你知道什麼是BMS嗎?特斯拉視它為最高機密

本文是駕仕派的原創文章，來自撰稿人韋陀。

毫無疑問的是，我們即將會進入一個新能源車大躍進的時代。而電動車已經被很多人視作當中的核心角色，甚至是未來眾多混合動力車型進化的歸宿……

如今，也已經有大量的電動車在路上飛奔了。

而當下的大多數純電動車，動力系統從結構上來說，似乎要比汽油車簡單得多。最核心的電機、電池，相比起傳統燃油車的發動機、變速箱來說，可運動的零部件數量要大大減少。然而，電動車可不是把這些部分組裝起來，然後塞進一個殼子裡就能完事的。它的背後，還有很多不為人所知的重要角色。譬如電池管理系統（Battery Management System，簡稱BMS）——這個東西，甚至在很長一段時間裡被特斯拉奉為最高機密。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供電就可以了嗎？還需要管理？到底要管理些什麼？首先，電池是一個非常嬌氣的東西。它的容量並不是恆定不變的，會隨著生命周期裡的不斷充電放電而持續衰減，而衰減的速度與很多因素有關，譬如是否被過度充放電、環境溫度是否適宜、經歷充放電的時間有多長等等。尤其是當下，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，都會嚴重影響電池壽命，甚至造成永久損壞。

特斯拉採用的松下鋰離子電芯

而且，一臺電動車採用的不是單節電池，而是由很多電芯通過串聯、並聯等方式組合起來的封裝電池組。驅動車輛的電機所需要的電壓，要遠遠高於單獨一顆電芯的電壓，達到預定續航裡程所需的電量也是一樣。所以就要先通過多顆電芯串聯，達到預定的設計電壓；然後再對這些串聯的電芯組進行並聯，達到預定的設計容量，最終封裝成一個大電池組。按理來說整個電池組裡每個電芯都應該是一樣的，然而，由於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，對單一節電芯進行監控、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，可見內部分為多組電芯集合單元

BMS是怎麼運作的？

BMS一般是內置於封裝的電池組內部，有點像是電池組裡每顆電芯的「管家」，它的主要功能有如下幾個：

1、監測每一節電池的電壓、電流等狀態，讓高電壓電芯放電，低電壓電芯繼續充電，以維持整個電池組的平衡，減緩電池組整體衰減，這也是BMS最關鍵的功能；

2、通過監測的電壓、電流等參數，估算當前電池組的荷電狀態（State of Charge，即SOC），即電池剩餘電量，保證SOC維持在合理的範圍內；

3、監測電池組各部分的溫度，配合自帶的溫控系統，對電池各部分的冷卻進行控制，維持各部分溫度在最合適的工作溫度範圍內；

4、監控電池包是否有漏電等問題，一旦發現異常立刻報警提醒；

5、與車內其它系統進行實時通訊，提供當前電池狀態的參數；

6、建立每塊電池的使用歷史數據並存檔，便於日後的離線分析。

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，它相當於BMS系統的「大腦」，類似ECU在發動機總成中的地位，各路電芯的電壓如何控制、溫控系統如何工作、充電機如何把控當前合適的充電電流，都是由它決定的，另外它還負責通過車用的CAN總線，給車載儀表、其它控制器發信號；檢測模塊最核心的功能就是實時監測電池包裡的各種參數，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，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，通過內置的電流傳感器讀取電流等。

另外，在電芯數量比較多的情況下，一般還會有從控模塊，充當主控模塊的「下屬」，各自分管不同區域一定數量的電芯單元，這種主從配合的方式，可以便於後期開發的時候進行系統擴展。

而主控、從控模塊的主要命令，基本都會通過調節各路電壓、溫度來完成。這些控制一般是怎麼做到的呢？其實原理並不難。

先說說電壓調節。其實平衡電壓有很多種手段，這裡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於自己的小迴路。平時電池組正常工作的時候，這些小迴路都是斷開的。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迴路，讓這個電芯的電壓在它的小迴路裡運行，直到這顆電芯的電壓跟上「大部隊」的消耗「步伐」為止。另外，也可以採用DC/DC變壓器等手段處理。

再說下溫度調節。要完成這個任務，最直接的做法就是在電池包裡布置一套液冷系統，然後通過合理設計循環管路的分布，在一些關鍵的部位設置開關閥體，通過BMS控制閥體的通斷，來改變冷卻液的走向，就可以實現分區的溫度控制。說白了，這就是一套電池包的「分區自動空調」。當然，冷卻系統的選擇除了液冷之外還有很多，強制風冷、冷卻劑甚至自然冷卻都可以，具體根據電池的體積、布置位置、發熱功耗等條件決定。

一套典型的帶液冷系統的電池包

駕仕總結：

可以說，BMS在電池組裡的地位，甚至比電芯本體還高——它佔據了一套電池組總成本的30%左右。而且它的先進、可靠程度，對電池包能否獲得更長的壽命會起到非常關鍵的作用。很多電池包的供應商，都將其視作打開未來電動車市場的關鍵技術之一。

特斯拉先進的BMS技術，正是它在市場上脫穎而出的勝負手之一。

如今，各路傳統汽車的零部件供應商，以及老牌的電池廠商，都已經開始奮起直追，一旦電芯技術突破瓶頸，配合設計日漸精湛的BMS，電池的續航裡程將會大大提高，電動車對燃油車的衝擊也將會愈發強勢。