动力电池管理系统（BMS）关键技术
一直想系统的整理一下汽车动力电池管理系统的知识体系。今天有些空闲，就坐下来整理整理。
首先，什么是 BMS？BMS 是 Battery Management System 的简称。BMS 是对电电池组（Battery Pack）进行监控和管理的系统。电池电芯（Battery Cell）组成电池模块（Battery Module），电池模块组成电池组。因此，BMS 对电芯、模块、电池组的电压、电流、SOC、SOE、SOH、SOP 等参数进行采集、计算，进而控制电池的充放电过程，确保电池在额定的电压、电流长时间的工作，满足不同工作负载的需要。
BMS 的关键技术有以下几个方面：
- 电池状态评估。
- 电池性能平衡。
- 电池安全管理。
电池状态评估的关键指标有：
- SOC 指的是 State of Capacity，即剩余电量，荷电状态，电量状态：BMS 监控的的关键状态之一，SOC 是电池可用容量与额定容量的百分比。另外，从电化学的角度来看，由于可用电荷量依赖于电极中储存的锂离子量，所以 SOC 也可用通过锂浓度来计算。
- SOE 指的是 State of Energy，即剩余能量，能量状态：在不同 SOC 状态下，由于电池的电势水平在放电过程中会有明显的下降趋势，因此，在不同的剩余电量情况下，电池的剩余能量会有不同的变化曲线。
- SOH 指的是电池健康状态：由于电池内部的化学反应，电池在使用过程中会出现性能衰退的现象。通常根据电池容量的衰退或内阻的增加来评估电池的健康状态。一般而言，当电池的容量衰减到 80% 或者内阻增加一倍时，认为该电池达到了寿命终点（End of Life，EOL）。
- SOP 指的是电池的功率状态：表示电池在短时间内可以提供或吸收的功率。电池 SOP 可以看作在考虑了各种工况下，极限电流和相应电压的乘积。
BMS 需要提供电池性能平衡管理。因为动力电池是通过多个电池模组、电芯串并联一起工作从而达到额定电压的需求。而电芯之间因为其存在一定的不一致性，当某些电芯与其他电芯不匹配。则可能会有一个或多个电芯充电不足或过度充电，这两种情况都可能导致电池故障。 改善这种情况的方法称为电池平衡（Battery Equalization）。平衡是强制所有电池具有相同电压的过程。电池平衡有被动平衡和主动平衡方法：
- 被动平衡方法：在一般的锂电池管理系统中，每个电池单元都通过一个开关连接到一个负载电阻。将不需要的充电电流分流至电阻，让电阻耗散这些电流，避免电池的过充过放。
- 主动平衡法：通过一个用于转移能量的存储元件，确保锂电池组内的电芯无论是在充电、放电还是闲置状态都能传送电荷，从而使电芯之间保持动态平衡。
电池安全管理是 BMS 基本需求之一。BMS 不仅要通过能量管理、监控诊断避免出现电池过充电（Over Charge）、电池过放（Over Discharge）、过热（Over Heating）、过流（Over Current）；还要通过高压互锁（High Voltage Inter-Lock）和绝缘检测，发现高压连接器意外断开的故障。
从技术实现角度看，BMS 的控制架构又分为集中式架构、模块架构、主从架构和分布式控制。控制器与传感器执行器之间会用到 CAN、CANOpen、FlexRay 等总线协议。电池状态评估会用到等效电路模型（Equivalent Circuit Model）、电化学模型（Electrochemical Model）、神经网络模型（Neural Network Model）。
BMS 的主要作用：
- 保障产品的功能安全
- 提升电池的使用寿命和可靠性
- 确保电池的性能和工作范围
- 诊断、数据收集、外部通信
- 避免意外、保障性能，减少产品召回损失