动力电池管理系统(BMS)的基本功能（一）

什么是动力电池管理系统（BMS）？ 动力电池管理系统（BMS）又有哪些基本功能？今天草堂君就一下和大家聊聊~

国际电动学会 (IEC) 在l995年制定的电池管理系统标准中给出的电池管理系统的主要功能包括， 显示 SOC提供电池温度信息， 电池高温报警， 显示电解液状态， 电池性能异常早期报警， 提供电池老化信息， 记录电池关键数据。

     随着电动汽车的发展， 对先进电池的需求和对电池管理系统的要求也日益提高。 电池管理技术来越成熟， 电池管理系统功能也不断改善。 在《电动汽车用电池管理系统技术条件》 国家标准之中定义了不少BMS的功能需求， 分为一般要求和技术要求。

一般要求包括电池数据采集、 信息传递和安全管理三部分的内容， 具体包括检测电池与热和电相关的数据(电压、 电流和温度等参数)； 荷电状态(SOC)实时估算； 对电池系统进行故障诊断， 内含故障处理机制； 通过总线与车辆其他控制器实现信息交互； 通过与充电设备的通讯实现对充电过程的控制和管理。

技术要求包括绝缘电阻、 绝缘耐压性能、 电池系统状态监测、 SOC 估算、 电池故障诊断、 安全保护， 也定义了运行条件包括过电压运行、 欠电压运行、高温运行、 低温运行、 耐高温性能、 耐低温性能、 耐盐雾性能、 耐湿热性能、耐振动性能、 耐电源极性反接性能和电磁辐射抗扰性等。

以上是行业标准对BMS的定义，大家是不是看的云山雾罩，下面草堂君就尽可以能的上才艺，见图1-1。动力电池管理系统（BMS）主要功能包括：电池状态监测、电池状态分析、电池安全保护、电池安全保护、能量控制管理、电芯信息管理以及其他拓展功能包括充电管理、热管理和故障诊断。

BMS主要通过以上功能的实现来提供电动汽车电池的使用效率、增加续驶里程、延长使用寿命、降低运行成本、提高电池组/动力系统的可靠性，进而有效提升电动汽车车品质。

一、 电池状态监测

电池状态监测一般是指对电压、 电流、 温度等三种物理量的监测， 也即动力电池的数据采集功能。 电池管理系统的所有算法、 电动车的能量控制策略、 驾驶员的驾驶信息等都以采集的数据作为输入， 采样速度、 精度和前置滤波特性是影响电池管理系统性能的重要指标。 电动汽车管理系统的采样速率一般要求大于200Hz。 电池能量管理系统按电池包内安装的传感器提供的信号对电池进行管理。 电池箱内通常有温度传感器及电压、 电流或内阻的测量装置。

     图1-1中的“温度监测”功能并没加上“电池”作为定语， 这是因为， 与电压、 电流监测不同， 对于温度的监测， 除了针对电池本身， 还应对环境温度、 电池箱的温度等进行监测， 这将对于电池的剩余容量的评估，安全保护等方面具有非常重要的意义。

电池状态监测是一个电池管理系统最基本的功能， 它是其他各项功能

的前提与基础。

二、 电池状态分析

电池状态分析包括电池的剩余电量评估及电池老化程度评估两部分， 即所谓的SOC(State of Charge)评估及SOH(State of Health)评估。 电池状态估计是车辆进行能量或功率匹配和控制的重要依据。 电动汽车在行车过程中， 该系统能随时对车辆的能耗进行计算， 最终给出该电源系统的SOC值， 供多能源管理系统或整车控制器进行功率配置或确定控制策略， 对于纯电动车来说使驾驶人员知道车辆的续驶里程， 以便决定如何行驶， 在能量允许的条件下使车辆行驻到具有充电功能的地方， 补充电量防止半路抛锚。

1. 剩余电量评估（SOC）

SOC就像传统汽车驾驶员常常需要留意车上剩余的油量还有多少一样， 对于一个电动汽车的驾驶员而言， 需要知道剩余的电量还剩余有百分之几， 这就是电动汽车电池管理系统剩余电量评估模块所需要完成的功能。 SOC状态除了用百分比来反映以外， 还常常被换算为等效时间或等效里程来表示， 让驾驶员获得更为直观的信息， 当然， 这些都是估算值， 带有一定的误差。

2.老化程度评估(SOH)

另一个电池状态分析的重要功能就是对电池老化状态的评估，这一状态也常用一个百分比来反映。 也就是说， 如果一个电池在“新”（刚出厂） 的时候的最大容量为1， 那么经过多次循环以后，电池所能装载的最大容量相对于“新”的时候的百分比， 就反映了电池的老化状态。 对于电动汽车的动力电池， 通常在经过500个周期的深充电、 深放电（深充放） 循环使用以后， SOH仍可以达到80%以上。 许多电池厂家声称2000次深充放以后， SOH仍有80%以上， 但这是对于充放电流恒定的单体电池而言的， 根据笔者的工作经验， 当前电动汽车上所使用的成组的动力电池， 在使用500次深充放循环以后已有接近20%的衰减了。

应该指出， SOH受动力电池使用过程中的工作温度、 放电流的大小等因素的影响， 需要在使用过程中不断进行评估和更新， 以确保驾驶员获得更为准确的信息。

三、 电池安全保护

电池安全保护无疑是电动汽车管理系统首要的、 最重要的功能。 电池安全保护的具体功能包括监测电池的电压、 电流、 温度等是否超过限制， 防止电池过度放电， 尤其是防止个别电池单体过度放电， 防止电池过热而发生热失控， 防止电池出现能量回馈时的过充电； 在电源系统出现绝缘度下降时对整车多能源控制系统进行报警或强行切断电源以及电源系统出现短路情况下的保护等 。 之所以把这一功能放置在第三位是因为这一功能常常以前面“状态监测” 和“状态分析” 这两项功能为前提。 “过流保护” 、 “过充过放保护” 、 “过温保护” 是最为常见的电池安全保护的内容。

1. 过流保护

过流保护， 有时也被称为过电流保护， 指的是在充、 放电过程中， 如果工作电流超过了安全值， 则应该采取相应的安全保护措施。

动力型的磷酸铁锂电池一般都支持1C倍率持续充放电， 例如， 一个标称100Ah的磷酸铁锂电池， 允许持续使用100A的电流对其进行充电或放电。

大多数的磷酸铁锂动力电池都支持短时间的过载放电， 能在汽车起步、 提速过程中提供较大的电流以满足动力性能的要求。 但不同厂家、 不同型号的动力电池所支持的过载电流倍率、 过载持续时间都是不一致的， 例如， 某型号的动力电池支持不超过一分钟的3C过载电流， 这正是电池管理系统的过流保护功能所必须考虑的。

2. 过充过放保护

过充保护指的是在电池的荷电状态为100%的情况下， 为了防止继续对电池充电造成的电池损坏， 而采取切断电池的充电回路的保护措施。 在另一方面， 在电池的荷电状态是0的情况下， 若继续对电池进行放电， 也会对电池造成损坏， 此时应采取措施， 切断电池的放电回路， 这就是过放保护。 当然， 在电动汽车行车过程中突然切断电源是非常不安全的。 因此， 一种较为实用的手段是在电源容量不足（例如小于50%） 的时候， 就对驾驶员发出警告， 提示电量不足， 同时逐渐减小电池的放电电流， 使车辆逐渐减速或者使车缓慢地停下来。 当然，这样的功能严格来说应该归入“能量控制管理”的范畴， 其实现通常也需要电机控制器、 整车控制器等电池管理系统以外的部件来共同完成。

3. 过温保护

过温保护， 顾名思义就是当温度超过一定限制值的时候对动力电池采取保护性的措施。 动力电池是一种化工产品， 在高温下工作可能引起难以控制的化学反应， 轻则损伤电池， 严重时将会引起交通事故， 造成人员伤亡。正如“电池状态监测” 功能所述的那样， 过温保护需要考虑环境温度， 电池组的温度以及每个单体电池本身的温度。 由于温度的变化需要一个过程， 温度控制往往也具有滞后性， 因此，温度保护往往要考虑一些“提前量” 。 例如， 若检测到环境温度或者电池箱温度过高， 接近使电池损坏的门限值， 则应采取相应的保护措施。 或者， 某个单体电池的温度突然快速上升，虽然还没有达到安全门限值， 但仍应采取一定的保护措施， 例如， 通过仪表对驾驶员进行警告。