隨著新能源車(chē)輛發(fā)展至今，BMS系統(tǒng)也經(jīng)過(guò)了多個(gè)發(fā)展階段。

從判斷電池故障、荷電狀態(tài)和容量估算等簡(jiǎn)單管理階段，進(jìn)階為覆蓋電池方方面面狀態(tài)的全面管理階段。

本章節(jié)我們將了解BMS的功能清單，并對(duì)部分核心功能進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，包括電池狀態(tài)評(píng)估及功率估算，電池充放電管理和均衡管理、絕緣電阻檢測(cè)，電池?zé)峁芾恚姵責(zé)岜O(jiān)控，在線(xiàn)故障診斷和安全管理。

BMS功能清單

可以將BMS功能簡(jiǎn)單分為三大部分。

BMS基礎(chǔ)功能

V/I/T采樣，保護(hù)功能（過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)溫、絕緣電阻），繼電器驅(qū)動(dòng)，狀態(tài)采樣，繼電器粘連檢測(cè)，CAN通信；

BMS核心功能

電芯均衡、SOP（功率）、SOE（能量）、SOC（荷電狀態(tài)），SOH（健康程度）；

BMS應(yīng)用相關(guān)

碰撞信號(hào)檢測(cè)、交/直流充電、充電器狀態(tài)檢測(cè)、熱狀態(tài)、加熱/冷卻需求、預(yù)充、喚醒/休眠、與VCU通信

不過(guò)從用戶(hù)角度來(lái)理解，可大致分為兩大功能“電池體檢”&“安全衛(wèi)士”。

01

?電池體檢

從時(shí)效性來(lái)說(shuō)，對(duì)電池的體檢強(qiáng)調(diào)的是即時(shí)性，BMS必須精準(zhǔn)掌握電池狀態(tài)。

即時(shí)“體檢”，指的是電池?cái)?shù)據(jù)采集和狀態(tài)評(píng)估。

數(shù)據(jù)采集，可簡(jiǎn)單理解為給電池做例行的“體檢”；在充放電過(guò)程中，實(shí)時(shí)采集電池組中每塊電池的端電壓、溫度、充放電電流及總電壓，防止電池發(fā)生過(guò)充電或過(guò)放電現(xiàn)象。

這種“體檢”是在線(xiàn)的、持續(xù)的、不間斷的。過(guò)程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時(shí)，可及時(shí)查詢(xún)對(duì)應(yīng)電池狀況，并挑選出有問(wèn)題的電池，從而保持整組電池運(yùn)行的可靠性和高效性。

“體檢”結(jié)束之后，會(huì)進(jìn)入分析、診斷、計(jì)算的階段，之后生成“體檢報(bào)告”，這個(gè)過(guò)程可以理解為電池的狀態(tài)評(píng)估。

02

安全衛(wèi)士

安全衛(wèi)士只得是保護(hù)電池及人身安全。

電池過(guò)充、過(guò)放會(huì)帶來(lái)局部過(guò)熱，影響電池壽命不說(shuō)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)威脅到電池組的安全，進(jìn)而引發(fā)人身安全隱患。這時(shí)，BMS的“充放電管理”模塊就開(kāi)啟了保護(hù)職能，一方面與整車(chē)、充電機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊，另一方面實(shí)時(shí)提供電池狀態(tài)，便于及時(shí)發(fā)出指令控制，有效防止高充、低放的發(fā)生。

在保護(hù)電池的模塊，均衡也是很重要的一環(huán)，是保護(hù)并提升電池壽命的必要手段。另外，電池的保護(hù)還包括過(guò)壓、欠壓、過(guò)溫、過(guò)流等的保護(hù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，當(dāng)實(shí)際參數(shù)高于或低于某約定值時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)做出判斷，并采取斷開(kāi)、預(yù)充等方式保護(hù)電池安全。

在人身安全方面，BMS通過(guò)高壓控制的手段來(lái)保護(hù)。電池高壓可達(dá)300-500V，遠(yuǎn)超人體安全電壓36V，風(fēng)險(xiǎn)隱患極大，必須做好高壓控制，最常見(jiàn)的就是繼電器、高壓互鎖、絕緣防護(hù)。周全的高壓防護(hù)控制，可有效保護(hù)司機(jī)、乘客和維護(hù)人員的人身安全。

電池狀態(tài)評(píng)估

下面我們就來(lái)對(duì)BMS的幾個(gè)核心功能做下詳細(xì)說(shuō)明。

如同手機(jī)通過(guò)檢測(cè)電池的電壓和電流來(lái)估算電池荷電狀態(tài)，為用戶(hù)顯示剩余電量，動(dòng)力電池的BMS系統(tǒng)也是通過(guò)估算電量的SOC，來(lái)為整車(chē)控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)輸入，為駕駛員提供電量和續(xù)航里程數(shù)據(jù)作為車(chē)輛使用的參考信息。

SOC的全稱(chēng)State of Charge，荷電狀態(tài)，也稱(chēng)為剩余電量。滿(mǎn)充的電池，其SOC為100%，反之則為0%。

用戶(hù)可通過(guò)車(chē)上儀表顯示，看到這些數(shù)據(jù)，從而確認(rèn)電池的工作、功能狀態(tài)。據(jù)此，在保護(hù)電池的基礎(chǔ)上，將潛力發(fā)揮最大化，大大提升駕乘體驗(yàn)。

因此SOC等數(shù)據(jù)估算的準(zhǔn)確與否，就顯得特別重要。估算不準(zhǔn)帶來(lái)的后果，有可能是汽車(chē)拋錨、與預(yù)期的行駛里程數(shù)不符等。

舉個(gè)例子，滿(mǎn)電情況下續(xù)航里程為400公里的車(chē)輛在道路行駛。若估算準(zhǔn)確，當(dāng)SOC顯示為10%時(shí)，還可能行駛的里程是40公里；若估算不準(zhǔn)，SOC達(dá)到15%，則用戶(hù)以為的里程為60公里，事實(shí)上可能在行駛40公里之后，就已經(jīng)沒(méi)電了。很顯然，對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，這樣的情況很糟糕。

SOC外，BMS還會(huì)估算電池的放電深度(DOD)、健康狀態(tài)(SOH)、功能狀態(tài)(SOF)、能量狀態(tài)(SOE)等：

SOC

State of Charge,電池剩余電量百分比；

SOE

State of Energy,電池剩余電量，對(duì)整車(chē)而言意味著剩余里程；

SOH

State of Health，電池健康度，電池當(dāng)前的容量與出廠容量的百分比；

SOF

State of Funtion,電池功能狀態(tài)，是BMS控制策略中的一個(gè)參數(shù)；

DOD

Depth of discharge,放電深度，指從電池取出電量占額定容量的百分比，相同容量的電池，放電深度越大，電池釋放能量就越多，電池壽命越短。

功率估算

車(chē)輛控制系統(tǒng)根據(jù)剛才這些數(shù)據(jù)，確定系統(tǒng)的動(dòng)力輸出形式，以及輸出功率。

比如：以混動(dòng)車(chē)舉例，何時(shí)啟動(dòng)純電模式，何時(shí)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，何時(shí)關(guān)閉電機(jī)，這些控制邏輯都需要以電池的荷電狀態(tài)，最大放點(diǎn)電流、最大充電電流、最高充電電壓、最低充電電壓等數(shù)據(jù)作為輸入，而B(niǎo)MS則是這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)的提供方。

其實(shí)，BMS的剩余容量估算是BMS的核心內(nèi)容也一直是業(yè)界難點(diǎn)。首先它是一個(gè)估算值，根據(jù)電池組電壓，電流，放電倍率，溫度等因素經(jīng)過(guò)算法計(jì)算得出的值，這就要求整個(gè)系統(tǒng)先要采集的足夠準(zhǔn)，足夠快才能保證最后的結(jié)果準(zhǔn)確。

可是這又受制于主控芯片的處理速度，AFE的精度，采集電流的方案選擇，溫度傳感器的精度。

還有從系統(tǒng)整體考量采樣頻率的大小諸多因素有關(guān)。選用高處理速度高精度的芯片勢(shì)必會(huì)增加成本，采樣頻率越快系統(tǒng)負(fù)荷也越大，所以目前技術(shù)條件下大家都是參考具體項(xiàng)目來(lái)權(quán)衡各方面因素。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是根據(jù)V/I/T測(cè)量值，對(duì)內(nèi)阻，容量進(jìn)行估算，得出SOC估計(jì)值，SOH估計(jì)值，綜合兩者得出SOP可用功率，并最終反應(yīng)到用戶(hù)那里，就是剩余可行駛里程數(shù)。

估算值精度

以上提及的估算值精度，按國(guó)標(biāo)定義，可匯總?cè)绫砀袼荆?/p>

電池過(guò)充/電池過(guò)放

在解釋BMS對(duì)電池充放電進(jìn)行均衡管理前，需要了解電池過(guò)充、過(guò)放的概念。

電池過(guò)充，指的是用超過(guò)單體電池上限的充電電壓充電，或者在電池已經(jīng)充滿(mǎn)的情況下繼續(xù)充電。

電池過(guò)充，不僅會(huì)引起電池性能下降，有時(shí)還會(huì)引起過(guò)熱甚至是冒煙起火。

電池過(guò)放的概念則與過(guò)充相反。

在電池放電到低于下限電壓時(shí)，仍然被要求繼續(xù)放電，稱(chēng)為過(guò)放。

出現(xiàn)電池過(guò)放時(shí)，電池內(nèi)部會(huì)發(fā)生異于常態(tài)的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致內(nèi)部活性物質(zhì)出現(xiàn)不可逆的變化，使電池容量下降，嚴(yán)重的情況，該單體電池將無(wú)法使用。

因此，BMS需要監(jiān)控各單體電池的電壓，控制其充電電流和放電電流，既不能超過(guò)上限電壓，又不能低于下限電壓。

SOC過(guò)充/過(guò)放上下限

電池均衡方式

不同車(chē)企對(duì)BMS的算法采取不同的設(shè)計(jì)理念，對(duì)于車(chē)輛過(guò)充和過(guò)放的范圍也是不一樣的，有些車(chē)型限定使用容量的60%，通常充電到80%，放電到20%。

低電量電池經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期存放后，會(huì)出現(xiàn)自放電現(xiàn)象。限定使用容量的做法，本質(zhì)上是為了保留部分電量，降低由于電池自放電而引起的過(guò)放概率。

BMS對(duì)電池電壓壓差進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)電池均衡，起到維護(hù)改善成組電池一致性，提高電池組性能的目的。

電池均衡的方式一般有兩種：

01

被動(dòng)均衡

指的是先行消耗高能電池的多余能量，一般是通過(guò)電阻放電的方式，對(duì)高能電池進(jìn)行放電，通常以熱量形式釋放電量，為其他低能電池爭(zhēng)取更多充電時(shí)間。

被動(dòng)均衡的優(yōu)點(diǎn)是成本低、電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是受限于荷電殘余量最少的電池，無(wú)法增加低能電池的容量，對(duì)釋放電量而產(chǎn)生的熱量而言，是一種浪費(fèi)。

02

主動(dòng)均衡

指的是將高能電池上的電量轉(zhuǎn)移到低能電池上，從而達(dá)到電池均衡的目的。

由于能量可以被轉(zhuǎn)移，電池均衡的效率比較高，能量損失小，充電時(shí)間短。缺點(diǎn)則是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，帶有主動(dòng)均衡功能的BMS普遍高于被動(dòng)均衡功能的BMS。

審核編輯：劉清