新能源车与传统燃油车的最大区别就是使用动力电池代替石油燃料作为能源，所以动力电池及电池管理系统BMS是新能源车的核心。BMS是对电池进行监控和管理的系统，通过对电流、电压、温度以及电池状态（SOC、SOP、SOH等）参数的采集和计算，制定合理的电池充放电策略，在实现电池最大效率利用的同时有效保护电池。所以，能够提升电池综合性能的管理系统，是连接动力电池和电动汽车的重要纽带。本文来简要分析一下BMS系统的基本架构和主要功能。

1. BMS拓扑架构

BMS系统的硬件拓扑架构分为集中式和分布式两种，如下图所示。

1.1 BMS集中式架构

BMS集中式架构的特点是结构紧凑、可靠性高、成本低，一般用于低容量、低电压、电池系统体积小的系统。

集中式架构将所有的电子电气部件（如电压采集、电流采集、温度采集等）集中到一块控制板中，采样芯片的通道利用率最高，采样芯片和主处理器之间可以采用菊花链通讯，电路设计相对简单，产品成本低。但这种结构的缺点也很明显，由于所有从电池组电芯接出来的线束都要接到控制板，这就导致有些电芯的采样线束比较长，使得采样线束的设计比较复杂，并且长线束引入了采样误差，采样精度低。另外，整个BMS所能支持的最高通道也是有限的，所以适用性比较差，一般用于小电池包设计。

1.2 BMS分布式架构

分布式架构包括一个主控单元和多个从控单元，电芯的温度、电压采集、均衡等功能由从控单元实现，而电池的状态估算以及充放电策略由主控单元实现，主控单元和从控单元之间通过CAN总线通信。这种架构的优点是电池模组的装配过程简单，采样线束距离从控单元近，线束距离均匀，不存在压降不一的问题，采样精度高，适用于大的电池包。它的缺点是每个从控单元都需要额外的处理器，另外还有额外的CAN总线开支，成本较高。

2. BMS系统主要功能

BMS系统是动力电池的核心部分，实现的功能主要包括：热管理、电池均衡管理、充电管理、SOC、SOH估算和故障诊断等。

2.1 热管理

电池的性能和使用环境的温度关系很大，适宜的温度能够最大化发挥电池的潜力。而为了安全，要避免电池工作在极端情况下，尽可能保证系统的安全，防止或者降低起火或爆炸带来的损失，所以需要对电池的温度进行管理和控制，在电池温度低的时候给它取暖，在电池温度高的时候给它降温。从应用场景来说主要由充电和放电两个场景。

在寒冷地区，气温特别低的时候，如果直接充电，会造成充不进电的情况。这时就需要通过加热模块给电池升温，当电池温度升高到合适范围再进行充电，否则会造成电池损坏。

在放电场景下，主要考虑的是电池散热。目前的散热方案有自然冷却、风冷和液冷三种，从冷却效果来说，液冷效果最好，但结构复杂，成本高。

2.2 均衡管理

电池在生产过程中，由于加工工艺和材料均匀性等问题，成品参数如内阻、开路电压、容量等存在不一致性，而且这些不一致性会随着充放电次数而逐渐增大，如果不控制的话，会缩短电池组寿命，所以需要BMS具有均衡管理功能，其本质目的就是使电池组内各电芯之间的容量达到均衡。

电池均衡管理有主动均衡和被动均衡两种方式。主动均衡是在BMS的控制下，把电量大的电芯内的电量转移到电量小的电芯内，从而实现电芯之间的电量均衡。主动均衡的技术难度大，成本高。被动均衡是把电量大的电芯通过电阻放电，以热量的方式消耗掉多余电量，使各电芯之间的电量均衡。被动均衡电路简单，成本低，效率低。

2.3 充电管理

充电分为快充和慢充，充电管理主要是BMS系统和慢充桩和快充桩进行交互，设计充电电流和充电策略。充电逻辑在国标GB/T 27930-2015中给出了清楚的定义，BMS要严格按照国标中的规定实现充电流程。

2.4 SOC、SOH估算

电池电芯SOC和SOH的准确估算是对电池进行管理的基础。电池结构复杂，电池的荷电状态受放电电流、电池内部温度、自放电和老化等因素的影响，使得SOC和SOH的估算比较困难。

常用的SOC估算方法有：安时积分法、开路电压法、内阻法、卡尔曼滤波法和神经网络算法等。

常用的SOH估算方法分为两类，一类是不基于模型的方法，如放电试验法、循环次数折算法等；一类是基于模型的估算方法，如经验模型法、电阻折算法、阻抗分析法等。

2.5 故障诊断

针对电池状态，区分不同的故障等级，并且在不同故障等级情况下BMS和整车控制器采取不同的处理措施，警告、限制功率或直接切断高压，并以声音或光的方式通知驾乘人员。

故障分为数据采集故障、电气故障（传感器和执行器）、通讯故障和电池状态故障等。故障等级基本按如下划分：

（1）一级：只报警，不做任何处理，可消退

（2）二级：报警，限速，可消退

（3）三级：报警，限速，不可消退

（4）四级：报警，制动，不可消退

以上介绍了BMS系统的基本架构，讨论了BMS系统的主要功能。目前就BMS技术来说，国外公司处于领先地位，比如联电、大陆、德尔福等，他们的BMS产品的精度、可靠性等都较高。国内也有自主开发的BMS产品，但在功能和性能上与国外一流公司仍有较大差距，但随着国内电池和BMS技术的快速发展，差距正在逐步缩小，希望不久的将来能够实现成功追赶甚至反超。