本文是駕仕派的原創(chuàng)文章，來自撰稿人韋陀。
毫無疑問的是，我們即將會進(jìn)入一個新能源車大躍進(jìn)的時代。而電動車已經(jīng)被很多人視作當(dāng)中的核心角色，甚至是未來眾多混合動力車型進(jìn)化的歸宿……
如今，也已經(jīng)有大量的電動車在路上飛奔了。
而當(dāng)下的大多數(shù)純電動車，動力系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上來說，似乎要比汽油車簡單得多。最核心的電機(jī)、電池，相比起傳統(tǒng)燃油車的發(fā)動機(jī)、變速箱來說，可運動的零部件數(shù)量要大大減少。然而，電動車可不是把這些部分組裝起來，然后塞進(jìn)一個殼子里就能完事的。它的背后，還有很多不為人所知的重要角色。譬如電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，簡稱BMS）——這個東西，甚至在很長一段時間里被特斯拉奉為最高機(jī)密。這一次，我們就來簡單講講它。
電池也需要管理？
多人都不太懂：電池不是直接接上電機(jī)供電就可以了嗎？還需要管理？到底要管理些什么？首先，電池是一個非常嬌氣的東西。它的容量并不是恒定不變的，會隨著生命周期里的不斷充電放電而持續(xù)衰減，而衰減的速度與很多因素有關(guān)，譬如是否被過度充放電、環(huán)境溫度是否適宜、經(jīng)歷充放電的時間有多長等等。尤其是當(dāng)下，能量密度極高的鋰電池成為主流，然而它對這些因素的敏感程度更高，一旦過度充放電、或者溫度過高過低，都會嚴(yán)重影響電池壽命，甚至造成永久損壞。
特斯拉采用的松下鋰離子電芯
而且，一臺電動車采用的不是單節(jié)電池，而是由很多電芯通過串聯(lián)、并聯(lián)等方式組合起來的封裝電池組。驅(qū)動車輛的電機(jī)所需要的電壓，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單獨一顆電芯的電壓，達(dá)到預(yù)定續(xù)航里程所需的電量也是一樣。所以就要先通過多顆電芯串聯(lián)，達(dá)到預(yù)定的設(shè)計電壓；然后再對這些串聯(lián)的電芯組進(jìn)行并聯(lián)，達(dá)到預(yù)定的設(shè)計容量，最終封裝成一個大電池組。按理來說整個電池組里每個電芯都應(yīng)該是一樣的，然而，由于每個電芯自身的差異，以及實際所處的位置不一造成散熱條件的不同等問題，電芯的工作狀況都不一樣。
只要一節(jié)電芯過充或者過放，這個電池組就會出問題，這與一個木桶裝水的能力由最短的那塊木板決定是一個道理。所以，對單一節(jié)電芯進(jìn)行監(jiān)控、管理就很有必要了——這也就是BMS存在的意義。
特斯拉Model S的電池包拆解，可見內(nèi)部分為多組電芯集合單元
BMS是怎么運作的？
BMS一般是內(nèi)置于封裝的電池組內(nèi)部，有點像是電池組里每顆電芯的“管家”，它的主要功能有如下幾個：
1、監(jiān)測每一節(jié)電池的電壓、電流等狀態(tài)，讓高電壓電芯放電，低電壓電芯繼續(xù)充電，以維持整個電池組的平衡，減緩電池組整體衰減，這也是BMS最關(guān)鍵的功能；
2、通過監(jiān)測的電壓、電流等參數(shù)，估算當(dāng)前電池組的荷電狀態(tài)（State of Charge，即SOC），即電池剩余電量，保證SOC維持在合理的范圍內(nèi)；
3、監(jiān)測電池組各部分的溫度，配合自帶的溫控系統(tǒng)，對電池各部分的冷卻進(jìn)行控制，維持各部分溫度在最合適的工作溫度范圍內(nèi)；
4、監(jiān)控電池包是否有漏電等問題，一旦發(fā)現(xiàn)異常立刻報警提醒；
5、與車內(nèi)其它系統(tǒng)進(jìn)行實時通訊，提供當(dāng)前電池狀態(tài)的參數(shù)；
6、建立每塊電池的使用歷史數(shù)據(jù)并存檔，便于日后的離線分析。
BMS主要由檢測模塊、主控模塊、從控模塊等部分組成。其中最重要的就是主控模塊，它相當(dāng)于BMS系統(tǒng)的“大腦”，類似ECU在發(fā)動機(jī)總成中的地位，各路電芯的電壓如何控制、溫控系統(tǒng)如何工作、充電機(jī)如何把控當(dāng)前合適的充電電流，都是由它決定的，另外它還負(fù)責(zé)通過車用的CAN總線，給車載儀表、其它控制器發(fā)信號；檢測模塊最核心的功能就是實時監(jiān)測電池包里的各種參數(shù)，它連接了各路傳感器，來為主控模塊提供控制所需的各種參數(shù)，譬如通過分布在電池包各個部位的貼片式傳感器或者探頭來檢測溫度，通過內(nèi)置的電流傳感器讀取電流等。
另外，在電芯數(shù)量比較多的情況下，一般還會有從控模塊，充當(dāng)主控模塊的“下屬”，各自分管不同區(qū)域一定數(shù)量的電芯單元，這種主從配合的方式，可以便于后期開發(fā)的時候進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展。
而主控、從控模塊的主要命令，基本都會通過調(diào)節(jié)各路電壓、溫度來完成。這些控制一般是怎么做到的呢？其實原理并不難。
先說說電壓調(diào)節(jié)。其實平衡電壓有很多種手段，這里就說下最簡單的一種——在電芯組成的整體和車輛之間組成的大電路之外，針對每個電芯建立一個屬于自己的小回路。平時電池組正常工作的時候，這些小回路都是斷開的。BMS如果檢測到某個電芯的電壓不正常，就可以單獨閉合這個小回路，讓這個電芯的電壓在它的小回路里運行，直到這顆電芯的電壓跟上“大部隊”的消耗“步伐”為止。另外，也可以采用DC/DC變壓器等手段處理。
再說下溫度調(diào)節(jié)。要完成這個任務(wù)，最直接的做法就是在電池包里布置一套液冷系統(tǒng)，然后通過合理設(shè)計循環(huán)管路的分布，在一些關(guān)鍵的部位設(shè)置開關(guān)閥體，通過BMS控制閥體的通斷，來改變冷卻液的走向，就可以實現(xiàn)分區(qū)的溫度控制。說白了，這就是一套電池包的“分區(qū)自動空調(diào)”。當(dāng)然，冷卻系統(tǒng)的選擇除了液冷之外還有很多，強(qiáng)制風(fēng)冷、冷卻劑甚至自然冷卻都可以，具體根據(jù)電池的體積、布置位置、發(fā)熱功耗等條件決定。
一套典型的帶液冷系統(tǒng)的電池包
駕仕總結(jié)：
可以說，BMS在電池組里的地位，甚至比電芯本體還高——它占據(jù)了一套電池組總成本的30%左右。而且它的先進(jìn)、可靠程度，對電池包能否獲得更長的壽命會起到非常關(guān)鍵的作用。很多電池包的供應(yīng)商，都將其視作打開未來電動車市場的關(guān)鍵技術(shù)之一。
特斯拉先進(jìn)的BMS技術(shù)，正是它在市場上脫穎而出的勝負(fù)手之一。
如今，各路傳統(tǒng)汽車的零部件供應(yīng)商，以及老牌的電池廠商，都已經(jīng)開始奮起直追，一旦電芯技術(shù)突破瓶頸，配合設(shè)計日漸精湛的BMS，電池的續(xù)航里程將會大大提高，電動車對燃油車的沖擊也將會愈發(fā)強(qiáng)勢。
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