在全球倡導(dǎo)節(jié)能減排與可持續(xù)發(fā)展的大背景下，純電動(dòng)汽車憑借其零尾氣排放、低噪音等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流方向。而動(dòng)力電池作為純電動(dòng)汽車的核心能量源，其性能與安全直接關(guān)乎整車的運(yùn)行表現(xiàn)。動(dòng)力電池管理系統(tǒng)(Battery Management System，BMS)應(yīng)運(yùn)而生，它猶如電動(dòng)汽車的 “電池管家”，通過(guò)一系列復(fù)雜而精妙的控制原理，確保動(dòng)力電池高效、安全、穩(wěn)定地工作。

電池組狀態(tài)監(jiān)測(cè)原理

電壓監(jiān)測(cè)

BMS 首要任務(wù)是對(duì)電池組中每一個(gè)單體電池的電壓進(jìn)行精確監(jiān)測(cè)。這是因?yàn)殡姵亟M由多個(gè)單體電池串聯(lián)或并聯(lián)組成，各單體電池在制造工藝、使用環(huán)境等因素影響下，其電壓特性會(huì)存在差異。若某單體電池電壓過(guò)高或過(guò)低，可能預(yù)示著電池出現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放或內(nèi)部故障等問(wèn)題。BMS 通過(guò)高精度的電壓采集電路，實(shí)時(shí)采集每個(gè)單體電池的電壓數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸至中央控制單元。例如，在常見(jiàn)的磷酸鐵鋰電池組中，單體電池正常工作電壓范圍一般在 2.5V - 3.65V 之間，BMS 一旦檢測(cè)到某個(gè)單體電池電壓超出此范圍，便會(huì)立即發(fā)出預(yù)警信號(hào)，并采取相應(yīng)措施，如調(diào)整充電或放電策略，以防止電池性能惡化。

電流監(jiān)測(cè)

準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)電池組充放電電流對(duì)于 BMS 至關(guān)重要。電流的大小直接影響電池的充放電速率、能量轉(zhuǎn)換效率以及電池的壽命。BMS 通常采用霍爾電流傳感器或高精度分流器來(lái)測(cè)量電池組的電流。在充電過(guò)程中，監(jiān)測(cè)電流可以確保充電器輸出的電流符合電池的充電特性，避免過(guò)大電流對(duì)電池造成損害;在放電過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)測(cè)電流能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算電池的剩余電量，并根據(jù)車輛的行駛需求合理調(diào)節(jié)電池的放電功率。比如，當(dāng)電動(dòng)汽車加速時(shí)，BMS 會(huì)根據(jù)電機(jī)需求的瞬間大電流，迅速調(diào)整電池的輸出，保證車輛動(dòng)力的平穩(wěn)供應(yīng)，同時(shí)避免電池因過(guò)流而損壞。

溫度監(jiān)測(cè)

電池的性能與溫度密切相關(guān)，過(guò)高或過(guò)低的溫度都會(huì)嚴(yán)重影響電池的充放電效率、壽命以及安全性。BMS 通過(guò)在電池組中均勻布置多個(gè)溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池組不同位置的溫度。一般來(lái)說(shuō)，鋰電池的最佳工作溫度范圍在 20℃ - 40℃之間。當(dāng)溫度超出這個(gè)范圍時(shí)，BMS 會(huì)啟動(dòng)相應(yīng)的熱管理系統(tǒng)。在高溫環(huán)境下，熱管理系統(tǒng)可能會(huì)通過(guò)散熱風(fēng)扇、冷卻液循環(huán)等方式降低電池溫度;在低溫環(huán)境下，則可能采用加熱絲、熱泵等手段提升電池溫度，確保電池始終在適宜的溫度區(qū)間工作，延長(zhǎng)電池使用壽命，提高電池性能。

電池狀態(tài)估算原理

剩余電量(SOC)估算

準(zhǔn)確估算電池的剩余電量(State of Charge，SOC)是 BMS 的核心功能之一。SOC 類似于燃油車的燃油表，為駕駛員提供電池剩余能量的信息，以便合理規(guī)劃行程。BMS 估算 SOC 的方法有多種，常見(jiàn)的有安時(shí)積分法、開(kāi)路電壓法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。安時(shí)積分法通過(guò)對(duì)電池充放電電流的積分來(lái)計(jì)算 SOC 的變化，但該方法存在累計(jì)誤差，需要定期校準(zhǔn)。開(kāi)路電壓法是根據(jù)電池開(kāi)路電壓與 SOC 的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)估算 SOC，精度較高，但需要電池長(zhǎng)時(shí)間靜置，在實(shí)際車輛運(yùn)行中應(yīng)用受限。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法利用大量的電池充放電數(shù)據(jù)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，建立電池模型來(lái)估算 SOC，具有較高的精度和適應(yīng)性，能夠綜合考慮多種因素對(duì) SOC 的影響，目前在先進(jìn)的 BMS 中得到廣泛應(yīng)用。

健康狀態(tài)(SOH)評(píng)估

電池健康狀態(tài)(State of Health，SOH)反映了電池當(dāng)前的性能與全新?tīng)顟B(tài)相比的衰減程度，是衡量電池剩余使用壽命的重要指標(biāo)。BMS 通過(guò)監(jiān)測(cè)電池的內(nèi)阻、容量、充放電效率等參數(shù)，并與電池初始狀態(tài)下的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，來(lái)評(píng)估電池的 SOH。例如，隨著電池循環(huán)使用次數(shù)的增加，電池內(nèi)阻會(huì)逐漸增大，容量會(huì)逐漸衰減。BMS 通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些變化，利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算出電池的 SOH 值。當(dāng) SOH 值低于一定閾值時(shí)，BMS 會(huì)提醒用戶及時(shí)更換電池，以確保車輛的正常使用和安全性。

結(jié)論

純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng) BMS 通過(guò)對(duì)電池組狀態(tài)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)、電池狀態(tài)的準(zhǔn)確估算以及全方位的安全保護(hù)等一系列控制原理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)力電池的精細(xì)化管理。它不僅保障了電池的安全可靠運(yùn)行，延長(zhǎng)了電池使用壽命，還提高了純電動(dòng)汽車的性能和用戶體驗(yàn)。隨著電池技術(shù)和汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，BMS 的控制原理也將不斷優(yōu)化和完善，為純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。在未來(lái)，BMS 有望實(shí)現(xiàn)更加智能化、高效化的管理，進(jìn)一步推動(dòng)純電動(dòng)汽車邁向新的發(fā)展階段，在全球綠色出行領(lǐng)域發(fā)揮更為重要的作用。