解決實(shí)驗(yàn)室測(cè)試與實(shí)際需求之間的差距。大多數(shù)研究都是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中使用完整的充放電循環(huán)進(jìn)行，條件較理想。缺少對(duì)非理想條件的研究，例如：顛簸道路上行駛產(chǎn)生的振動(dòng)和雪、雨或夏季高溫造成的極端溫度情況?，F(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(duì)更多型號(hào)和規(guī)格的電池組進(jìn)行硬件開(kāi)發(fā)，提升泛用性，并致力于提升檢測(cè)SOC、SOH的精確度。未來(lái)將更精準(zhǔn)地評(píng)估電池狀態(tài)與剩余續(xù)航里程，并延長(zhǎng)電池使用壽命。