从动力电池安全看BMS面临的挑战
电动汽车的增长受到多种因素的推动，但最重要的因素之一是电池技术的实质性进步。然而，尽管有这些令人印象深刻的进步，锂离子电池仍然是汽车中最昂贵的部件。
为了获得更长的续航和更轻的重量，动力电池的能量密度不断攀升。而锂电池的内部存在着复杂的化学过程，不正确的电池管理不仅会降低电池的效率、寿命和性能，还会导致热失控等灾难性事件。
为了解决使用安全的挑战，人们开发了电池管理系统(BMS)。顾名思义，BMS是一个监控和调节电池充放电的系统，通过启用以下关键功能，使电池更加智能：
监控电池组和电池参数(包括电压、电流、温度)；
计算和估计电池和电芯状态(SoX：充电状态、健康状态、电源状态、安全状态等)；
优化电池性能/操作(包括平衡电池，冷却/加热电池组的要求)；
防止电池在安全操作区域之外操作(例如，在电流过强、充电过少等情况下)；
各个BMS子功能始终是特定于OEM的，因此根据系统设计可能会有很大差异。因此，本文中讨论的BMS的任务对于特定的BMS来说不一定是全面的，并且根据电动汽车制造商以不同的方式实现。
电芯监测和平衡
在设计BMS时，设计人员通常从电芯监测设备开始。这也被称为BMS IC，模拟前端(AFE)，或小区监测和平衡(CMB)设备。通常位于电芯管理控制器(CMC)单元上，CMB的功能是测量电芯的电压和温度，并将此信息传递给主控制器。此外，CMB还可以对电芯及其周围环境进行诊断(例如，检测细胞周围电路中的连接故障，如开路或短路)。然后使用CMB监测的值：
检查电芯是否始终在其安全操作区域(SOA)内运行，并报告是否达到SOA限制；
测量电池的充电状态(SoC)电压；
报告电池的温度，用于包装的热管理；
此外，CMB装置负责平衡电芯。电池不平衡来自于高压电池是由许多单个电池串联而成的事实(见下图)，这些电池不可避免地存在生产差异，例如电池容量。事实上，一个400V或800V的电池可以分别有120或240个串联电池。
电流传感
下图中，我们可以看到充电状态(SoC)曲线的平坦特性。此外，SoC曲线对温度、老化和运行条件等因素非常敏感。
这意味着仅从电池电压准确地推断SoC是不可能的。因此，使用库仑计数电流传感器来测量进入或离开电芯的电荷。最常用的测量电流的方法是使用分流电阻和/或霍尔传感器。此外，电流传感器还可以检测过电流事件(OCD)。OCD事件意味着需要通过断开电池来保护电池和负载。
电池包监控
电池包监控由四个主要功能组成：
绝缘和电弧监测；
过电流检测(OCD)；
热失控检测；
电池断开监测；
高压电池必须与汽车的其余部分绝缘，因此必须不断监测电池组的绝缘情况。这是通过使用高阻抗故障分流器来感知电池组不同极之间的阻抗变化来实现的。
各模块间通信
所有被监测的值(例如各种电压、温度和电流)都需要传输到主控制器，主控制器负责状态计算和管理。然而，如下图所示，不同的监控单元位于不同的电压岛。这意味着需要各模块通信，以便在不损坏监控单元的情况下传输监控信息。
电池控制单元
电池控制单元(battery control unit, BCU)主要由主控制器和所有辅助接口组成：
电源管理IC；
与域控制器的通信接口；
与监控单元隔离的通信收发器/接收器；
用于存储所有电池日志和历史记录的内存；
BMS软件运行在BCU上，负责：
驱动所有的监控单元；
收集所有监控值；
计算电池的各种状态(SoX)，如充电状态(SoC)、健康状态(SoH)、供电状态(SoP)和安全状态(SoS)；
更新BMS固件；
电池断开单元
BDU (battery disconnect unit)负责断开和连接高压蓄电池的直流母线。
从下图可以看出，BDU由3个主要部件组成：
连接/断开高压电池组负极的低侧断开；
连接/断开高压电池组正极的高侧断开；
预充，它管理打开的涌流；
以上是笔者对BMS功能的简单介绍，希望对感兴趣的小伙伴有所帮助。
小明来电⚡为你充电，我们下期再见，拜拜~
