隨著全球對可持續(xù)交通的需求日益增長，電動汽車(EV)作為減少碳排放、緩解能源危機的重要解決方案，其市場份額正逐步擴大。然而，要實現(xiàn)電動汽車的廣泛普及，面臨諸多挑戰(zhàn)，其中電池管理系統(tǒng)(Battery Management System，BMS)的性能至關重要。BMS 作為電動汽車的核心組件之一，不僅保護電池免受損壞，還通過智能算法延長電池壽命，預測電池剩余壽命并維持電池正常運行狀態(tài)，其創(chuàng)新對于提高電動汽車采用率具有不可忽視的推動作用。

二、BMS 的架構與工作原理

(一)主要子系統(tǒng)

一般來說，BMS 具有模塊化結構，通常包括電芯監(jiān)控單元(CSU)、電池控制單元(BCU)和電池斷連單元(BDU)三個主要子系統(tǒng)。CSU 負責檢測每個電芯的電壓和溫度，收集所有電池電芯的參數(shù)信息，并執(zhí)行電芯均衡以補償電池電芯之間的不一致性。BCU 則整合來自 CSU 的參數(shù)，檢測電池包的電壓和電流，負責電池包管理，根據(jù)收集的數(shù)據(jù)分配電池的充放電方式，計算荷電狀態(tài)、功率狀態(tài)和運行狀況，執(zhí)行智能保護控制和絕緣監(jiān)測等功能。BDU 主要負責在必要時切斷電池與外部電路的連接，保障安全。

(二)工作流程

在電動汽車運行過程中，CSU 實時監(jiān)測電芯狀態(tài)，將數(shù)據(jù)傳輸給 BCU。BCU 根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行綜合分析，判斷電池的整體狀況，進而調整充電和放電策略。例如，當檢測到某個電芯電壓過高或過低時，CSU 會進行電芯均衡操作，而 BCU 則可能調整充電電流或停止充電，以避免電池過充或過放。在發(fā)生碰撞或短路等異常情況時，BDU 迅速切斷電路，防止電池進一步損壞和安全事故的發(fā)生。信息通過控制器局域網(wǎng)(CAN)通信傳輸?shù)狡嚳刂茊卧螂娮涌刂茊卧?，實現(xiàn)整車對電池狀態(tài)的監(jiān)控和管理。

三、BMS 創(chuàng)新的關鍵領域

(一)電池化學物質的優(yōu)化

NMC 與 LFP 的發(fā)展：目前，鎳錳鈷(NMC)三元鋰電池因其出色的能量密度，在電動汽車中廣泛應用，直接影響著續(xù)航里程。但近年來，鎳和鈷需求激增帶來市場動蕩。相比之下，磷酸鐵鋰(LFP)電池不含昂貴且稀有的鎳和鈷元素，成本更低，生命周期長，穩(wěn)定性高且不易起火，安全性優(yōu)勢明顯。盡管 LFP 能量密度較低，但其在大容量汽車領域，如公交、物流車等，憑借經(jīng)濟實惠性和安全性，逐漸嶄露頭角。并且，LFP 需要十分精確的電池監(jiān)測技術，以應對其平緩的放電曲線。

固態(tài)電池的潛力：多家汽車制造商積極開展固態(tài)電池研究。固態(tài)電池具有更高的能量密度、可靠性和抗老化特性，充電速度顯著加快，安全性更是大幅提升，有效限制了液態(tài)電解液在高溫下易燃帶來的火災或爆炸風險。隨著技術的突破和成本的降低，固態(tài)電池有望成為未來電動汽車電池的主流選擇。

(二)無線 BMS 技術

組裝與生產(chǎn)優(yōu)勢：傳統(tǒng)部署 BMS 主要依靠導線，雖能滿足汽車安全完整性等級 D(ASIL D)合規(guī)性，但存在電纜故障、保修維修和電池電芯更換成本高昂等問題。無線 BMS 簡化了電池包組裝和生產(chǎn)過程，生產(chǎn)線技術人員無需將電纜插入每個電池模塊，就能組裝電池包并獲取即時讀數(shù)，大大節(jié)省成本并提高生產(chǎn)效率。

減少故障與減輕重量：電纜線束和連接器是電池包故障的主要原因之一，無線 BMS 減少了低壓布線，降低了電池包故障概率，減少原始設備制造商(OEM)的保修索賠風險。同時，無線 BMS 有助于減輕車輛重量，且增加了電池包內空間，使電池制造商或 OEM 可添加更多電池電芯，增加電芯節(jié)數(shù)和減輕重量雙管齊下，有效延長續(xù)航里程。此外，無線 BMS 通過固有隔離節(jié)省元件成本，無需變壓器、電容器或共模扼流圈即可實現(xiàn)隔離。

(三)電池容量和運行狀況的高級估算

影響電池容量的因素：電池剩余電量的準確估算直接關系到剩余續(xù)航里程。電池電芯制造商提供的額定容量會隨時間變化，溫度升高、循環(huán)使用、放電模式深度和老化等都是導致電池容量衰減的重要因素。因此，持續(xù)準確估算電池容量對精確估算荷電狀態(tài)至關重要。

CSU 的關鍵作用：電芯監(jiān)控單元(CSU)在電池包內緊密運行，連接電芯監(jiān)測器器件布線線束，確保高效回傳重要電池包數(shù)據(jù)。通過 CSU 輸出的診斷數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)電池運行狀況和荷電狀態(tài)估算，直接影響系統(tǒng)安全目標。高精度監(jiān)測器配合算法，為駕駛員提供精確估算，充分發(fā)揮每次充電效用。特別是隨著 LFP 電池的興起，其平穩(wěn)放電曲線要求更精確的電芯電壓測量數(shù)據(jù)，德州儀器(TI)的相關可堆疊電池監(jiān)測器和電芯平衡器，能提供高精度測量和被動電芯均衡功能，助力更精確的運行狀況和荷電狀態(tài)計算。

(四)智能電池接線盒(BJB)架構

架構轉變：器件創(chuàng)新推動 BMS 架構向智能電池接線盒(BJB)轉變。傳統(tǒng) BJB 僅含機械部件，而智能 BJB 引入有源硅器件，執(zhí)行高壓監(jiān)測、電流檢測和絕緣檢測等功能，這些功能傳統(tǒng)上由 BCU 執(zhí)行。

優(yōu)勢顯著：智能 BJB 架構明確區(qū)分高壓域和低壓域，所有高壓信號在 BJB 中直接測量，使 BCU 成為純粹的低壓設計。電池包監(jiān)測器采用專有菊花鏈接口，支持分立式電容器隔離，無需昂貴的數(shù)字隔離器器件，菊花鏈通信還省去收發(fā)器等元件及額外 MCU，降低成本。將電池包監(jiān)測器置于 BJB 中或周圍，可立即訪問高壓信號，減少長導線連接回 BCU 的需求，提高系統(tǒng)效率和可靠性。

四、BMS 創(chuàng)新對提高電動汽車采用率的影響

(一)提升性能與續(xù)航

通過優(yōu)化電池化學物質、采用無線 BMS 技術和更精準的電池容量估算，電動汽車的續(xù)航里程得到顯著提升。以搭載先進 BMS 的理想汽車為例，其即將推出的車型搭載寧德時代 5C 麒麟電池組，能量密度高達 170Wh/kg，僅需 11 分鐘就能完成 500 公里續(xù)航充電，大大緩解了用戶的 “里程焦慮”。高性能的 BMS 確保電池在不同工況下都能穩(wěn)定高效輸出能量，提升電動汽車的動力性能和駕駛體驗，使電動汽車在與傳統(tǒng)燃油車的競爭中更具優(yōu)勢，吸引更多消費者選擇電動汽車。

(二)降低成本

從電池成本角度，LFP 電池等低成本化學物質的應用以及無線 BMS 減少布線成本等創(chuàng)新，降低了電動汽車的制造成本。在使用成本方面，精準的電池管理延長了電池壽命，減少了電池更換頻率，降低了用戶的使用成本。例如，中車電動通過自研電池管理技術，提供電池全生命周期解決方案，降低了公交公司的運營成本。成本的降低使得電動汽車價格更具競爭力，擴大了目標消費群體，促進電動汽車的普及。

(三)增強安全性

BMS 的智能保護控制、絕緣監(jiān)測以及固態(tài)電池等新技術應用，極大增強了電動汽車的安全性。在發(fā)生異常情況時，BMS 能迅速響應，切斷電路，防止電池熱失控等危險情況發(fā)生。如特斯拉等品牌，通過不斷升級 BMS 的安全功能，提升了消費者對電動汽車安全性的信心。安全性的提升消除了消費者對電動汽車安全隱患的擔憂，是提高電動汽車采用率的重要保障。

(四)適應多樣化需求

不同應用場景對電動汽車的性能和功能需求各異。BMS 創(chuàng)新使得電動汽車能夠更好地適應這些多樣化需求。在公交、物流等領域，LFP 電池配合高效 BMS，滿足了車輛對經(jīng)濟性和安全性的要求;而在高端乘用車領域，高能量密度電池和先進 BMS 則提供了長續(xù)航和高性能。例如，中車電動針對旅游市場推出的客車，通過優(yōu)化 BMS 滿足了車輛在不同運營場景下的需求。多樣化的解決方案拓寬了電動汽車的應用領域，促進其在各個領域的推廣應用。

五、結論

電池管理系統(tǒng)的創(chuàng)新在提高電動汽車采用率方面發(fā)揮著核心作用。通過在電池化學物質、無線技術、電池狀態(tài)估算和架構設計等多個關鍵領域的創(chuàng)新，BMS 有效提升了電動汽車的性能、降低了成本、增強了安全性，并滿足了多樣化的市場需求。隨著技術的不斷進步和創(chuàng)新的持續(xù)推進，BMS 將進一步優(yōu)化電動汽車的整體表現(xiàn)，使其在全球交通轉型中扮演更為重要的角色，加速實現(xiàn)可持續(xù)交通的目標，讓電動汽車真正成為未來出行的主流選擇。