提高可持续移动效率的电池管理系统

电动汽车的出现彻底改变了汽车行业，与传统的化石燃料汽车相比，它提供了一种有效且可持续的替代方案，并且排放量较低。电池管理系统 (BMS) 是电动汽车成功和安全的关键部件，该系统管理电池，确保最佳性能、长寿命和操作安全。

概述

随着混合动力汽车 (HEV) 和电动汽车 (EV) 的广泛采用，电池管理系统 (BMS) 也得到了发展。电气化需要推进系统的创新，包括 BMS、车载充电器、DC/DC 转换器和牵引逆变器。所有这些系统的核心都是使电气化高效的功率半导体技术。每辆电动汽车的核心都在其电池中，而 BMS 则是监督和调节所有相关活动的大脑。

BMS 旨在通过监控和控制各种参数来确保电池的高效运行。它通过智能充电和放电算法来延长电池的使用寿命，还能够预测剩余寿命，并保持电池处于运行状态。BMS 不断监控每个电池单元的电压和电流。监控对于确保所有电池单元都在安全范围内运行以及整个电池提供所需电力至关重要。

由于温度变化、充电和放电，电池单元的性能可能会有所不同。BMS 负责平衡这些差异，确保所有单元的电量均匀，这不仅可以提高电池的整体效率，还可以延长其使用寿命。由于温度会显著影响电池性能，BMS 会监控电池温度并启动冷却或加热系统，使其保持在理想的工作范围内，这是避免过热现象的基本条件，过热现象可能会危及安全性和电池寿命。

BMS 还调节充电和放电过程，以确保安全且最佳地进行充电和放电。这涉及管理充电和放电电流，以避免过度充电和深度放电，这些情况可能会对电池造成不可逆转的损坏。BMS 的关键方面之一是它能够检测和防止过载或短路情况，同时保护电池免受损坏。这可确保车辆及其乘员的安全，避免不可逆转的损坏。锂离子电池单元需要复杂的电子控制系统。因此，BMS 需要尖端硅片来满足所有性能、安全性和成本参数。

电池管理系统如何提高电动汽车的效率

准确的充电和放电管理以及电池平衡可显著延长电池寿命，这一点尤为重要，因为电池更换占了当今电动汽车维护成本的很大一部分。BMS 有助于优化车辆的能源效率，确保电池中存储的能量得到最佳利用，从而随着时间的推移提高续航里程和性能。

BMS 能够持续监测温度、电压和电流，大大降低了电池相关事故(如过热或短路)的风险，从而提高了电动汽车的运行安全性。快速充电系统需要先进的管理来避免电池损坏。从这个意义上讲，BMS 可以最佳地适应不同的充电条件，调节功率和温度，从而实现更快、更智能的充电，而不会损害电池系统的健康状况。一项将推动 BMS 发展的新研究前沿是通过能够带来显着性能优势(如更高的能量密度、可靠性、安全性、更长的使用寿命、快速充电和热稳定性)的材料研究电池的新化学特性。

BMS技术方面

分布式 BMS 架构的特点是采用模块化结构。这通常包括三个主要子系统：电池监控单元 (CSU)、电池控制单元 (BCU) 和电池断开单元 (BDU)。CSU 通过感测每个电池的电压和温度来收集所有电池单元的参数信息，并通过执行电池平衡来帮助补偿电池单元之间的不一致。CSU 与电池组电池紧密配合，连接电池监控设备线路并确保将必要的电池组数据高效传输到主机 BCU。

CSU 提供详细的电池健康测量，以最大限度地发挥电池组的优势。如果没有 CSU，就很难获得有关电池状态的信息。总体而言，在封装中实施复杂的 CSU 有利于车辆的充电周期，从而提供更安全、更完善的整体体验。CSU 生成的诊断数据可以估计电池的健康状态和充电状态，这直接影响系统的功能安全目标。BCU 由通信芯片和 MCU 组成。通信芯片是 MCU、CSU 和 BJB 之间的接口，将来自 CSU 和 BJB 的信号转换为解码的位流以发送到 MCU。

MCU 查询来自 CSU 和 BJB 的所有测量信息，计算电池状态，并对来自 CSU 和 BJB 的故障或诊断做出响应。BCU 必须整合来自 CSU 的参数信息，还必须检测电池组的电压和电流以进行管理。根据收集到的电压、电流和温度的所有数据，BCU 负责根据每个电池的整体状况分配如何对电池进行充电和放电。通过计算充电状态、功率状态和健康状态来持续监控电池状况。

BCU 的另一个重要特性是智能保护控制，因为 BCU 必须执行绝缘监控、在发生事故或短路时控制接触器、持续监控温度传感器并执行诊断以验证输入处的所有参数是否有效。信息通过控制器局域网 (CAN) 通信传输到车辆控制单元或电子控制单元。

尽管电缆现在是实施 BMS 的标准方法，因为它们是实现 ASIL D(汽车安全完整性等级 D)合规性的最可靠方法，但它们也存在一些缺点，例如故障和维修。无线 BMS 可以节省成本并提高生产效率。无线 BMS 除了降低由接线和连接器导致故障的风险外，还有助于减轻重量并在电池组中提供更多空间。有了更多的可用空间，您就可以添加更多电池。

电池数量增加和重量减轻可以延长续航时间。无线 BMS 还可以通过其固有隔离功能帮助节省组件成本，因为无需使用共模变压器、电容器或扼流圈来实现隔离。一些因素需要持续估计电池容量，以便准确评估充电状态，从而实现最佳使用和每次充电的更好功能。虽然电池制造商提供额定容量，但这往往会随着时间的推移而改变。影响电池容量减少的一些重要设计因素包括高温、占空比、放电深度和老化。准确估计电池的剩余电量会直接影响续航里程。此外，准确测量电池的健康和充电状态可以决定驾驶员是否需要更换电池或等到发生明显的危险事件而导致电池故障。

最后的考虑

BMS 架构不断发展。每个设计师都努力解决的三大 BMS 挑战是最大限度地提高自主性、降低成本和提高安全性。因此，电池管理系统是电动汽车的一个基本方面，可确保电动汽车电池的正常运转和安全性。通过持续监控、电池平衡和智能充电管理，BMS 有助于最大限度地延长电池寿命并确保长期可靠的性能。

然而，电池管理系统领域仍面临各种挑战和关键问题。目前正在进行研究以解决诸如降低 BMS 组件成本、提高电池能量密度和改进冷却技术等问题。此外，未来的 BMS 开发可能包括集成先进技术，例如人工智能，以实现更复杂、适应性更强的电池管理，从而限制故障率并提高系统级可靠性。

为了制造更具成本效益和高性能的 HEV/EV 汽车，挑战在于如何在实现这些优势的同时，保持尽可能低的能耗，同时保持智能设计。组件小型化和优化还可以为电动汽车制造商提供更大的设计灵活性。尽管目前面临挑战，但电动汽车领域的不断发展和研究创新有望在 BMS 方面取得重大改进，使其成为未来可持续出行的战略要点。