電池管理系統(tǒng)中的核心技術(shù)為電池 SOC ，它是衡量電池的重要性能指標(biāo)。通過動力電池 SOC 進(jìn)行準(zhǔn)確的估計(jì)，可以有利于提高電池組的安全性 / 整車性能 / 防止過充過放/ 延長使用壽命。

電池管理系統(tǒng)的概念
電池管理是基于微計(jì)算機(jī)技術(shù)、檢測技術(shù)和自動控制技術(shù)對電池組運(yùn)行狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)控、精確測量、安全保護(hù)并使電池工作在最佳裝態(tài)，用以提高電池組的可靠性，達(dá)到延長使用壽命，降低運(yùn)行成本的目的。
關(guān)于電池管理系統(tǒng)實(shí)物模樣，即為一塊布滿電子元?dú)饧?/span>的PCB板。

關(guān)于電池管理系統(tǒng)在汽車中的結(jié)構(gòu)原理圖

電池管理系統(tǒng)的功能

電池管理系統(tǒng)作為電動汽車能量的控制核心，有關(guān)IEC和QC / T 897-2011對BMS都制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)功能要求。

IEC 制定BMS功能標(biāo)準(zhǔn)包含：電池?cái)?shù)據(jù)采集、SOC 估算、電池循環(huán)壽命、告警保護(hù)。

QC / T 897-2011對 BMS 功能標(biāo)準(zhǔn)包含：電池單體電壓采集、電池溫度采集、剩余電量估算、安全預(yù)警和控制、信息處理、信息交互。

綜合以上標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際汽車要求，電動汽車BMS 必須具備的基本功能：均衡管理功能、熱管理功能、CMU通訊功能、SOC 估算、壽命估算、電池信息監(jiān)控、充電和放電過程控制、數(shù)據(jù)顯示和備份。

1）電池信息采集：由采集板上傳感器采集電池組的電流的充放電情況 、工作電壓數(shù)據(jù)、環(huán)境溫度信息，通過CAN線反饋到主控芯片

2）剩余電量估算SOC：將采集到的電池?cái)?shù)據(jù)提供給主控芯片，它根據(jù)算法來估算動力電池組剩余電量SOC，提供續(xù)駛里程參考

3）電池安全保護(hù)：安全管理負(fù)責(zé)監(jiān)控電池在工作過程中工作異常情況，在異常下系統(tǒng)應(yīng)能立刻做出處理來保證電池組的正常運(yùn)行，預(yù)防發(fā)生燃燒爆炸情況

4）電氣控制管理：電動汽車在充放電過程中，動力電池存在過充、過放、電池間電量不均衡的可能性，對電池的使用壽命和工作效率產(chǎn)生影響。如果發(fā)生則電池管理系統(tǒng)需迅速做出反應(yīng)，并有效執(zhí)行預(yù)定措施。比如通過切斷充放電回路保證電池組的正常使用和安全使用。

5）數(shù)據(jù)通信顯示：首先收集到的電池信息被提交至 BMS 主控芯片，處理其電量估算與均衡控制，再將結(jié)果通過 CAN 總線發(fā)送給其他設(shè)備使用。

電池管理系統(tǒng)主程序流程圖

電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型

從結(jié)構(gòu)上，電池管理系統(tǒng)分為三種：集中型、分散型 、集成型

1）分散型：電池管理由多個(gè)管理模塊組成，它們分別負(fù)責(zé)采集電池組的數(shù)據(jù)，并監(jiān)控電池狀態(tài)和處理電池?cái)?shù)據(jù)，最終將計(jì)算結(jié)果及控制命令通過CAN總線發(fā)送給整車控制器，不設(shè)立主控板，有多少個(gè)電池單元就有多少管理模塊。能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的就近處理、并行計(jì)算，速度快、精度高，但是硬件需求大，成本高，各個(gè)模塊缺少統(tǒng)一管理。

2）集中型：電池?cái)?shù)據(jù)的采集是通過 BMS 主控芯片完成，同時(shí)主控芯片還要進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理、發(fā)出控制命令，程序多、任務(wù)重，采集精度和數(shù)量均受到限制，且擴(kuò)展性較差。

3）集成型：集合了上述兩種類型的特點(diǎn)，系統(tǒng)由主控模塊和采集模塊組成，采集模塊專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送，由主模塊完成數(shù)據(jù)的處理和指令的生成。這樣一來，系統(tǒng)分工明確，集散控制，方便靈活，具有很好的可行性與可靠性。

電池荷電狀態(tài) SOC

電池管理系統(tǒng)中的電池 SOC 至關(guān)重要，它是衡量電池的重要性能指標(biāo)。通過動力電池 SOC 進(jìn)行準(zhǔn)確的估計(jì)，可以有利于提高電池組的安全性 / 整車性能 / 防止過充過放 / 延長使用壽命。

電池 SOC 估算策略

目前常用的純電動汽車動力鋰離子電池 SOC 常用卡爾曼濾波法對其電量估算。

卡爾曼濾波法

卡爾曼濾波算法的基本思想是分別建立有效信號與高斯白噪聲的狀態(tài)空間模型，利用現(xiàn)時(shí)刻的觀測值和前一時(shí)刻的估計(jì)值，來更新對所需狀態(tài)變量的估計(jì)。卡爾曼濾波法估算電池荷電狀態(tài) SOC 時(shí)，將 SOC 參數(shù)看做是電池內(nèi)部的狀態(tài)變量，基于遞推算法實(shí)現(xiàn)其最小均方差值的估算。該方法在理論上對于 SOC 初始值存在較好的修正能力，且能保持較高的精確度，但不足之處在于過于依賴電池模型的準(zhǔn)確性，此外卡爾曼濾波算法計(jì)算量較大，對處理器的性能有一定要求

電池SOC 的因素因素

鋰電池的實(shí)際容量會受到環(huán)境溫度、放電電流（放電倍率）、自放電及電池老化等因素的影響，在估算動力電池的 SOC 時(shí)，這些因素必須考慮到，才能得到更為精確的估算結(jié)果。

1）溫度：溫度對電池性能的影響非常大。當(dāng)溫度較高時(shí)正負(fù)電極材料活性高，電解液電遷移率很大，其有利于化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，電化學(xué)反應(yīng)速率快，使電池能釋放出更多的電量，當(dāng)然溫度過高時(shí)鋰電池易起火或是爆炸，會造成安全問題；溫度低時(shí)電化學(xué)反應(yīng)相對放慢，電池釋放的電量減少。SOC 的估算精確度因會受到溫度影響，則要求在計(jì)算中進(jìn)行修正。

2）充放電電流：電池放電電流的大小會影響電池的實(shí)際放電容量，經(jīng)過驗(yàn)證，在其他影響因素相同的情況下，電池以不同的電流放電，但放出的電量會不同。放電電流小的電池可放出更多電量。那么在電池內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)時(shí)會有某些生成物產(chǎn)生，它們會分布電池內(nèi)部，但當(dāng)電池電流較大時(shí)，電極周圍的大量生成物由于不能及時(shí)擴(kuò)散出去，則會積聚在電極上，它們會阻礙鋰離子的移動和正常的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致電池輸出的實(shí)際電量減少

3）自放電：自放電現(xiàn)象時(shí)電池在無負(fù)載的情況下的電量會慢慢消失，每個(gè)電池都會有不同程度的自放電。經(jīng)過長時(shí)間存放的電池內(nèi)部活性物質(zhì)會慢慢消耗。如果電池存放環(huán)境溫度越高，則電池的自放電率就越大。鋰離子電池應(yīng)該在溫度較低的環(huán)境下存放。自放電也會造成SOC 估計(jì)的偏差，需要加以修正。

4）電池自身的老化：當(dāng)電池進(jìn)行多次循環(huán)使用后的材料活性降低，那么電池發(fā)生老化導(dǎo)致電池性能的改變。電池老化的快慢由電池的充放電過程和使用方式?jīng)Q定。當(dāng)電池經(jīng)常以不當(dāng)?shù)姆绞匠浞烹姇r(shí)或是經(jīng)常發(fā)生過充或過放時(shí)電池的老化會變快。電池的老化會導(dǎo)致其能夠存儲和放出的電量下降，因而在進(jìn)行 SOC 估算時(shí)，必須用電池的循環(huán)工作次數(shù)修正電池容量衰減的影響。