電池管理系統(tǒng) (Battery Management System, BMS)，通常被業(yè)內(nèi)稱為新能源汽車電池的“大腦”，是電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)的重要組成部分。與動(dòng)力電池組、整車控制系統(tǒng)共同構(gòu)成新能源汽車的三大核心技術(shù)。BMS對(duì)電池進(jìn)行監(jiān)控和管理的系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)電壓、電流、溫度以及SOC等參數(shù)采集、計(jì)算，進(jìn)而控制電池的充放電過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的保護(hù)，提升電池綜合性能的管理系統(tǒng)，是連接車載動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車的重要紐帶。

        電池管理系統(tǒng)一方面檢測(cè)收集并初步計(jì)算電池實(shí)時(shí)狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)檢測(cè)值與允許值的比較關(guān)系控制供電回路的通斷；另一方面，將采集的關(guān)鍵數(shù)據(jù)上報(bào)給整車控制器，并接收控制器的指令，與車輛上的其他系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。電池管理系統(tǒng)，不同電芯類型，對(duì)管理系統(tǒng)的要求往往并不一樣。

        動(dòng)力鋰離子電池的高能量密度特性使其成為新能源車輛的主要?jiǎng)恿υ?，但由于生產(chǎn)工藝、使用環(huán)境的差異導(dǎo)致電池組的不一致性在使用過(guò)程中逐漸擴(kuò)大，可能出現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放和局部過(guò)熱的危險(xiǎn)，嚴(yán)重影響電池組的使用壽命和安全。BMS作為保護(hù)動(dòng)力鋰離子電池使用安全的控制系統(tǒng)，時(shí)刻監(jiān)控電池的使用狀態(tài)，通過(guò)必要措施緩解電池組的不一致性，為新能源車輛的使用安全提供保障。在展望新能源汽車快速發(fā)展的同時(shí)，我們必須清楚地認(rèn)識(shí)到，技術(shù)的發(fā)展才是行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，而穩(wěn)定、高效、安全、可靠的產(chǎn)品就是技術(shù)的體現(xiàn)。

那么，一個(gè)典型的動(dòng)力電池管理系統(tǒng)具體都需要關(guān)注哪些功能呢？BMS由各類傳感器、執(zhí)行器、控制器以及信號(hào)線等組成，為滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，電池管理系統(tǒng)BMS應(yīng)該具有以下功能作用。

1、準(zhǔn)確估測(cè)動(dòng)力電池組的荷電狀態(tài)

準(zhǔn)確估測(cè)動(dòng)力電池組的荷電狀態(tài)(Stateof Charge，即SOC)，即電池剩余電量，保證SOC維持在合理的范圍內(nèi)，防止由于過(guò)充電或過(guò)放電對(duì)電池的損傷，從而隨時(shí)預(yù)報(bào)混合動(dòng)力汽車儲(chǔ)能電池還剩余多少能量或者儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)。

2、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)動(dòng)力電池組的工作狀態(tài)

在電池充放電過(guò)程中，實(shí)時(shí)采集動(dòng)力電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓，防止電池發(fā)生過(guò)充電或過(guò)放電現(xiàn)象。同時(shí)能夠及時(shí)給出電池狀況，挑選出有問題的電池，保持整組電池運(yùn)行的可靠性和高效性，使剩余電量估計(jì)模型的實(shí)現(xiàn)成為可能。除此以外，還要建立每塊電池的使用歷史檔案，為進(jìn)一步優(yōu)化和開發(fā)新型電、充電器、電動(dòng)機(jī)等提供資料，為離線分析系統(tǒng)故障提供依據(jù)。

3、單體電池間的均衡

即為單體電池均衡充電，使電池組中各個(gè)電池都達(dá)到均衡一致的狀態(tài)。均衡技術(shù)是目前世界正在致力研究與開發(fā)的一項(xiàng)電池能量管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

不同廠家設(shè)計(jì)的功能略有差距，并且隨著技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)對(duì)電池管理系統(tǒng)要求的提高，一些功能逐漸被增加進(jìn)來(lái)。綜合以上必須實(shí)現(xiàn)的功能作用，BMS一般需要實(shí)現(xiàn)以下的功能模塊。

1）電池參數(shù)檢測(cè)模塊：包括總電壓、總電流、單體電池電壓檢測(cè)（防止出現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放甚至反極現(xiàn)象）、溫度檢測(cè)（最好每串電池、關(guān)鍵電纜接頭等均有溫度傳感器）、煙霧探測(cè)（監(jiān)測(cè)電解液泄漏等）、絕緣檢測(cè)（監(jiān)測(cè)漏電）、碰撞檢測(cè)等。

2）電池包狀態(tài)估計(jì)模塊：包括荷電狀態(tài)（SOC State OfCharge）或放電深度（DOD）、健康狀態(tài)（SOH Stateof Health）、功能狀態(tài)（SOF State Of Function）、能量狀態(tài)（SOE）、故障及安全狀態(tài)（SOS）, 功率狀態(tài)SOP(StateOf Power)等。

·       SOC，當(dāng)前電池荷電量占當(dāng)前總體可用容量的百分比，表征當(dāng)前剩余電量的多少，反應(yīng)在車輛儀表盤上可能變成了剩余里程數(shù)。

·       SOH，各家定義略有不同，主流是按照當(dāng)前電池包總?cè)萘空夹码姵爻跏既萘康陌俜直?，表征電池包老化程度的一個(gè)重要參數(shù)。實(shí)際上，國(guó)標(biāo)要求的動(dòng)力電池退役指標(biāo)，就是按照容量特征來(lái)定義的。

·       SOP，動(dòng)力電池的放電能力，隨著SOC的降低，以及環(huán)境溫度的變化，會(huì)有所不同。剩余電量太少，溫度過(guò)高或者過(guò)低，電池包都需要降低功率工作，以保護(hù)電池不受不可逆的損傷，避免發(fā)生熱失控事故。

·       SOF，是個(gè)比較新的概念，由SOC和SOH共同確定，

目前主流的大家都在做的是SOC，隨著加入電動(dòng)汽車生產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)行列的廠家越來(lái)越多，市場(chǎng)越來(lái)越成熟，安全和性能的要求也會(huì)日益提高。其他幾個(gè)有用的狀態(tài)估計(jì)，應(yīng)該會(huì)逐漸成為BMS算法設(shè)計(jì)的必選項(xiàng)。

3）在線故障診斷模塊：包括故障檢測(cè)、故障類型判斷、故障定位、故障信息輸出等。故障檢測(cè)是指通過(guò)采集到的傳感器信號(hào)，采用診斷算法診斷故障類型，并進(jìn)行早期預(yù)警。電池故障是指電池組、高壓電回路、熱管理等各個(gè)子系統(tǒng)的傳感器故障、執(zhí)行器故障（如接觸器、風(fēng)扇、泵、加熱器等），以及網(wǎng)絡(luò)故障、各種控制器軟硬件故障等。電池組本身故障是指過(guò)壓（過(guò)充）、欠壓（過(guò)放）、過(guò)電流、超高溫、內(nèi)短路故障、接頭松動(dòng)、電解液泄漏、絕緣降低等。

4）電池安全控制與報(bào)警模塊：包括熱系統(tǒng)控制、高壓電安全控制。BMS診斷到故障后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通知整車控制器，并要求整車控制器進(jìn)行有效處理（超過(guò)一定閾值時(shí)BMS也可以切斷主回路電源），以防止高溫、低溫、過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、漏電等對(duì)電池和人身的損害。

5）充電控制模塊：BMS中具有一個(gè)充電管理模塊，它能夠根據(jù)電池的特性、溫度高低以及充電機(jī)的功率等級(jí)，控制充電機(jī)給電池進(jìn)行安全充電。

6）電池均衡模塊：不一致性的存在使得電池組的容量小于組中最小單體的容量。電池均衡是根據(jù)單體電池信息，采用主動(dòng)或被動(dòng)、耗散或非耗散等均衡方式，盡可能使電池組容量接近于最小單體的容量。均衡，分為主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡。

·       所謂主動(dòng)均衡，是能量的轉(zhuǎn)移，基于削峰填谷的理念。具體的實(shí)現(xiàn)形式多種多樣，有用變壓器將總能量部分的轉(zhuǎn)移到電壓偏低的電池上的，也有利用電容電感等儲(chǔ)能器件，從電壓高的電芯放出一部分能量，再充入電壓低的電芯。

·       所謂被動(dòng)均衡，是能量的消耗，把電壓高的電芯接入電阻回路，讓多出來(lái)的電量消耗在電阻上。

二者各有優(yōu)劣之處。

·       主動(dòng)均衡，可以做到比較大的電流，均衡的效果比較明顯；能量只是轉(zhuǎn)移了一下，沒有消失，是一種節(jié)能的工作方式。但主動(dòng)均衡需要的變壓器、電容、電感等器件，體積比較大，造價(jià)比較高，使得理論上具備優(yōu)勢(shì)的主動(dòng)均衡策略至今還沒有得到普遍的應(yīng)用；

·       被動(dòng)均衡，受電阻發(fā)熱的限制，均衡電流無(wú)法做的太大，故而效果不是特別理想。但優(yōu)勢(shì)在于，體積小，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低。在產(chǎn)品要求不是特別高的場(chǎng)合，客戶反而會(huì)選擇被動(dòng)均衡系統(tǒng)，以提高產(chǎn)品性價(jià)比。同時(shí)，通過(guò)每隔一段時(shí)間，對(duì)電芯進(jìn)行維護(hù)，來(lái)解決均衡不充分造成的電池壓差偏大問題。

7）熱管理模塊：前面幾個(gè)功能都是對(duì)電池包當(dāng)前狀態(tài)的反應(yīng)，而熱管理功能，則使得電池管理系統(tǒng)能夠?qū)﹄姵匕┘又鲃?dòng)作用。根據(jù)電池組內(nèi)溫度分布信息及充放電需求，決定主動(dòng)加熱/散熱的強(qiáng)度，使得電池盡可能工作在最適合的溫度，充分發(fā)揮電池的性能。電池溫度過(guò)高時(shí)，熱管理系統(tǒng)開動(dòng)冷卻功能，電池溫度過(guò)低無(wú)法啟動(dòng)行車時(shí)，熱管理系統(tǒng)開動(dòng)加熱功能。對(duì)于主控模塊，熱管理只是一套算法和幾個(gè)接觸器控制端口。熱管理技術(shù)含量，主要集中在冷卻加熱設(shè)備以及與之匹配的冷卻出現(xiàn)冷凝水、風(fēng)冷解決密封等級(jí)等等具體問題上。具備熱管理功能，對(duì)整個(gè)電池系統(tǒng)意義重大，是設(shè)計(jì)者能夠阻止熱失控發(fā)生的重要手段，是從設(shè)計(jì)上保障動(dòng)力電池安全和延長(zhǎng)使用壽命的不二法門。

8）絕緣監(jiān)測(cè)模塊：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池包系統(tǒng)的絕緣情況，由于對(duì)電氣系統(tǒng)的影響重大，絕緣故障被定義為級(jí)別最高的故障類型。一般會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)電池包和整車的絕緣檢測(cè)模塊，檢測(cè)是否有漏電的故障發(fā)生。

9）網(wǎng)絡(luò)通訊模塊：BMS需要與整車控制器等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信；同時(shí)，BMS在車輛上拆卸不方便，需要在不拆殼的情況下進(jìn)行在線標(biāo)定、監(jiān)控、自動(dòng)代碼生成和在線程序下載（程序更新而不拆卸產(chǎn)品）等，一般的車載網(wǎng)絡(luò)均采用CAN總線技術(shù)。

10）信息存儲(chǔ)模塊：用于存儲(chǔ)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如SOC、SOH、SOF、SOE、累積充放電Ah數(shù)、故障碼和一致性等。車輛中的真實(shí)BMS可能只有上面提到的部分硬件和軟件。每個(gè)電池單元至少應(yīng)有一個(gè)電池電壓傳感器和一個(gè)溫度傳感器。對(duì)于具有幾十個(gè)電池的電池系統(tǒng)，可能只有一個(gè)BMS控制器，或者甚至將BMS功能集成到車輛的主控制器中。對(duì)于具有數(shù)百個(gè)電池單元的電池系統(tǒng)，可能有一個(gè)主控制器和多個(gè)僅管理一個(gè)電池模塊的從屬控制器。對(duì)于每個(gè)具有數(shù)十個(gè)電池單元的電池模塊，可能存在一些模塊電路接觸器和平衡模塊，并且從控制器像測(cè)量電壓和電流一樣管理電池模塊，控制接觸器，均衡電池單元并與主控制器通信。根據(jù)所報(bào)告的數(shù)據(jù)，主控制器將執(zhí)行電池狀態(tài)估計(jì)，故障診斷，熱管理等。

11）電磁兼容功能。由于電動(dòng)車使用環(huán)境惡劣，要求BMS具有好的抗電磁干擾能力，同時(shí)要求BMS對(duì)外輻射小。