电动汽车的电池管理系统如何保证电池的安全和性能?

BMS系统，即电池管理系统，其主要功能包括监控电池的状态，最重要就是监控电压、电流、温度、剩余电量和健康状态等关键参数，并依据状态和需求管理电池的充放电过程，以确保电池在安全、高效和长寿命的条件下运行。

BMS面对的最大的问题就是，锂电池安全高效运行的条件是十分苛刻的。

首先，就是锂电池的：电压敏感性

锂电池正负极均为多孔材料，充放电时锂离子就在正极和负极的孔隙中移动，导致正负极材料膨胀或收缩。当锂电池“电压”过高或过低， 就意味着锂离子“过度集中”在正负极其中之一，导致这一边的电极过度膨胀而破碎，还容易产生“锂枝晶”刺破电池结构。而另一边的电极由于缺乏锂离子支撑，会发生结构坍塌，如此正负极都会受到永久性损害。

温度敏感性

电解液和三元正极材料都对“温度”比较敏感，温度过高则容易引发大量的电池内部副反应，而且这些副反应会消耗电池中的锂离子和电解液，这样会导致电池性能衰减，使得锂离子电池的使用寿命减短，乃至“燃烧、爆炸”。有研究表明电池持续工作45°C以上，它的循环使命会明显降低，性能也会降低甚至会引发事故。反之如果电池长时间在过低环境下工作也会这样。因此，使用锂电池的前提就是确保其能工作在合适的温度和电压窗口下。

电池均衡管理

BMS 的还有个难点在于，不同的锂电池之间必然存在不一致性。这种不一致性就导致同一时间，在同一电池组内，不同的电池仍然工作在不同的温度、电压、电流下。而要保证电池组的安全高效运行，就意味着诸多电池所在的点位必须同时处于一个狭小的安全窗口内，这就导致电池数量越多，管理就越困难。

结构（碰撞）敏感性：依赖壳体硬件保护，BMS能做的不多

电池内部很重要的一个结构就是隔膜。由于隔膜的作用，正常工作时候，电池内部发热是比较温和的。

电池隔膜battery separator，是指在电池正极和负极之间一层的隔膜材料，是电池中非常关键的部分，对电池安全性和成本有直接影响，其主要作用是：隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过，让电解液中的离子在正负极之间自由通过。

不过一旦发生碰撞导致电池挤压变形，电芯的“绝缘隔膜”容易破裂，引发“内部短路”、电流急剧增大，短时间内聚集的大量热量无法逆转，超过了电芯安全的临界温度，引发电芯“自燃”。

这种自燃过程不但释放大量有毒气体，还会释放氧气助燃，火势会非常大，常规灭火几乎没效果。

所以，设计师设计的时候，必须要解决这个问题，作为电池控制单元的BMS，自然首当其冲。核心功能就是下面红色框的部分。

BMS温度控制，低温加热，高温冷却。

BMS通常会配备温度传感器，BMS通过安装在电池组内部和周围的温度传感器实时监测电池的温度变化。基于上面的数据，BMS会根据预设的算法和模型，对电池的热行为进行预测和评估。依据预测结果，制定相应的温度控制策略。这些策略通常包括过热保护、过冷保护和温度均衡等功能。

比如在高温环境下，BMS可能会启动冷却系统，通过风扇、散热片等部件将电池内部的热量散发出去。而在低温环境下，BMS则会启动加热系统，利用电加热器或液体加热器等部件提高电池的温度。

当然，在整个温度控制过程中，BMS始终关注电池的安全状态。一旦电池出现过热或过温等异常情况，BMS会立即触发报警机制。

电压电流控制

对于电池来讲，低SOC值情况下，可以冲入更多的电流，这个时候BCM会控制大充电电流，当高SOC值的时候，充电电流需要减小，以避免充电反应过快，损害电池。这就是为啥800v快充下面都有一行小字10%-80%充电时间，这个快充策略就是BMS控制的。

其实，如夏日高温、冬季严寒、动力电池电量不足，动力电池电量高的情况下，都有着不同的充放电保护对策。BMS依据模型，得到合适电流值的运算结果，控制电流大小进行充放电。

电池均衡管理

目前的均衡管理主要有主被动均衡两种，使用较多的是被动均衡。

被动均衡又称为能量耗散式均衡，基本原理是给那个电芯并联一个电阻，让电芯的电通过微量的热散出去，这样其实是浪费。被动均衡就是在充电的时候对电压最高的电芯进行放电，让它的电压不至于升的那么快。成本原因，目前被动均衡技术使用的较多。

主动均衡又称非能量耗散式均衡，主动均衡原理就不太一样了，它是利用一个电路把电压最高的电芯的电充给电压最低的电芯，均衡电流可以达到1A~2A，甚至更高，这种设计就会在充放电的过程中都有可以使用，可以更深度的充放电。

总之，BMS是电池控制器，对电池充放电功能和安全起着决定性的作用！

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