梅賽德斯首席執(zhí)行官Dieter Zetsche表示：“電池的智能不在于電池，而在于復(fù)雜的電池系統(tǒng)。這讓人想起1970年代的計(jì)算機(jī)，那里的硬件很大，但軟件很少。[1]

BMS的目的是：

1. 提供電池安全性和使用壽命，這是鋰離子電池的必備條件。
2. 以充電狀態(tài)和健康狀態(tài)（容量）的形式揭示功能狀態(tài)
3. 及時(shí)謹(jǐn)慎和服務(wù)。這可能是高溫，電池不平衡或校準(zhǔn)。
4. 指示容量低于用戶設(shè)置的目標(biāo)閾值時(shí)的生命周期結(jié)束時(shí)間。

并非所有BMS都提供所有這些功能。最基本的功能是電池保護(hù)和顯示充電狀態(tài)（SoC）。

雖然 SoC 很有幫助，但讀出是不完整的，因?yàn)殡S著電池的衰減，也無法跟蹤容量。用戶可能習(xí)慣于提供滿容量的電池，但這種情況是暫時(shí)的，無法維持。容量是電池健康狀態(tài)（SoH）的主要指標(biāo)，應(yīng)該是電池管理系統(tǒng)（BMS）的一部分。了解SoC和SoH可提供功能狀態(tài)（SoF），即最終的就緒信心，但以有效方式提供此信息的技術(shù)正在得到改進(jìn)。

考慮到我們?nèi)匀蝗狈煽康姆椒▉碜x取充電狀態(tài)，這是電池的最基本度量讀取電池中的剩余能量比分配液體燃料更復(fù)雜，因此構(gòu)建更好的BMS是一個(gè)挑戰(zhàn)。雖然油箱具有固定的尺寸，并且提供的燃料可以非常精確地測量，但電化學(xué)存儲系統(tǒng)減小了其尺寸，并且隨著電池老化，無法非常準(zhǔn)確地評估流入和流出的庫侖。

BMS還在充電和放電時(shí)提供保護(hù);如果超過設(shè)定的限制或發(fā)生故障，它將斷開電池。已建立的BMS標(biāo)準(zhǔn)是主要用于便攜式應(yīng)用的SMBus（系統(tǒng)管理總線），以及用于汽車的CAN總線（控制器局域網(wǎng)）和更簡單的LIN總線（本地互連網(wǎng)絡(luò)）。

固定電池是最早包括監(jiān)控系統(tǒng)的電池之一，最基本的是對單個(gè)電池進(jìn)行電壓監(jiān)控。一些系統(tǒng)還包括電池溫度和電流測量。記錄電池溫度的微小差異暗示存在問題，并且在給定負(fù)載下測量每個(gè)電池的壓降可揭示電池電阻。因此，可以識別干燥，腐蝕，板分離和其他故障。

雖然BMS在檢測異常方面是有效的;容量衰減是最可預(yù)測的健康指標(biāo)，很難估計(jì)，因?yàn)殡妷汉蛢?nèi)阻通常不受影響。讀取容量從100%下降到70%的能力將是有價(jià)值的，但大多數(shù)BMS無法有效地做到這一點(diǎn)，即使容量下降到50%，電池也可能獲得干凈的健康證明。大多數(shù)BMS僅響應(yīng)容量估計(jì)之外的異常，例如由電池不平衡和內(nèi)阻變化引起的電池之間的電壓差異。

一些工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備制造商使用日期戳來確定電池壽命的結(jié)束，其他制造商則觀察周期計(jì)數(shù)。雖然計(jì)數(shù)周期可能很簡單，但沒有約定來定義周期，一些系統(tǒng)只是在電池充電時(shí)將其稱為周期日期標(biāo)記具有類似的缺點(diǎn)，因?yàn)樗龠M(jìn)了很少使用的電池的過早更換，而重型擊球手可能會停留太長時(shí)間為了降低故障風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)局要求盡早更換，并且通常使用壽命為兩年。延長存儲時(shí)間將使電池具有非常短的工作壽命。

生物醫(yī)學(xué)工程師意識到，大多數(shù)電池更換得太快了。iPhone用戶抱怨說，當(dāng)電池充電僅90%時(shí)，他們的智能手機(jī)顯示100%的電量。甚至軍方領(lǐng)導(dǎo)人也說，他們用于戰(zhàn)斗的電池庫非常貧乏，以至于許多士兵攜帶石頭而不是電池。有效的電池管理要么缺失，要么不夠。對BMS的過度期望很常見，當(dāng)用戶被困在沒有電池電源時(shí)，他會感到震驚。

讓我們來看看BMS是如何工作的，注意缺點(diǎn)，并研究可能改變電池監(jiān)控方式的新興技術(shù)。

BMS在充電和放電過程中帶有“化學(xué)電池”的印記，并建立了與用戶通信的“數(shù)字電池”。 圖1顯示了由存儲能量、可重新填充的空部分和永久丟失的非活動部分組成的電池組件。額定容量是指制造商以Ah（安培小時(shí)）為單位的指定容量，僅在電池是新的時(shí)才有效; 可用容量表示通過扣除非活動部分得出的真實(shí)儲能能力。荷電狀態(tài)（SoC）是指存儲的能量，其中還包括非活動部分。

電池由儲存的能量，可以充電的空部分和由于老化而永久丟失的非活動部分組成。

房舍管理處被編程為額定容量，并測量與可用容量相關(guān)的流入和流出庫侖。隨著容量的下降，庫侖計(jì)數(shù)減少，這種差異可以進(jìn)行容量估計(jì)。在完全充電期間計(jì)算完全放電電池的庫侖或?qū)⑼耆潆姷碾姵胤烹姷浇刂裹c(diǎn)時(shí)，可以獲得最準(zhǔn)確的讀數(shù)。這種干凈的開始很少可能，實(shí)際情況下的容量估算會隨著時(shí)間的推移而變得混亂。

BMS在接收完全放電和充電時(shí)設(shè)置標(biāo)志。在休息期間，高級BMS還可以計(jì)算穩(wěn)定開路電壓的SoC，并開始從該有利位置充電和放電期間計(jì)算庫侖。一些BMS還會考慮移除負(fù)載后的電壓恢復(fù)，以估計(jì)SoC和/或SoH。

按電壓-電流-溫度進(jìn)行電池檢測

舊的大眾甲殼蟲的電池問題很少。其電池管理系統(tǒng)向電池施加電荷，并在通過繼電器操作的穩(wěn)壓器巡航時(shí)將過充電能量刻錄在電阻器上。停車時(shí)，汽車沒有寄生負(fù)載。

從那時(shí)起，現(xiàn)代車輛被車載電子設(shè)備淹沒，以提高安全性，便利性，舒適性和愉悅性;沒有人知道需要的功能。為了使附件可靠運(yùn)行，必須始終知道電池的充電狀態(tài)。這對于全球采用的啟停技術(shù)尤其重要。

當(dāng)?shù)∷偻Ｖ蛊嚨陌l(fā)動機(jī)在紅燈時(shí)熄火時(shí)，電池消耗25-50安培，為車燈，通風(fēng)機(jī)，擋風(fēng)玻璃雨刷器和其他配件供電。電池必須有足夠的電量來啟動發(fā)動機(jī)，這需要額外的350A來短暫停留。當(dāng)發(fā)動機(jī)再次運(yùn)行并且汽車加速到規(guī)定的限速時(shí)，電池僅在延遲10秒后才開始充電，延遲允許將所有能量引導(dǎo)到車輛加速。當(dāng)回到充電模式時(shí)，鉛酸電池的充電速度非常慢。

為了提供重要的電池信息，豪華車配備了一個(gè)電池傳感器，用于測量電壓，電流和溫度。 圖2示出了封裝在構(gòu)成正極電池夾一部分的小型外殼中的電子電池監(jiān)視器（EBM）。

傳感器讀取電壓，電流和溫度以估計(jì)充電狀態(tài)并檢測異常;無法進(jìn)行容量評估。

當(dāng)電池是新的時(shí)，EBM工作良好，但大多數(shù)傳感器無法正確適應(yīng)老化。新電池的 SoC 精度約為 +/–10%。隨著老化，EBM開始漂移，精度可能降至20%或更高。這在一定程度上與容量衰減有關(guān)，這是大多數(shù)BMS無法有效估計(jì)的值。這不是工程師的疏忽;他們完全理解所涉及的復(fù)雜性和缺點(diǎn)。

一輛典型的啟停車輛每年經(jīng)歷大約2000次微循環(huán)。這種應(yīng)變會將標(biāo)準(zhǔn)起動電池的容量降低到約60%，汽車制造商使用不同的電池系統(tǒng)，包括AGM和高級鉛碳
量耗盡而被困在交通中。為了節(jié)省能源，現(xiàn)代汽車在充電電池電量不足并且電機(jī)在紅綠燈處保持打開狀態(tài)時(shí)會關(guān)閉不必要的配件。即使采用這種措施，如果在擁堵交通中通勤，充電狀態(tài)也可能保持較低，因?yàn)榈∷匐姍C(jī)不能為電池提供太多電荷。使用燈，擋風(fēng)玻璃雨刷器和電加熱元件，可能會有凈放電。

電池監(jiān)控在混合動力汽車上也很重要，以優(yōu)化充電水平。智能充電管理可防止過充電并避免深度放電。當(dāng)充電水平較低時(shí)，內(nèi)燃機(jī)（ICE）比正常情況更早接合，并保持運(yùn)行時(shí)間更長，以收取額外費(fèi)用。在充滿電的電池上，ICE關(guān)閉，汽車在緩慢的交通中移動電能。

電動汽車駕駛員期望在能量儲備方面具有與燃油動力車輛相似的精度，但目前的技術(shù)不允許這樣做。為了補(bǔ)償，EV電池被高估，并且當(dāng)電量降低時(shí)，對電量計(jì)進(jìn)行調(diào)整以節(jié)省額外的能量，以彌補(bǔ)不準(zhǔn)確之處。建議EV駕駛員不要讓電量過低，而是更頻繁地充電。中充電器范圍最適合電池。

電動汽車駕駛員還預(yù)計(jì)隨著汽車的老化，行駛里程相同。這是不可能的，可駕駛距離每年都在變短，但BMS會有所彌補(bǔ)。新電池可能只能充電到大約80%，放電到30%。隨著容量的逐漸降低，帶寬逐漸增加，提供與新電池相似的行駛里程。由于電池性能降低，在寒冷的溫度下行駛時(shí)，行駛的距離將明顯縮短，一旦電池老化超過BMS的能量補(bǔ)償范圍
 

在 BMS 中添加容量估算

EBM具有局限性，因?yàn)樗鼰o法有效地估計(jì)容量。這可以通過添加容量估計(jì)值來克服
圖 3 顯示了具有公共檢測點(diǎn)的 BMS，其中增加了測量容量的能力。Spectro™代表具有復(fù)雜建模的電化學(xué)阻抗譜（EIS）。這會將簡單的電池傳感器轉(zhuǎn)換為功能狀態(tài) （SoF） 級別。

了解 SoF 可以提高電池驗(yàn)證，但一些設(shè)備制造商拒絕向消費(fèi)者透露低于 100% 的容量讀數(shù)，尤其是在保修期內(nèi)。為了隱藏不需要的信息，數(shù)據(jù)可以設(shè)置為代碼訪問，僅供服務(wù)人員使用（另請參閱
 

撇開消費(fèi)者的擔(dān)憂不談，SoF意味著BMS在電池可靠性方面的重大改進(jìn)，因?yàn)樗櫲萘克p并計(jì)算可用能量的真實(shí)運(yùn)行時(shí)間?；谌萘康腂MS還將預(yù)測最終的更換，這是當(dāng)前BMS技術(shù)無法完全滿足的問題。未來的BMS將把“數(shù)字電池”的信息與“化學(xué)電池”的信息結(jié)合起來，通過先進(jìn)的學(xué)習(xí)算法提供可靠的SoF數(shù)據(jù)。