隨著新能源車輛發展至今，BMS系統也經過了多個發展階段。

從判斷電池故障、荷電狀態和容量估算等簡單管理階段，進階為覆蓋電池方方面面狀態的全面管理階段。

本章節我們將了解BMS的功能清單，并對部分核心功能進行詳細說明，包括電池狀態評估及功率估算，電池充放電管理和均衡管理、絕緣電阻檢測，電池熱管理，電池熱監控，在線故障診斷和安全管理。

BMS功能清單

可以將BMS功能簡單分為三大部分。

BMS基礎功能

V/I/T采樣，保護功能（過壓、過流、過溫、絕緣電阻），繼電器驅動，狀態采樣，繼電器粘連檢測，CAN通信；

BMS核心功能

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

BMS應用相關

碰撞信號檢測、交/直流充電、充電器狀態檢測、熱狀態、加熱/冷卻需求、預充、喚醒/休眠、與VCU通信

不過從用戶角度來理解，可大致分為兩大功能“電池體檢”&“安全衛士”。

01

?電池體檢

從時效性來說，對電池的體檢強調的是即時性，BMS必須精準掌握電池狀態。

即時“體檢”，指的是電池數據采集和狀態評估。

數據采集，可簡單理解為給電池做例行的“體檢”；在充放電過程中，實時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，防止電池發生過充電或過放電現象。

這種“體檢”是在線的、持續的、不間斷的。過程中當發現數據異常時，可及時查詢對應電池狀況，并挑選出有問題的電池，從而保持整組電池運行的可靠性和高效性。

“體檢”結束之后，會進入分析、診斷、計算的階段，之后生成“體檢報告”，這個過程可以理解為電池的狀態評估。

02

安全衛士

安全衛士只得是保護電池及人身安全。

電池過充、過放會帶來局部過熱，影響電池壽命不說，嚴重時會威脅到電池組的安全，進而引發人身安全隱患。這時，BMS的“充放電管理”模塊就開啟了保護職能，一方面與整車、充電機實現通訊，另一方面實時提供電池狀態，便于及時發出指令控制，有效防止高充、低放的發生。

在保護電池的模塊，均衡也是很重要的一環，是保護并提升電池壽命的必要手段。另外，電池的保護還包括過壓、欠壓、過溫、過流等的保護。簡單來說，當實際參數高于或低于某約定值時，系統將自動做出判斷，并采取斷開、預充等方式保護電池安全。

在人身安全方面，BMS通過高壓控制的手段來保護。電池高壓可達300-500V，遠超人體安全電壓36V，風險隱患極大，必須做好高壓控制，最常見的就是繼電器、高壓互鎖、絕緣防護。周全的高壓防護控制，可有效保護司機、乘客和維護人員的人身安全。

電池狀態評估

下面我們就來對BMS的幾個核心功能做下詳細說明。

如同手機通過檢測電池的電壓和電流來估算電池荷電狀態，為用戶顯示剩余電量，動力電池的BMS系統也是通過估算電量的SOC，來為整車控制系統提供數據輸入，為駕駛員提供電量和續航里程數據作為車輛使用的參考信息。

SOC的全稱State of Charge，荷電狀態，也稱為剩余電量。滿充的電池，其SOC為100%，反之則為0%。

用戶可通過車上儀表顯示，看到這些數據，從而確認電池的工作、功能狀態。據此，在保護電池的基礎上，將潛力發揮最大化，大大提升駕乘體驗。

因此SOC等數據估算的準確與否，就顯得特別重要。估算不準帶來的后果，有可能是汽車拋錨、與預期的行駛里程數不符等。

舉個例子，滿電情況下續航里程為400公里的車輛在道路行駛。若估算準確，當SOC顯示為10%時，還可能行駛的里程是40公里；若估算不準，SOC達到15%，則用戶以為的里程為60公里，事實上可能在行駛40公里之后，就已經沒電了。很顯然，對于用戶來說，這樣的情況很糟糕。

SOC外，BMS還會估算電池的放電深度(DOD)、健康狀態(SOH)、功能狀態(SOF)、能量狀態(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，對整車而言意味著剩余里程；

SOH

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

SOF

State of Funtion,電池功能狀態，是BMS控制策略中的一個參數；

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

車輛控制系統根據剛才這些數據，確定系統的動力輸出形式，以及輸出功率。

比如：以混動車舉例，何時啟動純電模式，何時啟動發動機，何時關閉電機，這些控制邏輯都需要以電池的荷電狀態，最大放點電流、最大充電電流、最高充電電壓、最低充電電壓等數據作為輸入，而BMS則是這些關鍵數據的提供方。

其實，BMS的剩余容量估算是BMS的核心內容也一直是業界難點。首先它是一個估算值，根據電池組電壓，電流，放電倍率，溫度等因素經過算法計算得出的值，這就要求整個系統先要采集的足夠準，足夠快才能保證最后的結果準確。

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。

還有從系統整體考量采樣頻率的大小諸多因素有關。選用高處理速度高精度的芯片勢必會增加成本，采樣頻率越快系統負荷也越大，所以目前技術條件下大家都是參考具體項目來權衡各方面因素。

簡單來說，就是根據V/I/T測量值，對內阻，容量進行估算，得出SOC估計值，SOH估計值，綜合兩者得出SOP可用功率，并最終反應到用戶那里，就是剩余可行駛里程數。

估算值精度

以上提及的估算值精度，按國標定義，可匯總如表格所示：

電池過充/電池過放

在解釋BMS對電池充放電進行均衡管理前，需要了解電池過充、過放的概念。

電池過充，指的是用超過單體電池上限的充電電壓充電，或者在電池已經充滿的情況下繼續充電。

電池過充，不僅會引起電池性能下降，有時還會引起過熱甚至是冒煙起火。

電池過放的概念則與過充相反。

在電池放電到低于下限電壓時，仍然被要求繼續放電，稱為過放。

出現電池過放時，電池內部會發生異于常態的化學反應，導致內部活性物質出現不可逆的變化，使電池容量下降，嚴重的情況，該單體電池將無法使用。

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

SOC過充/過放上下限

電池均衡方式

不同車企對BMS的算法采取不同的設計理念，對于車輛過充和過放的范圍也是不一樣的，有些車型限定使用容量的60%，通常充電到80%，放電到20%。

低電量電池經過長期存放后，會出現自放電現象。限定使用容量的做法，本質上是為了保留部分電量，降低由于電池自放電而引起的過放概率。

BMS對電池電壓壓差進行檢測，通過電池均衡，起到維護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

被動均衡

指的是先行消耗高能電池的多余能量，一般是通過電阻放電的方式，對高能電池進行放電，通常以熱量形式釋放電量，為其他低能電池爭取更多充電時間。

被動均衡的優點是成本低、電路設計簡單。缺點是受限于荷電殘余量最少的電池，無法增加低能電池的容量，對釋放電量而產生的熱量而言，是一種浪費。

02

主動均衡

指的是將高能電池上的電量轉移到低能電池上，從而達到電池均衡的目的。

由于能量可以被轉移，電池均衡的效率比較高，能量損失小，充電時間短。缺點則是結構復雜，成本高，帶有主動均衡功能的BMS普遍高于被動均衡功能的BMS。

審核編輯：劉清