动力电池系统是现代纯电动汽车的核心组成部分，它包含着三个关键技术。如图1所示，我们将围绕这些关键技术展开一系列文章，旨在梳理当前市场上的技术难题，并探讨相应的解决方案，希望能够为大家提供一定的帮助。
一般来说，动力电池系统由三个主要部分组成：电池包、电池管理系统以及电池传感器和执行器。其中，
电池管理系统与电池紧密结合，对电池组和单个电池单元的运行状态进行动态监测。该系统能够准确测量电池的剩余容量，并对电池的充放电过程进行保护，以使电池始终处于最佳工作状态。
电池管理系统通过实时检测电池的电压、电流和温度等参数，并进行漏电检测、热管理、电池均衡管理和报警提醒。此外，它还可以计算剩余容量和放电功率，并报告SOC（State of Charge）/SOH（State of Health）状态。通过利用算法控制电池的电压、电流和温度，该系统可以实现最大输出功率，从而获得最大的行驶里程。同时，它还可以通过算法控制充电机以获得最佳电流进行充电。此外，电池管理系统能够通过CAN总线接口与车载控制器、电机控制器、能量控制系统和车载显示系统等实时通信，确保各个部件之间的协调运作。
目前，在电池管理系统领域主要存在两种拓扑结构，分别是集中式拓扑结构和分布式拓扑结构。
集中式拓扑结构：在这种结构下，整个电池管理系统的控制逻辑和功能都由一个中央控制器来完成。该中央控制器通过监测电池组中各个单体电池的状态，并进行相应的控制和调节，以实现电池组的均衡和保护。
分布式拓扑结构：与集中式拓扑结构不同，这种结构下的电池管理系统将控制逻辑和功能分散到每个电池单体或小组中。每个电池单体或小组都配备有自己的管理模块，它们负责监测和控制本身的电池状态，并与其他模块进行通信，实现电池组的均衡和保护。
电池管理系统关键技术
电池均衡功能
由于生产工艺和电池内阻等因素的影响，电池组中的单体电池会表现出不同的特性和能量差异。根据不同的原因，我们将电池的不一致性分为两类。
电池管理系统可以通过均衡功能来解决这两种不一致性问题。均衡功能可以分为主动均衡和被动均衡两种方式。被动均衡，也称为能量耗散式均衡，采用电阻能量消耗方法实现充电均衡。通过开关信号，将高能力电池的能量以热量形式释放，但需要注意热平衡管理，以避免过热对主板工作造成影响。主动均衡则利用储能元件如电感或电容将高容量电池转移至低容量电池中实现均衡。主动均衡的代表是基于DC/DC变换器的方式，可以进一步分为以下四种方式，每种方式都可以实现充电均衡和放电均衡：
电池组向单体均衡（特别适用于放电均衡）
单体向电池组均衡（特别适用于充电均衡）
电池组与单体之间双向均衡
单体与单体之间均衡
需要强调的是，行业内往往存在对电池管理系统均衡功能的误解，均衡无法修复电池的一致性问题，只能在一定程度上缓解不一致性带来的影响。均衡只能起到调节作用，不能从根本上解决问题。纯粹的充电均衡或放电均衡仅能解决第二类不一致性问题，并且取决于均衡能力，对电池本身容量差异（第一类不一致性）无法解决。因此，要解决这类问题，关键在于提高电芯生产过程的稳定性，确保电池产品的一致性。
电池管理系统状态（SOC, SOH, SOP, SOE）评估
稳定性和可靠性是电池管理系统（
BMS）的基础，忽视这两个方面将使其他功能无从谈起。对于电池管理状态（SOC、SOH、SOP、SOE）的评估取决于电芯电压、电芯温度和电池电流等数据的准确性。
目前市场上的大多数BMS没有能够检测所有单体电池电芯温度的功能，但从技术角度来看，采集每个电池的电芯温度非常重要。当出现电池连接松动、不正确使用或内部故障时，温度升高是一个重要的指标。通过监测每支电池的电芯温度，可以实时了解电池的运行状况，并提供异常报警，以避免发生事故。
几乎所有的BMS都具备电流测量功能，BMS会将测量到的电流传递给主控制器，形成闭环反馈控制。一方面，这可以准确控制充电机在充电过程中的输出电流，实现既定的充电策略；另一方面，它可以控制负载放电电流，保护电池在放电过程中的安全。BMS对电流测量的精度要求很高，因为许多BMS的SOC是基于电流计算的，只有高精度的电流测量才能确保准确的SOC计算。在选择BMS时，电流测量的精度越高越好。
SOC的测算是BMS必不可少的功能，通过SOC用户可以预估电池的剩余电量。单体电池的SOC测算也非常重要，因为最低SOC的单体决定了整个电池组的SOC，也有厂家根据单体SOC来判断均衡功能是否启用。然而，SOC的测算是一个行业难题，很难找到一种算法适应所有型号的电池和所有使用条件。
总结：近年来，随着通信技术的进步，无线BMS技术和采样精度更高的电器元件逐渐出现。在笔者看来，在满足基本功能的前提下，BMS应同时兼顾系统可靠性和成本要素，并追求适当的均衡，而无需过分追求极致的性能参数。对于电池管理系统的均衡功能，单独的充电均衡或放电均衡对容量差异的改善作用不明显，只有通过大电流充放电均衡才能改善容量的不一致性。因此，提高电芯生产过程的稳定性，保证电池产品的一致性才是解决这类问题的根本办法。
