在純電動車領(lǐng)域，一款純電動車所搭載的電池組容量越大，相對而言這輛車的綜合續(xù)航里程會更加出色些，但這個正比關(guān)系是建立于電池組始終保持在安全狀態(tài)，且能夠持續(xù)正常充放電的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。在內(nèi)外部環(huán)境的影響下，電池組想要做到安全、正常的持續(xù)充放電，這中間離不開電池管理系統(tǒng)的參與，今天我們就來聊聊這套系統(tǒng)。

“報告長官，請指示”

電池管理系統(tǒng)(Battery Management System，簡稱BMS)是用來管理電池的系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)監(jiān)測和管理電池組的工作狀態(tài)和效率，發(fā)現(xiàn)問題后可及時進(jìn)行維護(hù)，在延長電池使用壽命的同時防范可能發(fā)生的過充過放等危險。其實(shí)我們平時用的手機(jī)，還有平時騎的兩輪電動自行車等產(chǎn)品，它們的內(nèi)部其實(shí)也配備有電池管理系統(tǒng)，只不過相對于一輛重達(dá)一兩噸的純電動車的來說，后者的電池管理系統(tǒng)顯然是更加復(fù)雜、更加精密的。

(資料圖片僅供參考)

純電動車所搭載的電池管理系統(tǒng)從功能上來講，它主要具備檢測、評估、診斷、控制、交互等作用。如檢測電芯的溫度、電流、電壓，以及電池包絕緣狀態(tài)、接地狀態(tài)、高壓互鎖狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息，還要評估電芯和整個電池組的健康狀態(tài)，診斷電芯是否有過充、過放等行為，或系統(tǒng)中的某個子系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障等，這些都是電池管理系統(tǒng)主要的功能和作用。

電池管理系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)來看，它主要由采集單元、控制單元兩大結(jié)構(gòu)組成，前者負(fù)責(zé)檢測并采集記錄電芯的溫度、電流、電壓等數(shù)據(jù)信息，如果發(fā)現(xiàn)異常系統(tǒng)會及時發(fā)出警報，后者的作用是控制電芯充放電的細(xì)節(jié)參數(shù)。

如果電芯都處于正常的工作狀態(tài)，那么電池管理系統(tǒng)則會主動向整車控制器報告自身的情況，就像是列好隊(duì)的士兵向長官高喊“XX班應(yīng)到X人，實(shí)到X人，請指示！”，如果駕駛員此時踩下電門踏板，那么整車控制器便會向電池管理系統(tǒng)發(fā)出“全速前進(jìn)”的作戰(zhàn)指令，后者接收到這一重要指示后，控制單元便會控制電芯進(jìn)行正常放電，驅(qū)動車輛的電機(jī)轉(zhuǎn)動來提供加速行駛的動力。

高矮胖瘦怎么平均？

我們都知道，純電動車每充滿一次電行駛過一段距離，如果系統(tǒng)出現(xiàn)電量不足的提示后，這時候就要及時對車輛進(jìn)行充電，以免出現(xiàn)過放的情況損害電池組的使用壽命。在為車輛插上充電樁后，駕駛員就可以回家吃飯睡覺休息了，只需等到車輛充滿電就可以拔掉充電槍了，但是在這幾個小時的過程中，電池管理系統(tǒng)可就沒那么好運(yùn)了，說它忙的是焦頭爛額一點(diǎn)都不夸張。

因?yàn)榧冸妱榆嚨碾姵亟M是由許多單體電芯組成的，即便是制作電芯的材料和生產(chǎn)工藝都非常成熟了，但都不能完全保證每個電芯的參數(shù)是一模一樣的，就像我們?nèi)艘粯佑懈叩摹⒂邪摹⒂信值摹⒂惺莸模噪娦镜囊恢滦跃秃茈y保證，因此也就導(dǎo)致了由許多單體電芯組成的電池組會具備“木桶效應(yīng)”。

我們都知道，一個由高矮不一的木板制成的木桶，如果向木桶內(nèi)部不斷注水，隨著桶內(nèi)的水位不斷上升，那么最矮木板所在的區(qū)域便開始向外流水，就很難用水注滿整個水桶，電池組在充電時其實(shí)也會面臨這樣的情況。

在車輛的充電邏輯上來說，如果沒有電池管理系統(tǒng)的參與，電池組在充電時會出現(xiàn)容量最小的電芯已經(jīng)充滿電，容量較大的電芯還沒有充滿電的情況發(fā)生，為了防止電芯過充可能引發(fā)熱失控，此時系統(tǒng)便會停止為整個電池組充電。

假設(shè)繼續(xù)強(qiáng)行充電至容量最大的電芯充滿電，那么前者因?yàn)檫^充的原因，可能會出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象并導(dǎo)致熱失控情況的發(fā)生，即便是沒有發(fā)生熱失控事件，容量最小的電芯因?yàn)榻?jīng)常過充，其使用壽命也會大打折扣。

如果沒有電池管理系統(tǒng)的參與，電池組在放電時也將遵循這個邏輯，當(dāng)容量最小的電芯放完電，那么整個電池組便都會集體“罷工”。長時間如此，容量最小的電芯一直處于滿充滿放的狀態(tài)，容量大的電芯一直是使用的是部分容量，相當(dāng)于是每次考完試后得滿分的同學(xué)，回到家都會和考0分的同學(xué)一樣挨頓揍，學(xué)習(xí)好卻還挨揍的同學(xué)豈不是太虧了，消費(fèi)者花錢買車卻只能體驗(yàn)到差電芯帶來的服務(wù)，那豈不也是非常虧。

為了應(yīng)對因?yàn)殡娦静灰恢滦詭淼睦_，電池管理系統(tǒng)中的均衡功能就被開發(fā)了出來。均衡功能又分為被動均衡和主動均衡兩種方式，其中前者是在容量較小的電芯被充滿時，不停的消耗掉這部分電芯中的部分電量，一直持續(xù)到容量最大的電芯被充滿電。被動均衡的方式因?yàn)橐恢笔沁叧溥吅碾姡噪姵亟M會產(chǎn)生一定的熱量，但勝在成本低。

主動均衡會在電池組中額外加裝一些儲能元件，當(dāng)容量較小電芯的電量被充滿后，后續(xù)輸入到這個電芯的電量會轉(zhuǎn)移到儲能元件中，最后再轉(zhuǎn)移輸入到容量較大的電芯中。主動均衡的方式因?yàn)榧友b了儲能元件，其成本會變得更高，而且更加復(fù)雜的線路轉(zhuǎn)接，可能會提升電池組的故障發(fā)生率，所以當(dāng)下大多數(shù)純電動車使用的多為被動均衡方式，來讓電池組中所有的電芯都能充至滿電狀態(tài)。

熱管理之散熱

除此之外，大家耳熟能詳?shù)碾姵責(zé)峁芾砑夹g(shù)，也是電池管理系統(tǒng)中的重要組成部分。所謂熱管理技術(shù)，也就是針對“熱”這個詞匯展開研究的，因?yàn)殡娦驹诜烹姇r會產(chǎn)生熱量，電池組內(nèi)部屬于是封閉有限的空間，如果在短時間積壓了大量熱量無法向外排出，那么電芯內(nèi)部的絕緣隔膜可能會失效，最終導(dǎo)致電芯短路造成自燃起火等熱失控事件。

為了避免出現(xiàn)此類熱失控的情況，早期純電動車電池組的內(nèi)部使用的是風(fēng)冷散熱方式。其中風(fēng)冷散熱又分為被動風(fēng)冷和主動風(fēng)冷，前者是抱著非常“佛系”的態(tài)度，基本上是沒有過多的散熱設(shè)計(jì)，只是被動的依靠電池組自身向外界散發(fā)熱量，以此來解決電池組內(nèi)部的積熱問題，可想而知散熱效果非常讓人堪憂；后者則是為電池組加裝散熱風(fēng)扇，并且再設(shè)計(jì)一些風(fēng)道將熱風(fēng)吹出去，這樣的設(shè)計(jì)倒是和電腦主機(jī)箱有些相似，其散熱效果要強(qiáng)于被動風(fēng)冷散熱。

隨著時代的發(fā)展，純電動車的續(xù)航里程越來越長，那么相應(yīng)的電池組容量也會水漲船高，所以風(fēng)冷的散熱方式逐漸無法滿足電池組的散熱需求，散熱效果更好的液冷逐漸成為了主流的散熱設(shè)計(jì)。液冷散熱又分為直接接觸式和間接接觸式，前者是將整個電池組直接浸泡在冷卻液之中，雖然這些液體都是不導(dǎo)電的材料，但真正實(shí)現(xiàn)起來還是非常困難的，當(dāng)下除了賽事級別專業(yè)打造的車輛外，普通的家庭乘用車基本上都無法做到這樣的設(shè)計(jì)。

在成本和技術(shù)的考量下，間接接觸式液冷散熱也就成立當(dāng)下純電動車的最佳選擇。間接接觸式液冷散熱是在電池組的側(cè)方或底部加入金屬板和冷卻管路，電芯產(chǎn)生的熱量由金屬板轉(zhuǎn)移至冷卻管路中，通過冷卻液往復(fù)循環(huán)的不停運(yùn)轉(zhuǎn)，最終將電芯產(chǎn)生的熱量及時排至外界，其實(shí)從本質(zhì)上來說這套思路就是空調(diào)制冷原理，只不過金屬板、冷卻管理和冷卻液成為了熱量轉(zhuǎn)移的主體。

熱管理之加熱

電池組的熱管理技術(shù)，其中“熱”不僅是只包括散熱，同時還具有加熱層面的意思。我們都知道，純電動車在溫度較低的環(huán)境中，車輛的續(xù)航里程會出現(xiàn)打折扣的現(xiàn)象，并且在充電時也可能出現(xiàn)充的慢等情況，這是電芯內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)隨著溫度降低，其化學(xué)活性也會隨之降低的原因?qū)е碌模詾榱吮Ｕ霞冸妱榆囋诘蜏丨h(huán)境下的續(xù)航里程，為電池組主動加熱就成為了一項(xiàng)有效的解決方案。

不僅僅是電池，我們?nèi)嗽诤涞亩疽膊幌胪獬龌顒樱行┤藭诒桓C里鋪上一條電熱毯，以此讓被窩里始終保持著合適的溫度，電池組的加熱也可以使用類似的辦法。工程師們通過對電池組加裝一些PTC熱敏電阻或加熱膜，在溫度較低時進(jìn)行通電使其產(chǎn)生熱量，以此讓電芯處于溫度適宜的工作狀態(tài)，最終去降低溫度對車輛續(xù)航里程的影響，不過這種對高電阻線路通電產(chǎn)熱的方式，其缺點(diǎn)是會消耗掉大量的電量。

在冬季，人們除了在被窩里鋪上電熱毯，還可以使用熱力公司提供的暖氣讓房間里暖和起來，所以工程師們也使用了類似的方式，讓電池組在寒冷的環(huán)境“暖和”起來。在對PTC熱敏電阻加熱的基礎(chǔ)上，可以將電阻和液體循環(huán)管路聯(lián)合協(xié)作，為電阻通電使其產(chǎn)生熱量，讓管路中循環(huán)的液體熱起來，最終將電池包控制在電芯適宜的溫度區(qū)間，這其實(shí)就是對PTC熱敏電阻加熱方案進(jìn)行了優(yōu)化，耗電量相對來說有所降低而已。

除了這些我們熟知的加熱方式，當(dāng)然還有一些科技含量更高的方法。如聽著就很科幻的脈沖加熱和熱泵加熱。前者是利用低溫內(nèi)阻變大的物理特性，在電芯兩端預(yù)裝了一些特殊裝置，它可以讓電流流經(jīng)內(nèi)阻較大的電芯，電流高頻次的通過內(nèi)阻較大的電芯就會快速產(chǎn)生很多熱量，以此將電池組的溫度提升至電芯適宜的工作溫度。

“熱泵”這個詞匯相信大家近兩年都聽說過，熱泵空調(diào)現(xiàn)在也逐漸成為了純電動車的標(biāo)配，電池包的熱泵加熱也是利用傳統(tǒng)的氣體轉(zhuǎn)化為液體需要放熱，液體轉(zhuǎn)化為氣體需要吸熱物理特性，將外界的熱量置換到電池包內(nèi)，為電芯提供適宜的工作溫度。

除了這些主動耗電為電池組加熱的方式，其實(shí)驅(qū)動電機(jī)也是可以為電池組進(jìn)行加熱的。我們都知道一輛純電動車不僅有電池組，還會搭載有數(shù)量不同的驅(qū)動電機(jī)，在車輛行駛途中不僅電芯放電會產(chǎn)生熱量，驅(qū)動電機(jī)處于工作狀態(tài)也會產(chǎn)生很多熱量，所以電池組、驅(qū)動電機(jī)都有自身配套使用的熱管理系統(tǒng)。

針對溫度較低的寒冷用車環(huán)境，有一種將電池組、驅(qū)動電機(jī)的熱管理系統(tǒng)合二為一的設(shè)計(jì)理念。即電池組、驅(qū)動電機(jī)共用一套熱管理系統(tǒng)，車輛在行駛途中驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)生的熱量，通過集成化熱管理系統(tǒng)輸入到電池包，利用電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的廢熱維持電池包的溫度，這樣就可以減少耗電加熱為電池包保溫所使用的電量。

電池管理系統(tǒng)不僅只是在純電動車處于正常運(yùn)行狀態(tài)時起作用，當(dāng)車輛發(fā)生了意外碰撞事故時其也會積極參與，并最大程度保障乘員的生命安全。如果車輛發(fā)生了碰撞事故等危險情況，因?yàn)殡姵亟M內(nèi)部都是比家用220V電壓要高的高壓電源，如果在碰撞事故中電源線破裂，乘員觸碰到高壓電可能會有生命危險，此時電池管理系統(tǒng)便會及時出手，按照國標(biāo)要求及時下電并降低部分電路中的電壓，以此來保障乘員的生命安全。

寫在最后：

純電動車的電池管理系統(tǒng)其實(shí)就是當(dāng)電芯一切正常的時候，按照整車控制器的指令去辦事，當(dāng)檢測電芯不正常的時候就及時給出對應(yīng)的方案，讓電芯恢復(fù)至能夠正常工作的狀態(tài)。其實(shí)就像我們?nèi)艘粯樱瑳]生病的時候就該吃吃該喝喝，生病的時候就去醫(yī)院看個病打一針再開點(diǎn)藥吃，等病好了就繼續(xù)該干嘛就干嘛，雖然嘴上說著很簡單，但是要將電池管理系統(tǒng)做好其中是難度也是非常之大，所以對于一家車企來說電池管理系統(tǒng)可以稱得上為一項(xiàng)重要的商業(yè)秘密。