3.测量技术之测电流 电流检测技术使BMS能够具备更多功能：防止电池组内的单体电池因续流而超出安全区域、计算单体电池内部直流电阻和单体端电压等。目前测量电流的器件主要有两种，即基于分流器的电流传感器和霍尔效应电流传感器，基于分流器的电流传感器的功能原理与大电流霍尔效应传感器功原理如图8、图9所示：
图8图9 基于分流器的电流传感器是一个高精度的大功率电阻器。电池模块电流在分流电阻器中通过，从而导致电压降；大电流霍尔效应传感器是环状的模块，承载模块电流的电缆穿过环状模块；小电流霍尔效应传感器是具有两个功率终端的集成电路，电流流经该集成电路。基于分流器的电流传感器与霍尔效应传感器特点对比如表1：
表1：基于分流器的电流传感器和霍尔效应传感器特点对比
基于分流器的电流传感器 （二）管理技术 BMS从管理技术上可分为保护、平衡和热管理三个方面，其中保护是指保障电池始终工作在安全区域（SOA）内，平衡是指使电池模块容量最大化，热管理则是通过控制环境温度使电池工作在安全区域内。其中，SOC用来反映电池的剩余容量，即在一定放电倍率条件下，电池剩余电量与其额定容量的比值，数学表达式如下： SOC=Qt/Q×100% (1)式中：Qt为剩余电量；Q为额定容量。 1.管理技术之保护 (1)请求关断： SOC处于或接近边界条件时，检测板块协同平衡板块可以通过控制外部系统减少或停止使用电池组以达到目的。上述功能的实现，一般需要先检测出的线性变化数值，然后发出开关信号指示，这些信号包括：放电电流限制（DCL）、充电电流限制（CCL）、下限限制（LLIM或LVL）以及上限限制（HLIM或HVL）。请求关断控制原理如图10所示：
图10 (2)直接关断： 保护板块会切断电池电流以防电池组运行于安全区域外。保护板块无须依靠其他系统，通过开关直接控制流经其内部的电流。无论BMS采用何种保护技术，必须保证其在最大电流和电压时均能正常工作。直接关断控制原理如图11所示：
图11 2.管理技术之均衡 由于生产问题或使用损耗等问题，电池组内各电芯的电量存在差异，且若不加干涉其差异会随着使用逐渐加大。而整个电池组的电量类似于“木桶原理”，由电池内电量最小的电芯决定。因此，为了使每个电芯保持较好的一致性，就要对电芯进行均衡，尽可能使所有电芯的电量趋于一致。 均衡技术使得单体电池均衡充放电达到均衡一致的状态，常见的有主动均衡技术和被动均衡技术。其中被动均衡技术一般采用电阻放电，电路简单可靠，可以有效解决电池不一致的问题，但是这种均衡技术属于耗散型均衡，存在能源浪费的弊端。 主动均衡是通过削峰填谷、能量转移的方式来实现均衡的，其均衡技术主要有四种，即电容均衡、电感均衡、变压器均衡以及DC-DC均衡。主动均衡具备电能利用率高以及均衡见效快等优点，但是其均衡电路结构复杂、成本高以及故障率高等困难，存在较高的技术壁垒。主动均衡和被动均衡策略如图12所示：
图12 主、被动均衡技术优劣势对比如表2所示： 表2：主、被动均衡技术优劣势对比 （数据来源：《大规模锂离子电池管理系统》） 3.管理技术之热管理 由于电池材料的固有属性（特别是锂离子电池），温度过高或过低都会对其正常使用产生影响。电池的温度过高会危害电池网络架构的可靠性，减少电池的使用年限。工作温度过低会减少电池原材料活力、可用容积和电池效率。具体来讲热管理系统主要通过三种形式的热量管理形式来进行热量管理，即预热、散热和温度均衡。 预热是指在检测到电池温度低于指定值时给电池加热，避免电池在低温状态下的正常性能不能发挥以及安全事故的发生。具体而言，对低温状态下的电池充电电池进行充电容易造成内部短路，因为电池容量在低温状态下会衰减致较低水平，此时直接充电有一定概率会导致瞬间的电压过充问题；与此对应的是，低温环境下的电池放电能力也会受到限制，因此，在一定程度的低温状态下，有必要对电池进行加热或保温。 散热是指在电池温度较高时对其有效散热，防止产生热失控事故。由于生产问题以及使用损耗等问题可能造成电池局部过热，进而引起一系列连锁放热反应，严重时甚至会引发各类热失控事件。根据提供的能量来源不同，散热可分为被动式和主动式两种冷却方式；根据传热介质的不同，散热也可分为冷风、液冷和PCM（相变材料）三种冷却形式。冷风冷却系统工作原理如图13所示：
图13 液冷冷却系统工作原理如图14所示： 图14 温度均衡指减小电池组内的温度差异，抑制局部热区的形成，防止高温位置处电池过快衰减，提高电池组整体寿命。电池的适宜温度约在20~30℃之间，过高或过低的温度都将引起电池寿命的较快衰减。 （三）评价技术 BMS的评价功能板块包括对荷电状态和荷电深度（Depthofdischarge，DOD）这两个指标的评价，根据SOC和DOD的数值可估算出电池的剩余使用时间及剩余驾驶里程。但以现有技术手段仍无法实现直接测量电池组的SOC，目前只有两种估算方式，即电压转换和电流积分。电压转换是基于电池材料的固有特性，在电池放电过程中，电池电压与电量存在一定的线性关系，因此在电池电量的特定阶段可以通过电压量来转换得到电池电量，但由于其电压与电池电量并非完全为线性对应关系，其估算准确率不高。因此，电压转换的方法几乎不会单独应用于实践。 电流积分也叫库伦计数，指对电池电流进行积分，从而得到其荷电量的相对值。库伦计数的方式能够非常精确地转换出电池电量，但有两个限制条件： 1、单元电池漏电流不流经电流传感器，因此不参与计算； 2、电池电流的测量漂移将会导致SOC随时间上升/下降。 库伦计数非常适用于锂离子电池，因为其漏电流程度很低。由于铅酸单体电池所属材料体系，电池电压在放电过程中呈现线性降低，因此可以考虑使用电压表作为表征SOC的指示器；实践中，会通过技术级联，即将库伦计数和电压转换两种方式结合，为实现对电池DOD的估计提供了一个合理的解决方案。积分计算结合电压转换估算DOD的坐标示意图如图15：
图15 |
