BMS 的目的是：

1. 提供电池安全性和长寿命，这是锂离子电池的必备品。
2. 以充电状态和健康状态（容量）的形式显示功能状态
3. 提示谨慎和服务。这可能是高温、电池不平衡或校准。
4. 当容量低于用户设置的目标阈值时，指示生命周期结束。

并非所有 BMS 都提供所有这些功能。最基本的功能是电池保护和显示充电状态 (SoC)。

虽然 SoC 很有用，但如果不跟踪电池电量耗尽时的容量，读数是不完整的。用户可能习惯于提供满容量的电池，但这种情况是暂时的，无法维持。容量是电池健康状态 (SoH)的主要指标，应该是电池管理系统 (BMS) 的一部分。了解 SoC 和 SoH 可提供功能状态 (SoF)，这是对准备就绪的最终信心，但以有效方式提供此信息的技术正在改进。

考虑到我们仍然缺乏读取充电状态的可靠方法，构建更好的 BMS 是一个挑战，充电状态是电池最基本的测量方法读取剩余能量在电池中进行分配比分配液体燃料更复杂。虽然燃料箱具有固定尺寸并提供可以高精度测量的燃料，但电化学存储系统会减小其尺寸，并且随着电池老化，无法高精度评估流入和流出的库仑。

BMS在充放电时也提供保护；如果超过设定限制或发生故障，它会断开电池连接。既定的 BMS 标准是用于大多数便携式应用的SMBus（系统管理总线），以及用于汽车的 CAN 总线（控制器区域网络）和更简单的 LIN 总线（本地互连网络）。

固定电池是最早包含监控系统的电池之一，最基本的是对单个电池的电压监控。一些系统还包括电池温度和电流测量。记录电池温度的微小差异会提示存在问题，测量每个电池在给定负载下的压降可揭示电池电阻。因此可以识别干燥、腐蚀、板分离和其他故障。

尽管 BMS 可以有效检测异常；容量衰减是最可预测的健康指标，它很难估计，因为电压和内阻通常不受影响。读取容量从 100% 下降到 70% 的能力很有价值，但大多数 BMS 无法有效地做到这一点，即使容量下降到 50%，电池也可能没有健康状况。大多数 BMS 仅对容量估计之外的异常情况做出响应，例如由电池不平衡和内阻变化引起的电池之间的电压差异。

一些工业和医疗设备制造商使用日期戳来确定电池寿命的结束，其他制造商则观察循环计数。虽然计算周期可能过于简单，但不存在定义周期的约定，一些系统在电池充电时简单地将其称为周期日期标记具有类似的缺点，因为它会促进过早更换电池很少使用的电池，而重量级电池可能会使用太久为了降低故障风险，当局强制要求提前更换电池，两年的使用寿命很常见。长时间存放会使电池的工作寿命非常短。

生物医学工程师意识到大多数电池更换得太早了。iPhone 用户抱怨说，他们的智能手机显示 100% 电量，而电池仅充电 90%。甚至军方领导人也表示，他们用于战斗的电池武库非常差，以至于许多士兵携带的是石头而不是电池。有效的电池管理要么缺失要么不足。对 BMS 的期望过高很常见，用户在没有电池供电时会感到震惊。

让我们看看 BMS 的工作原理，注意缺点并研究可能改变电池监控方式的新兴技术。

BMS在充放电过程中带着“化学电池”的烙印，建立与用户沟通的“数字电池”。图 1说明了电池组件，包括存储的能量、可以重新填充的空部分和永久丢失的非活动部分。额定容量是指制造商规定的以Ah（安培小时）为单位的容量，仅在新电池时有效；available capacity指扣除无效部分后的真实储能能力。充电状态 (SoC)指储存的能量，也包括不活动的部分。

电池由储存的能量、可以充电的空部分和因老化而永久丢失的非活动部分组成。

BMS 被编程为额定容量，它测量与可用容量相关的流入和流出库仑。随着容量下降，库仑数减少，这种差异可以进行容量估算。在完全充电或将充满电的电池放电至截止点期间计算完全放电电池的库仑数时，可能会获得最准确的读数。这种干净的开始是不可能的，而且随着时间的推移，现实生活中的容量估计会变得混乱。

BMS 在接受完全放电和充电时设置标志。在休息期间，高级 BMS 还可以根据稳定的开路电压计算手头的 SoC，并从该有利点开始计算充电和放电期间的库仑数。一些 BMS 还会查看移除负载后的电压恢复情况，以估算 SoC 和/或 SoH。

通过电压-电流-温度检测电池

旧的大众甲壳虫电池问题很少。它的电池管理系统向电池充电，并在通过继电器操作的调节器巡航时燃烧电阻器上的过充电能。汽车在停放时没有寄生负载。

从那时起，现代汽车就充斥着车载电子设备，以提高安全性、便利性、舒适性和乐趣；没有人知道需要的功能。为使配件可靠运行，必须始终了解电池的充电状态。这对于全球正在采用的启停技术尤为重要。

当启停汽车的引擎在红灯时关闭时，电池会消耗 25–50 安培的电流来为车灯、通风设备、挡风玻璃刮水器和其他配件供电。电池必须有足够的电量来启动发动机，这需要在短时间内额外提供 350A 电流。当发动机再次运转并且汽车加速到标示的限速时，电池仅在 10 秒延迟后才开始充电，延迟允许将所有能量用于车辆加速。当回到充电模式时，铅酸电池的充电速度非常慢。

为了提供重要的电池信息，豪华汽车配备了一个电池传感器，可以测量电压、电流和温度。图 2显示了电子电池监视器 (EBM)封装在一个小外壳中，构成正极电池夹的一部分。

传感器读取电压、电流和温度以估计充电状态并检测异常；能力评估是不可能的。

当电池是新电池时，EBM 工作良好，但大多数传感器无法正确调整以适应老化。新电池的 SoC 准确度约为 +/–10%。随着老化，EBM 开始漂移，精度可能会下降到 20% 或更高。这部分与容量衰减有关，这是大多数 BMS 无法有效估计的值。这不是工程师的疏忽；他们完全理解所涉及的复杂性和缺点。

一辆典型的起停车辆每年要经历大约 2,000 次微循环。这样的压力会使标准启动电池的容量降低到 60% 左右，汽车制造商使用不同的电池系统，包括 AGM 和高级铅碳

汽车制造商希望确保没有司机因电池没电而陷入交通困境。为了节约能源，现代汽车会在电池电量低且电机在红绿灯处保持运转时关闭不必要的配件。即使采取这种措施，如果在交通拥堵的情况下通勤，充电状态也可以保持在较低水平，因为怠速电机不会为电池提供太多电量。在灯、挡风玻璃刮水器和电加热元件接合的情况下，可能会产生净放电。

电池监控对于混合动力汽车也很重要，可以优化充电水平。智能充电管理可防止过度充电并避免深度放电。当充电水平低时，内燃机 (ICE) 会比正常情况下更早地接合，并保持运行更长时间以进行额外充电。在充满电的电池上，ICE 关闭，汽车在缓慢的交通中依靠电能行驶。

EV 驾驶员希望能量储备的准确性与燃油动力车辆相似，但目前的技术不允许这样做。作为补偿，EV 电池被高估并且电量计被调整以在电量下降时保留额外的能量以弥补不准确。建议 EV 驾驶员不要让电量过低，而是要更频繁地充电。中等充电器范围最适合电池。

EV 驾驶员还预期与汽车老化相同的行驶里程。这是不可能的，而且可行驶距离逐年缩短，但 BMS 允许。新电池可能仅充电至 80% 左右，放电至 30%。随着容量的衰减，带宽逐渐增加，提供与新电池相似的行驶里程。由于电池性能下降，以及一旦电池老化超过 BMS 的能量补偿范围，在寒冷温度下行驶时，行驶距离将明显缩短

在 BMS 中添加容量估算

EBM 的局限性在于它无法有效地估计容量。这可以通过增加容量估计来克服图 3显示了一个具有公共传感点的 BMS，其中增加了测量容量的能力。Spectro™ 代表具有复杂建模的电化学阻抗谱 (EIS)。这会将一个简单的电池传感器转换为功能状态 (SoF) 级别。

了解 SoF 可以改善电池验证，但一些设备制造商拒绝向消费者透露低于 100% 的容量读数，尤其是在保修期内。为了隐藏不需要的信息，数据可以通过代码访问，仅供服务人员使用

撇开消费者的担忧不谈，SoF 标志着 BMS 在电池可靠性方面的重大改进，因为它可以跟踪容量衰减并计算可用能量的真实运行时间。基于容量的 BMS 还将预测最终的替换，这是当前 BMS 技术无法完全满足的问题。未来的BMS会将“数字电池”的信息与“化学电池”的信息结合起来，通过先进的学习算法提供可靠的SoF数据。

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本文由韩国SEBANG蓄电池（大陆地区）营销中心于2023-02-11 13:29:19 整理发布。
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