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电动汽车电池管理系统电池状态估算及均衡

技术

作者：百合提努尔阿地里江·阿不力米提

来源：《时代汽车》2024年第06期

摘要：文章根據纯电动汽车和混合动力汽车的工作情况，归纳提出了电池管理系统

（BMS）的核心功能和拓扑结构，对电池状态估算、电池监测系统和电池均衡系统等做了新的

解析，简要的解释了电池常见故障原因以及预防措施等。

关键词：电池管理系统电池状态均衡

电动汽车电池管理系统1

电池管理系统（BatteryManagementSystem，BMS）是电动汽车动力电池系统的重要组成

部分，也是关键核心控制元件。它一方面检测收集并初步计算电池实时状态参数，并根据检测

值与允许值的比较关系来控制供电回路的通断；另一方面，将采集的关键数据上报给整车控制

器，并接收控制器的指令，与车上的其他系统协同工作。不同类型动力电池包的电芯（单体电

池）对电池管理系统的要求是不尽相同的。

在任何一种电池管理系统（BMS）无论是简单还是复杂，均都有基本功能和实现这些功能

的具体元器件。如果需求越多，需要向系统中添加的元器件就越多。如图1所示，电池管理系

统（BMS）的核心功能。

电动汽车电池管理系统（2BMS）拓扑结构

电池管理系统的部件则是以几种不同的方式布置结构。这些布置结构称为拓扑结构。电池

管理系统的拓扑结构主要分为集中式、分布式和模块化等类型，如图2所示。

在集中式BMS拓扑结构中有一个带有控制单元的BMS印刷电路板，其通过多个通信电路

管理电池包中的所有电芯。这种类型的结构体积大、不灵活，但成本低。

在分布式BMS拓扑结构中，每一个电芯都有BMS印刷电路板，控制单元通过单个通道连

接到整个电池。常用的环形连接（菊花链式连接）是分布式拓扑结构的一种类型，并用于容错

需求较小的系统。分布式BMS易于配置，但电子部件多、成本高。

在模块化BMS拓扑结构是集中式和分布式两种拓扑的组合。这种布置也称为分散、星形

或主从控拓扑。有相互连接的几个控制单元（从控板），每个控制单元监测电池中的一组电

芯。从控板连接到主控制单元或主控板，并其负责整个电池的完整性和安全性。模块化BMS

拓扑在价格和设计复杂性之间保持平衡。

电动汽车电池管理系统（3BMS）的具体功能

电池3.1状态估算

电池状态估算包括荷电状态估算、健康状态估算和功能状态估算等。

①电池荷电状态（SOC）估算

电池荷电状态估算为确定电动汽车的续航里程和电池管理系统（BMS）的控制指标提供了

方法。荷电状态则是在相同的具体条件下，使电池充满电完毕时，电池剩余电量与总电量的比

值。荷电状态估算的主要用途是反应电动汽车的续航里程，充分发挥电池性能，也能保证电池

的安全性，延长使用寿命.

②电池健康状态（SOH）估算

电池健康状态（SOH）则是电池的可用容量与电池寿命终了容量之间的差值。也就是当前

电池状态与理想电池状态进行比较，如图3所示。由左侧图片中有严重泄露情况，中间图片中

清晰看出电芯电量不均衡等问题。因此，准确掌握动力电池的SOH，可以为其自身的检测与

诊断提供依据，有助于及时了解动力电池各电芯的健康状态，及时更换老化的电芯，提高动力

电池的整体寿命。SOH状态要体现在容量、电量、内阻、循环次数和峰值功率等方面。

③电池功能状态（SOF）估算

预测电池的剩余容量。电池功能状态则是电池中剩余能量与电池中可储存的最大能量之

比。SOF是由SOC、SOH、电池安全以及电池温度共同确定的。

电3.2压电流监测系统

监测过程由简单的分压网络和BMS控制器完成。控制电池的基本电气参数是使保护电池

免受过电压、欠电压策略的影响。控制系统还应存储实时数据以备后期使用。

电池电芯3.3监测系统

电池管理系统（BMS）的电芯监测系统是测量分析和监测电池的参数。例如，每一个电芯

的温度动态、电流和电压。传感器输出的信号与本模块控制器通信，然后将信号传输至中央模

块控制器。

通信网络3.4

可以实现与辅助系统网络通信并连接电动汽车各种网络系统。它还实现BMS的在线监

控、程序下载和修改，以实现优化性能。网络通信包括RS485通信连接、RS232通信连接、内

部集成电路（I2C）总线、通用串行总线、CAN