一文读懂电动汽车电池管理系统（BMS）

1.1 NMC

镍钴锰三元电池，简称 NCM，是取自三种主要组成金属元素的缩写，并根据不同的含量比例而命名。根据镍含量的不同，有不同的编号，最著名的是 NCM523 和 NCM811。

镍锰钴（NMC）电池具有良好的续航能力和充电性能，是目前电动汽车中最常见的电池正极材料。NMC 电池的主要优势是能量密度高，可达 250 Wh/Kg左右，这意味着它可以在每个电池的体积中容纳更多能量，从而提供更长的行驶里程，并且节省空间，另外NMC电池对低温的敏感性更低，它可以在寒冷的气候条件下更快地充电。钴和镍的开采污染环境，而且价格昂贵，NMC 电池组的价格高于 LFP 电池组。

此外，NMC 的寿命较短，估计只能保证 1000-2000 次完整的充电循环（0 到 100% ）。但是1000 次循环后，容量可能会下降约 40%。大多数汽车品牌建议 NMC 电池组的日常充电限制为 80%，以保持电池良好的健康状态。

1.2 NCA

1.3 LFP

不管是哪种动力电池类型，都需要电池管理系统（俗称 BMS）来管理电池的状态。BMS作为电动汽车极其重要的电子部件，它可以控制和监控电池包电压、温度和充放电状态，这些都是电动汽车电池安全运行的关键参数，从而确保电动汽车的性能和安全性。

电池管理系统有两种类型：集中式 BMS 和分布式 BMS。

在电池组组件中有一个中央 BMS，所有电池组直接连接到中央 BMS，如下图所示。集中式BMS的结构更紧凑，而且由于只有一个 BMS，因此往往最经济。不过，集中式 BMS 也有缺点。由于所有电池都直接连接到 BMS，因此 BMS 需要大量端口来连接所有电池组。这就意味着大型电池组需要大量电缆、连接器等，从而使故障排除和维护工作变得复杂。

此外，输入端很容易混淆和连接错误，连接处也可能松动，从而增加了故障的可能性。另一个缺点是系统结构缺乏可扩展性和灵活性。此外，主控制器是核心，一旦主控制器发生故障，整个系统的运行就会受到威胁。这是一个很大的缺点。

2）模块化BMS拓扑

3）主/从式 BMS

主从式 BMS 中电池的最大数量是提前设定好的。在系统开发过程中，使用中的电池数量是固定的。如果使用了所有输入接口，则无法增加电池数量，同样，在一些情况下，可能有些输入接头未被使用，造成资源浪费。

4）分布式BMS架构

分布式 BMS 将所有电子硬件集成在一块控制板上，控制板直接安装在被监控的电池或模块上。这样一来，相邻 BMS 模块之间的布线就只剩下几条传感器线和通信线。因此，每个 BMS 都更加独立，可根据需要进行计算和通信。

分布式 BMS 可同时提供高可靠性和稳健性，以及具有成本效益的开发流程，从而大幅降低最终电池组的成本。与集中式和模块化拓扑结构相比，分布式 BMS 的优势在于可扩展性和灵活性。没有规定输入的最大数量，即使在安装后也可以添加或移除电池单元。不需要对模块的硬件或软件进行任何更改。此外，还避免了集中式方法的单点故障。每个电池单元的本地控制还能提高安全性。另一个优点是测量精度高。此外，较短的连接线可实现更精确的电压测量和更好的抗干扰能力。模块化分布式结构便于维护或更换故障部件。

缺点是 BMS 成本增加，因为每个电池单元都需要一个单独的 BMS 模块，在大多数应用中还需要一个额外的主控制模块。

3 BMS功能

BMS 可获取电压、温度和电流等基本电池参数的实时数据。利用这些指标，BMS 可密切监控重要的性能参数，如充电状态 (SoC)（表示电动汽车电池最大容量的剩余电量）和健康状态 (SoH)（显示电池组的整体健康状态）。SoC 监控可帮助电动汽车用户评估其可支配的行驶里程，并计划充电站的停靠点，而不必担心里程焦虑。有了 SoH 监控，厂商就能帮助客户进行预防性维护，保持健康的电池状态并延长性能。

2) 热管理

电动汽车电池对温度变化非常敏感，会影响其性能和使用寿命。在这方面，BMS 通过持续监测和控制电池温度值，以保持最佳运行状态。例如，可以利用加热-冷却机制将电池保持在理想的温度范围内，以最大限度地提高其性能和使用寿命。

3) 电池包充放电平衡

主动平衡–将能量从过充转移到欠充；

4 BMS发展的当前趋势

1）智能 BMS

通过采用先进的算法和机器学习技术，BMS 可以根据电池的使用模式、环境条件和其他动态场景优化电池性能。

2）OTA升级

无线通信协议越来越多地与 BMS 结合使用，使其能够通过OTA更新/升级系统。

3）预测性维护算法

电动汽车电池管理系统正在与先进的预测性维护系统集成。这些算法依靠实时数据来预测电池组件何时需要维修或更换，从而降低客户维护成本，提高车辆可靠性。

我们可以看到，随着新技术的不断创新，BMS 的功能也在突飞猛进，也将推动电动汽车更高效更安全地进入每一个人的生活。

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