電池,、電機(jī)、電控技術(shù)是電動(dòng)汽車(chē)的重要組成部分,，三者決定了一款電動(dòng)汽車(chē)的性能與質(zhì)量,。而電控技術(shù)的核心是 BMS 系統(tǒng)，BMS 系統(tǒng)直接影響著電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程與充電時(shí)長(zhǎng),。它負(fù)責(zé)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池進(jìn)行安全監(jiān)控和有效管理,，讓動(dòng)力電池在最佳的狀態(tài)下工作,，提高動(dòng)力電池的效率和可靠性并延長(zhǎng)它的使用壽命。因此,，BMS 被視為連接電池組,、整車(chē)系統(tǒng)和電機(jī)的“紐帶”。
隨著全球電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量不斷增加,，BMS 的市場(chǎng)規(guī)模也隨之?dāng)U大,。權(quán)威機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，2018 年全球 BMS 產(chǎn)值規(guī)模 53.1 億美元,，2019 年全球 BMS 產(chǎn)值規(guī)模超過(guò) 60 億美元,，預(yù)計(jì) 2025 年全球 BMS 產(chǎn)值規(guī)模將達(dá)到 111.7 億美元。高工產(chǎn)研電動(dòng)車(chē)研究所（GGII）數(shù)據(jù)顯示,，2018 年中國(guó)新能源汽車(chē)動(dòng)力鋰電池 BMS 產(chǎn)品裝機(jī)量達(dá)到 122 萬(wàn)套,，產(chǎn)值規(guī)模 55 億元。由此可以看出,，BMS 在電動(dòng)汽車(chē)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用,。
BMS 電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航的“止疼劑”
雖然電動(dòng)汽車(chē)被越來(lái)越多用戶(hù)所接受，但是動(dòng)力電池依然面臨續(xù)航里程短,、充電時(shí)間長(zhǎng)的痛點(diǎn),。“在保證電池安全的前提下,，BMS 可以最大限度的使用電池能量以及提高能量回收效率,，并最大限度的提高充電電流來(lái)提高充電速度?！币夥ò雽?dǎo)體大中華暨南亞區(qū)汽車(chē)電子市場(chǎng)及應(yīng)用部新能源車(chē)技術(shù)創(chuàng)新中心高級(jí)經(jīng)理姜炯迪分析,，“在充放電過(guò)程中，BMS 通過(guò)實(shí)時(shí)的對(duì)電池外特性參數(shù)（如電壓,，電流,，溫度等）進(jìn)行監(jiān)控，再采用適當(dāng)?shù)能浖惴▽?shí)現(xiàn)對(duì)電池的內(nèi)部狀態(tài)（SoC,SoH）的檢測(cè)和控制,，然后通過(guò)熱管理,，電池均衡管理以及充放電管理使電池處于最佳的工作狀態(tài)，不會(huì)達(dá)到過(guò)放或者過(guò)充,同時(shí)最大限度提高充電電流,?！?/p>
針對(duì)電池續(xù)航和充電問(wèn)題，安徽優(yōu)旦科技有限公司創(chuàng)始人兼總經(jīng)理彭勇俊在接受與非網(wǎng)采訪時(shí)表示,，“提高續(xù)航里程需要從三個(gè)方面改進(jìn)：第一,，提高電池的均衡效率。一個(gè)電池系統(tǒng)由很多節(jié)電芯組成,，并且遵循木桶效應(yīng),，即電池系統(tǒng)的性能很大程度上取決于性能最差的那節(jié)電芯,，提高電池均衡效率，提升電芯一致性,，可以切實(shí)延長(zhǎng)車(chē)輛的續(xù)航里程,；第二，提高剎車(chē)或車(chē)輛下坡過(guò)程中的能量回收效率,。好的能量回饋控制算法需要在確保電池應(yīng)用安全前提下盡可能充分地發(fā)揮電池充電性能,，通過(guò)對(duì) SOC、溫度,、瞬時(shí)充電功率,、持續(xù)充電功率的實(shí)時(shí)運(yùn)算得出當(dāng)前最高效的回饋功率策略；第三,，提高 SOC 的估算精度,。這也可以理解為從另外一個(gè)維度提升續(xù)航里程，即用戶(hù)對(duì)真實(shí)電量掌握得越準(zhǔn)確,，就越有信心使用更大范圍的 SOC 區(qū)間,。”
作為領(lǐng)先的汽車(chē)電子方案供應(yīng)商,，瑞薩電子中國(guó)汽車(chē)解決方案事業(yè)部技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理張瑋從技術(shù)角度分析了 BMS 系統(tǒng)的四項(xiàng)核心技術(shù)：第一,，電池狀態(tài)估算技術(shù)，可以基于電池的精確建模和參數(shù)監(jiān)測(cè),。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和先進(jìn)的算法，對(duì) SOC,、SOH,、SOP 等電池狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的估算，為電池管理提供可靠的基礎(chǔ),；第二,，均衡管理技術(shù)，電動(dòng)汽車(chē)的鋰電池組中單體電池的不一致性會(huì)極大影響電池組的可用容量,，這就需要通過(guò)均衡管理技術(shù)（通常包括被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡兩種技術(shù)）提到單體電池的一致性,，提升電池組的使用壽命；第三,，BMS 系統(tǒng)的分布式架構(gòu),，分布式的 BMS 系統(tǒng)將電池模組和電池采集單元集成在一起，讓電池組更加模塊化,、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化,，擴(kuò)展性更強(qiáng)，還可簡(jiǎn)化裝配過(guò)程,、便于實(shí)現(xiàn)電池的梯次利用,；第四,，將 BMS 技術(shù)與整車(chē)控制器（VCU）功能的集成，這項(xiàng)技術(shù)可以由 VCU 根據(jù)整車(chē)信息和電池信息采取更合理和高效的控制策略,，對(duì)于可提升實(shí)時(shí)性,、安全性和可靠性也很有幫助。
延長(zhǎng)電池壽命做到“有方”
電池壽命一直是電動(dòng)汽車(chē)面臨的重要課題,，BMS 技術(shù)作為電池組背后的“大腦”提供重要的保護(hù)措施,，以防電池受到損害。ADI 中國(guó)汽車(chē)技術(shù)市場(chǎng)高級(jí)經(jīng)理王星煒表示,，“電池組由多組獨(dú)立的電池單元組成,，這些電池單元無(wú)縫合作為汽車(chē)提供最大的電力輸出。如果電池單元之間失去均衡,，它們會(huì)受到應(yīng)力影響導(dǎo)致充電過(guò)早終止,，進(jìn)而會(huì)縮短電池的總體壽命。ADI 公司既提供種類(lèi)齊全的鋰電池和氫燃料電池的電池管理系統(tǒng) BMS 器件組合,，又使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)跨界技術(shù)構(gòu)建無(wú)線電池管理系統(tǒng) BMS 的新穎架構(gòu),。”
恩智浦大中華區(qū)汽車(chē)模擬器件產(chǎn)品市場(chǎng)高級(jí)經(jīng)理朱玉平則認(rèn)為,，“從 BMS 來(lái)講,，需要精確測(cè)量監(jiān)控電池狀態(tài)，并且通過(guò)先進(jìn)的算法來(lái)給電池建模,，從而盡最大可能確保電池工作在安全范圍,，這些措施包括：電池?zé)峁芾砜刂疲_保各種工況下電池都處于合適的溫度范圍,，通常電池的工作溫度在 -25~55℃之間,，電池的最優(yōu)工作溫度在 25~35℃之間；電池充放電倍率和放電深度控制,，高的放電倍率導(dǎo)致電池嚴(yán)重極化,，內(nèi)阻升高，發(fā)熱加劇,。過(guò)度充放電都會(huì)導(dǎo)致電極材料的晶體結(jié)構(gòu)遭到破環(huán),，平衡好這些參數(shù)對(duì)延長(zhǎng)電池壽命至關(guān)重要；傳統(tǒng)的按照電池電流,、電壓,、時(shí)間，通過(guò)類(lèi)卡爾曼濾波和安時(shí)法來(lái)計(jì)算電池電量和實(shí)時(shí)內(nèi)阻的測(cè)量方法,，存在一定的誤差和延后性,。需要一種能實(shí)時(shí)直接檢測(cè)電池內(nèi)阻的方法來(lái)提高對(duì)電池狀態(tài)監(jiān)控的精確性，以期更精準(zhǔn)的控制電池工況?！?/p>
汽車(chē)安全做好安全隔離
電動(dòng)汽車(chē)安全問(wèn)題一直受到用戶(hù)關(guān)注,， 受化學(xué)和物理特性所限，目前電動(dòng)汽車(chē)電池的電壓,、電流,、溫度等參數(shù)需要實(shí)時(shí)、嚴(yán)密,、精確的監(jiān)控,，才能有效避免電池自燃事故發(fā)生，由于溫度等參數(shù)的檢測(cè)有時(shí)間延后性,，外加電池模型參數(shù)隨著使用時(shí)間會(huì)變化,。朱玉平指出，“傳統(tǒng)的 BMS 一般通過(guò)給系統(tǒng)留出足夠的余量來(lái)確保電池處于安全工作區(qū),。更先進(jìn)的 BMS 可以通過(guò)提升測(cè)量精度和算法來(lái)擴(kuò)大電池的安全工作區(qū),，從而在保障電池安全的前提下，增加續(xù)航里程,，加快充電時(shí)間,，并延長(zhǎng)使用壽命?！?/p>
羅姆半導(dǎo)體技術(shù)中心華南 FAE 部車(chē)載二組助理經(jīng)理林其鋒則表示,，BMS 不僅負(fù)責(zé)防止電池出現(xiàn)異常電壓、異常電流,、異常溫度等情況,，而且，作為最后一個(gè)要塞,，它在安全隔離電池和電機(jī)等應(yīng)用（負(fù)載）方面也發(fā)揮著重要作用,，在 xEV 等的電池外圍，使用機(jī)械繼電器來(lái)關(guān)閉電源,。而機(jī)械繼電器存在機(jī)械部分的磨損帶來(lái)的故障問(wèn)題，因此,，未來(lái)有望由 SiC 功率元器件帶動(dòng)半導(dǎo)體繼電器的普及,。采用半導(dǎo)體繼電器，不僅可以避免磨損故障,，同時(shí)還可以在發(fā)生過(guò)電流時(shí)快速關(guān)閉電源,，從而能夠更安全地使用電池。
在采訪中,，彭勇俊向與非網(wǎng)記者特別強(qiáng)調(diào),，“高可靠、高精度的信號(hào)采樣以及軟硬件穩(wěn)定性是電池系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)，電池模型和算法是電池系統(tǒng)安全的核心,。要從三個(gè)方面進(jìn)行防護(hù)：
第一,，溫度防護(hù)。BMS 有明確的工作溫度閾值設(shè)置,，針對(duì)充放電均有最高最低的溫度限制,，超過(guò)設(shè)置限制，系統(tǒng)不得開(kāi)啟或者必須降功率運(yùn)行,；第二,，電壓防護(hù)。針對(duì)過(guò)充過(guò)放風(fēng)險(xiǎn),，BMS 設(shè)置有最高最低的充電和放電電壓閾值,，確保在觸及閾值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止運(yùn)行,；第三,，電流防護(hù)。通過(guò)高精度電池模型和算法準(zhǔn)確估算電池狀態(tài),，計(jì)算出安全高效的可用功率,，監(jiān)控電池的電流，防止過(guò)流導(dǎo)致的電池劣化,、枝晶等風(fēng)險(xiǎn),。
總結(jié)
BMS 技術(shù)演進(jìn)與電池技術(shù)發(fā)展和電動(dòng)汽車(chē)架構(gòu)變化高度相關(guān)，目前 BMS 主要有主從式,、一體式,、半集中式。目前 BMS 有三大發(fā)展趨勢(shì)：第一,，從離散的 ECU 控制向域控制發(fā)展,，集中控制有利于汽車(chē)軟件的在線升級(jí)和智能駕駛的發(fā)展。BMS 的主控部分 BMU,，未來(lái)可能會(huì)交給動(dòng)力域控制器來(lái)接管,；第二，模擬采樣前端 AFE 的通信方式由有線向無(wú)線發(fā)展,，有利于簡(jiǎn)化和智能化電池包的生產(chǎn),、組裝、維修,、回收等環(huán)節(jié),；第三，簡(jiǎn)化 BMS 采樣板的設(shè)計(jì),。隨著市場(chǎng)對(duì)電池包能量密度要求的日益提高,，電池包內(nèi)留給 BMS 的空間越來(lái)越小,，如何簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，采用更少的器件,，占用更小的空間,，實(shí)現(xiàn)同樣的功能，可能是行業(yè)努力的方向和趨勢(shì),。
未來(lái)在整車(chē)架構(gòu)上面,，會(huì)簡(jiǎn)化部分 BMS 的功能到其他模塊，比如高壓測(cè)量,、高壓繼電器的控制和診斷以及熱管理,，使 BMS 的功能更加集中在單體電芯的測(cè)量功能（電壓、電流,、溫度等）和保護(hù)上面,。
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