论文部分内容阅读
[摘要]新能源的广泛利用是一个划时代的革命，特别是电动汽车代替传统的燃油汽车，使汽车工业进入了一个全新的时代。目前阻碍电动汽车推广的最大瓶颈是车载电池的性能局限。鋰电池是目前已知的性能最优异的能量存储介质之一，被广泛应用于电动汽车作为车载能源。但锂电池成组之后性能下降和使用寿命缩短的难题一直没有得到很好解决。为此，电池管理系统（BMS）应运而生。本文在总结分析归纳主流BMs存在的诸多问题的基础上，提出了新一代BMS的改进指标和性能要求，进而深入探讨了新一代BMs在电动汽车中的应用，展望了其未来的技术趋势和发展路线。
[关键词]电池管理系统（BMS），主动均衡，电动汽车
中图分类号：F407.471 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0262-02
1、引言
目前，全球范围内均面临能源危机、环境破坏、气候变暖等方面巨大的压力，节能减排已成为世界共识。在节约能源方面，电动汽车有着传统燃油汽车无法比拟的技术优势。电动汽车的能量来源多样化，它不仅可以通过石油制品的燃烧获得，还可来自天然气、太阳能、水力、风力等途径，大大降低了对石油资源的依赖度。因此，发展电动汽车是世界各国汽车行业可持续发展的必然选择。
同时电动汽车也逐渐成为智能电网中一个越来越重要的研究领域。智能电网的建设为电动汽车的规模化发展奠定了坚实的基础，同时电动汽车的规模化发展也将给电网提出更高的挑战，将会有力驱动智能电网建设。但电动汽车要想规模化发展，电池技术方面仍存在诸多挑战。为解决电池方面诸多技术难题，电池管理系统（BMS）应运而生。
2、电动汽车发展主要瓶颈：动力电池
在可预见的未来lO年中，电池技术将一直是电动汽车推广的最大瓶颈口。车载动力电池技术可分为3种，传统镍氢电池，锂离子电池，燃料电池。镍氢电池由于质量大、充放电性能不佳，不适用于乘用车动力电池；燃料电池技术不够成熟，仍处于研发阶段；而锂离子电池具有高能量密度、高工作FgK，、无记忆效应、无污染、质量轻等特点，是应用最广泛的车载动力电池。虽然相对其它电池有较大优势，但在实用性方面仍有许多不足之处：
2.1 电池成组后安全性低于单体电池
目前中小容量锂离子电池的发展已较为成熟，如手机电池、笔记本电脑电池等。但车用大容量、高功率电池的安全性是否有保障还需要经过更多实践验证。车用电池组由许多单体电池串联组成，使用一段时间后组内电池电压以及工作温度的不一致就会导致过充、过放、内部短路等故障，最终将可能导致电池组自燃甚至爆炸。
2.2 能量密度低于汽油
受技术水平制约，目前锂离子电池的能量密度大约只有汽油的1/25。一般纯电力驱动的乘用车行驶100km，以磷酸铁锂电池为例，配置较好的电池要15～20kW·h，质量为150～200kg，而相应的使用燃油为动力的内燃机汽车仅需要8～10L汽油，即6～8kg，可见能量密度低是目前动力电池技术的核心瓶颈。
2.3 使用寿命短
磷酸铁锂单体电池循环寿命可达2000次，但成组后循环寿命最多只有1000次，缩短了近一半，若每年充放电250次，一组蓄电池最多只可使用4年，与传统燃油汽车相比寿命太短。
2.4 使用成本高
目前磷酸铁锂电池的市场价格约为600美元/kW·h，一辆装有25 kW·h电池组的电动汽车，成本将增加超过1万美元，如果每4年就需要更换一组电池组，费用高昂，用户很难接受。
2.5 废旧电池梯次利用
电池的回收和处理不当，会对环境造成严重污染。德国汉堡世界经济研究所和贝伦贝格银行共同发表的有关汽车业面临挑战的报告指出，目前全球锂矿总储量保守估计只够开采50g，可以估计锂电池的大规模使用势必造成资源紧缺及价格大幅攀升。因此无论是从环境角度还是能源角度，如何对电池进行高效的梯次利用都是我们必须面对的一个问题。
燃料电池技术成熟以前，以上问题将一直制约电动汽车的产业化发展。
3、BMS
3.1 BMS基本概念
电池管理系统（BMS）是电动汽车核心系统之一，其主要作用是监控电池的状态，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，保证电动汽车的安全性和续航里程等。
BMS通过CAN总线接口或无线方式与车载总控制器、电机控制器、车载显示系统等进行实时通讯。当与充电机进行通信时，BMS会实时传递电池充电状态信号和相关数据，方便充电站后台系统计算充电效率并评估电池组工作状态，实现智能充电，防止过充浪费并杜绝安全隐患，具有节约电力能源和设备安全保护的双重功效。尤其在低温条件下实现智能充电，对保护电动汽车、充电站设备和人员安全都具有重要意义。
3.2 BMS功能特点
目前电动汽车BMS可以实现以下功能：数据采集、剩余容量（SOC）的估算、电气控制、安全管理和数据通信。
3.2.1 数据采集
在BMS中，电压、电流、温度等数据的精确采集是对电池进行有效管理和控制的关键。锂离子电池对电压较为敏感，对安全也有较高要求，所以必须及时采集每个单体电池的电压，监测每个电池的工作温度。目前BMS电压检测精度普遍在10ⅡlV左右。经过试验证明，如采用动态检测技术，精度将可提高至5mV。
3.2.2 SOC的估算
电池剩余容量（sOC）的估算是BMs研究中的关键点。目前SOc的估算精度可以达到5%的误差水平。由于电动汽车动力电池在使用过程中呈现出高度非线性特点，给准确估计SOC造成了很大困难。传统的SOC基本估算方法有开路电压法、内阻法和安时法等，安时法是目前最常用的方法。近年来又相继出现许多新型算法，如模糊逻辑算法模型、自适应神经模糊推断模型、卡尔曼滤波估计模型算法以及线性模型法等，但由于这些新型算法还不是很成熟，在实际应用中并不多见。 3.2.3 电气控制
电气控制的主要功能是：充电过程控制，电池均衡，根据SOC、电池健康状态（sOH）和温度限定放电电流。
在电池组中，虽然通过单体电池的电流相同，但是由于各个单体电池容量不同，放电深度也会有所差异，随着使用时间的推移，单体电池间的差异会越来越大，这种不一致性会降低电池组的寿命及可用性，有时甚至会危及电动汽车的安全。因此电池均衡是电池管理中非常关键的一个环节。
电池均衡的方案有多种，如开关电容均衡法，降压型变换器法，平均电压均衡法。选择不同的方案时要优先考虑电路设计的复杂程度和理论上的均衡效率。目前BMs多采用被动式均衡方式，通过能量消耗，限制电压最高的电池单元的充电电流，以实现和电压较低的电池单元的充电平衡。该方案特点是技术简单，容易实现，缺点是浪费能量，均衡效率低。我们对市场上在售的BMSje～品进行了调研，调研结果显示，目前BMSJgt大均衡电流通常在100raA左右。
3.2.4 安全管理和控制
由于锂离子电池在过充电时可能会发生着火甚至爆炸，因此电池的使用安全.1生是电动汽车发展过程中必须要解决的问题。BMs在安全方面的功能有：在发生碰撞的情况下关闭电池、防止高电压和高电流的泄漏、防止电池工作温度过高。
3.2.5 数据通信
目前BMS采用的数据通信方式主要为CAN，总线。如果采用智能电池模块，可以选择使用无线通信方式或者通过电力载波与车辆主控制器通信。无线方式与电力载波都可以减少BMS的布线，降低电路复杂程度，但在可靠性和抗干扰能力方面不如CAN，总线。
3.3 新一代BMS技术特征
虽然BMs具有诸多功能，但与电机、电机控制技术相比，BMS的一些功能仍然不够完善，如采集精度有限，SOc预测精度低，电池均衡管理功能相对较弱，BMS在高、低温极端环境中能否正常使用还有待验证。新一代BMs需要采用一些新的技术手段来解决这些问题。
3.3.1 高精度SOC估计
在提高电压检测精度的基础上，采用四维查表法与动态测量技术，可以比较精确的估3gSOc。随着电池使用次数的增加，其健康状态（SOH）会发生变化，在测量数据上体现为典型的非线性特征，这给准确估算SOc带来了困难。四维查表法首先需要深入研究电池特性，并在進行反复测试的基础上，将不同的充放电次数对应的不同电压、电流和SOc数据汇总起来制成基础表格，为实际应用积累经验数据。这样在电动汽车运行时，BMS系统会采集并记录电池的每一次充放电过程数据，然后再根据检测到的电压、电流值，在表格中查找出对应的SOc值，该值即可认为是精确估算的结果。据实验证明，当SOC估算误差控制控制在3%之内时，BMS能够更加有效保护电池，使电池组性能获得较大改善。
3.3.2 高效率双向自适应主动均衡
双向自适应主动均衡方案是采用两级非耗能式的主动均衡策略，通过能量在电池模块内部单体之间和各模块之间的转移来实现电池的均衡。这种均衡方案的能量转移效率比较高，可以达到90%以上，同时发热量比较低。除此之外，这种方案的瞬时均衡电流值超过7A，平均均衡电流大于3A，可以使电池组快速达到均衡。
3.3.3 高度集成化
随着锂离子电池在各种功率设备中的大范围应用，串联电池的数量会逐渐增多，这样就会增加BMS内部结构的复杂程度，而提高系统的集成度可以在很大程度上降低电路的体积、功耗及成本等。目前有很多芯片厂商都推出了一些锂离子管理芯片，具备对多个串联电池管理的功能，也可以级联对数量更多的电池组进行管理。这些芯片的应用，大大降低了BMS的复杂程度。
3.3.4 热管理
电池在不同的温度环境下会有不同的性能，锂离子电池的最佳工作温度为25～40℃。环境温度的变化会使电池的各项指标发生变化，甚至影响电池使用寿命。通过BMS的热管理功能，可以使电池工作在适当的温度范围内，缩小各个电池模块之间的温度差异。
高温环境时，使用车载空调器对电池组进行物理降温是一种廉价和有效的温度控制方案，可以保证电池正常进行充放电工作；但在低温环境中，由于锂离子电池的活性变差，充电性能受到严重影响，这时大电流充电很可能造成电池热失控甚至人身安全事故。
新一代BMS针对低温环境下锂电池充电难的问题设计了一种控温方案。工作原理如下：电池连接到充电机后，BMS如果监测到电池温度过低，即发出控制信号通知充电机停止正常充电模式，转而进行小电流充电。因为当温度低于10℃时，电池的内阻会增加，所以在低温环境中充电，电池会产生更多热量，在进行一段时间的小电流充电后，电池的温度逐渐恢复到正常工作温度范围，此时BMS会马上通知充电机恢复正常模式充电。
针对电动汽车在低温环境中续航里程大幅衰减的问题，因空调加热方式的能量利用效率不高，所以有必要引入单独的车载专用电池温控系统来保持电池的正常工作温度，一股隋况下温控系统采用液体加热方式的效果比较好。此时BMS的热管理策略是，精确测量电池的工作温度，并将实时数据传递给温控系统，触发并引导其主动加热过程。这种方式虽然也会消耗电力，但对电池有效容量的增加能够抵消耗电的影响，从而保证电动汽车在低温条件下的续航里程（表1）。
4、BMS在电动汽车中的应用
4.1 电池寿命和续航里程
电动车辆在后期维护中5%的费用是用于电池，而维护电池的工作量占到车辆维护总工作量的90%。实验数据表明，有效的电池管理系统可以减少至少一半的维护工作量，并使电池报废量减少一半。由于电池组寿命大大低于单体电池寿命，同时随使用时间的推移，电池组性能将明显下降，续航里程也会同步缩短。从实用性和用户体验上看，装配现有BMS的电动汽车仍无法与传统内燃机汽车相提并论。2008年北京奥运会期间，北京市使用了595辆商用电动汽车，每一辆车装配的都是高品质电池，代表了当时世界的最高技术水准。但1年后，经过专家检测发现，多数电池组已经失效，这些电动汽车最终也只能退出运营。 新一代BMS投入使用后，电动汽车的实用性将进一步增强。通过采用高精度的SOc估算方法和双向自适应主动均衡方式，均衡速度更快，电池组内电池单元的充放电性能可以更好的保持一致。不仅能够大幅度延长电池组实际寿命，还能有效的提高电池组可用容量。北京一家BMs研究机构在2011年9月进行的电动汽车路试试验表明，使用新标准BMS的电动汽车经过5个均衡充电跑车循环后，与使用旧BMS相比，电池组实际可用容量提高了73.2%。
同一次试验表明，使用新标准BMS的电动汽车经过5个充电跑车循环后，与使用旧BMS相比，同一辆电动汽车的续航里程从102km提高到188km，提高了近80%，大幅改善了用户体验，提高了电动汽车实用性和耐久性。具体如图1所示。
4.2 全天候使用
汽车是全天候运载工具，消费者要求汽车在人体可接受的环境下都能够正常使用。而實际情况是，目前电动汽车的电池在常温条件下都可以正常工作，炎热环境下也可以通过简单的空调风冷等方式均衡电池箱内各点的温度。但电池对于低温的敏感特性使电动汽车在低温环境中的充电和使用成为了一个难解的问题。
通用雪佛兰的沃蓝达电动车目前很受消费者青睐，标称续航里程为40英里，但让消费者无法接受的是，在寒冷天气下，该款车靠电池储存的电能最远仅能行驶26英里，这在无形中增加了该款车的使用成本。另外一个实验证实，宝马MINI在气温为5℃时，电池的续驶里程会明显下降，从电池充满电开始行驶，该款车仅能够行驶55英里，而官方声称的续驶里程为100英里。P@gVzx）M
解决这类问题的手段之一，就是依靠BMs提供的低温充电和低温行驶热管理策略。BMs在低温环境中对电动汽车充电具有重要实用价值，可以很好的解决电动汽车由于低温充电难而产生的使用和安全问题。而BMs在电动汽车低温行驶条件下对电池温控系统的数据支持，能够有效提高电池的实际容量，从而保证电动汽车的续航里程。
BMS的热管理功能，使电动汽车能够成为真正的全天候运输工具。
4.3 安全控制
深圳亚迪纯电动出租车起火、杭州众泰电动车发生自燃、NHTSA测试中心的VOLT翻滚碰撞测试车突然起火等等事故，一次又一次引发了外界对电动汽车安全性能的担忧，动摇了消费者购买电动车的信心，严重阻碍了电动汽车的发展进程。事故的发生是由于电动车发生碰撞时，可能导致电池正负极材料冲破隔膜，刹车时能量快速回充至电池时，瞬间的超高电流会导致电池发生短路，电解液在高温下被电解，产生气体，内部压力升高，最终将导致起火燃烧甚至爆炸，而归根结底还是与不够完善的电池管理系统有直接或间接的关系。
新一代系统都专门增加电池保护电路和电池保护芯片，有些智能电池模块的电路设计还具有单体电池断接功能。以便及时准确地掌握电池各项状态信息，在异常状态出现时发出报警信号或断开电路，防止意外事故的发生。但是电动汽车的安全问题不可能仅仅通过完善成熟的BMS就可以解决，其根本还是电池的质量问题，只有电池质量过硬，BMSTY可确保动力电池的安全。
5、结论
现有BMs在不断升级和加强的过程中，将逐渐接近新一代技术指标和特性，在采集数据的可靠性、SOC的估算精度和安全管理等方面将会有进一步的改进和提高。但新技术也意味着高成本，目前BMs生产制造成本过高，还没有进入普通消费者的接受范围。未来随着BMs应用规模的扩大和芯片集成度的提高，BMS的制造成本也将会有比较大幅度的降低。
另外，目前市场上很多BMS只针对某一类型甚至某一品牌的电池设计制造，实际应用时针对特定电池效果很理想，但应用到其它型号或品牌的电池上时则失去了应有的作用，所以研究更具有通用性的BMS也是未来的一个发展方向。
随着今后电动汽车的发展普及，动力电池梯次利用也会逐渐成为趋势。可以预见，大量梯次利用的电池将在储能电站以及家庭储能系统中得到广泛应用。BMS作为电池伴侣，其应用范围也将超出电动汽车领域而更加广阔。
[关键词]电池管理系统（BMS），主动均衡，电动汽车
中图分类号：F407.471 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0262-02
1、引言
目前，全球范围内均面临能源危机、环境破坏、气候变暖等方面巨大的压力，节能减排已成为世界共识。在节约能源方面，电动汽车有着传统燃油汽车无法比拟的技术优势。电动汽车的能量来源多样化，它不仅可以通过石油制品的燃烧获得，还可来自天然气、太阳能、水力、风力等途径，大大降低了对石油资源的依赖度。因此，发展电动汽车是世界各国汽车行业可持续发展的必然选择。
同时电动汽车也逐渐成为智能电网中一个越来越重要的研究领域。智能电网的建设为电动汽车的规模化发展奠定了坚实的基础，同时电动汽车的规模化发展也将给电网提出更高的挑战，将会有力驱动智能电网建设。但电动汽车要想规模化发展，电池技术方面仍存在诸多挑战。为解决电池方面诸多技术难题，电池管理系统（BMS）应运而生。
2、电动汽车发展主要瓶颈：动力电池
在可预见的未来lO年中，电池技术将一直是电动汽车推广的最大瓶颈口。车载动力电池技术可分为3种，传统镍氢电池，锂离子电池，燃料电池。镍氢电池由于质量大、充放电性能不佳，不适用于乘用车动力电池；燃料电池技术不够成熟，仍处于研发阶段；而锂离子电池具有高能量密度、高工作FgK，、无记忆效应、无污染、质量轻等特点，是应用最广泛的车载动力电池。虽然相对其它电池有较大优势，但在实用性方面仍有许多不足之处：
2.1 电池成组后安全性低于单体电池
目前中小容量锂离子电池的发展已较为成熟，如手机电池、笔记本电脑电池等。但车用大容量、高功率电池的安全性是否有保障还需要经过更多实践验证。车用电池组由许多单体电池串联组成，使用一段时间后组内电池电压以及工作温度的不一致就会导致过充、过放、内部短路等故障，最终将可能导致电池组自燃甚至爆炸。
2.2 能量密度低于汽油
受技术水平制约，目前锂离子电池的能量密度大约只有汽油的1/25。一般纯电力驱动的乘用车行驶100km，以磷酸铁锂电池为例，配置较好的电池要15～20kW·h，质量为150～200kg，而相应的使用燃油为动力的内燃机汽车仅需要8～10L汽油，即6～8kg，可见能量密度低是目前动力电池技术的核心瓶颈。
2.3 使用寿命短
磷酸铁锂单体电池循环寿命可达2000次，但成组后循环寿命最多只有1000次，缩短了近一半，若每年充放电250次，一组蓄电池最多只可使用4年，与传统燃油汽车相比寿命太短。
2.4 使用成本高
目前磷酸铁锂电池的市场价格约为600美元/kW·h，一辆装有25 kW·h电池组的电动汽车，成本将增加超过1万美元，如果每4年就需要更换一组电池组，费用高昂，用户很难接受。
2.5 废旧电池梯次利用
电池的回收和处理不当，会对环境造成严重污染。德国汉堡世界经济研究所和贝伦贝格银行共同发表的有关汽车业面临挑战的报告指出，目前全球锂矿总储量保守估计只够开采50g，可以估计锂电池的大规模使用势必造成资源紧缺及价格大幅攀升。因此无论是从环境角度还是能源角度，如何对电池进行高效的梯次利用都是我们必须面对的一个问题。
燃料电池技术成熟以前，以上问题将一直制约电动汽车的产业化发展。
3、BMS
3.1 BMS基本概念
电池管理系统（BMS）是电动汽车核心系统之一，其主要作用是监控电池的状态，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，保证电动汽车的安全性和续航里程等。
BMS通过CAN总线接口或无线方式与车载总控制器、电机控制器、车载显示系统等进行实时通讯。当与充电机进行通信时，BMS会实时传递电池充电状态信号和相关数据，方便充电站后台系统计算充电效率并评估电池组工作状态，实现智能充电，防止过充浪费并杜绝安全隐患，具有节约电力能源和设备安全保护的双重功效。尤其在低温条件下实现智能充电，对保护电动汽车、充电站设备和人员安全都具有重要意义。
3.2 BMS功能特点
目前电动汽车BMS可以实现以下功能：数据采集、剩余容量（SOC）的估算、电气控制、安全管理和数据通信。
3.2.1 数据采集
在BMS中，电压、电流、温度等数据的精确采集是对电池进行有效管理和控制的关键。锂离子电池对电压较为敏感，对安全也有较高要求，所以必须及时采集每个单体电池的电压，监测每个电池的工作温度。目前BMS电压检测精度普遍在10ⅡlV左右。经过试验证明，如采用动态检测技术，精度将可提高至5mV。
3.2.2 SOC的估算
电池剩余容量（sOC）的估算是BMs研究中的关键点。目前SOc的估算精度可以达到5%的误差水平。由于电动汽车动力电池在使用过程中呈现出高度非线性特点，给准确估计SOC造成了很大困难。传统的SOC基本估算方法有开路电压法、内阻法和安时法等，安时法是目前最常用的方法。近年来又相继出现许多新型算法，如模糊逻辑算法模型、自适应神经模糊推断模型、卡尔曼滤波估计模型算法以及线性模型法等，但由于这些新型算法还不是很成熟，在实际应用中并不多见。 3.2.3 电气控制
电气控制的主要功能是：充电过程控制，电池均衡，根据SOC、电池健康状态（sOH）和温度限定放电电流。
在电池组中，虽然通过单体电池的电流相同，但是由于各个单体电池容量不同，放电深度也会有所差异，随着使用时间的推移，单体电池间的差异会越来越大，这种不一致性会降低电池组的寿命及可用性，有时甚至会危及电动汽车的安全。因此电池均衡是电池管理中非常关键的一个环节。
电池均衡的方案有多种，如开关电容均衡法，降压型变换器法，平均电压均衡法。选择不同的方案时要优先考虑电路设计的复杂程度和理论上的均衡效率。目前BMs多采用被动式均衡方式，通过能量消耗，限制电压最高的电池单元的充电电流，以实现和电压较低的电池单元的充电平衡。该方案特点是技术简单，容易实现，缺点是浪费能量，均衡效率低。我们对市场上在售的BMSje～品进行了调研，调研结果显示，目前BMSJgt大均衡电流通常在100raA左右。
3.2.4 安全管理和控制
由于锂离子电池在过充电时可能会发生着火甚至爆炸，因此电池的使用安全.1生是电动汽车发展过程中必须要解决的问题。BMs在安全方面的功能有：在发生碰撞的情况下关闭电池、防止高电压和高电流的泄漏、防止电池工作温度过高。
3.2.5 数据通信
目前BMS采用的数据通信方式主要为CAN，总线。如果采用智能电池模块，可以选择使用无线通信方式或者通过电力载波与车辆主控制器通信。无线方式与电力载波都可以减少BMS的布线，降低电路复杂程度，但在可靠性和抗干扰能力方面不如CAN，总线。
3.3 新一代BMS技术特征
虽然BMs具有诸多功能，但与电机、电机控制技术相比，BMS的一些功能仍然不够完善，如采集精度有限，SOc预测精度低，电池均衡管理功能相对较弱，BMS在高、低温极端环境中能否正常使用还有待验证。新一代BMs需要采用一些新的技术手段来解决这些问题。
3.3.1 高精度SOC估计
在提高电压检测精度的基础上，采用四维查表法与动态测量技术，可以比较精确的估3gSOc。随着电池使用次数的增加，其健康状态（SOH）会发生变化，在测量数据上体现为典型的非线性特征，这给准确估算SOc带来了困难。四维查表法首先需要深入研究电池特性，并在進行反复测试的基础上，将不同的充放电次数对应的不同电压、电流和SOc数据汇总起来制成基础表格，为实际应用积累经验数据。这样在电动汽车运行时，BMS系统会采集并记录电池的每一次充放电过程数据，然后再根据检测到的电压、电流值，在表格中查找出对应的SOc值，该值即可认为是精确估算的结果。据实验证明，当SOC估算误差控制控制在3%之内时，BMS能够更加有效保护电池，使电池组性能获得较大改善。
3.3.2 高效率双向自适应主动均衡
双向自适应主动均衡方案是采用两级非耗能式的主动均衡策略，通过能量在电池模块内部单体之间和各模块之间的转移来实现电池的均衡。这种均衡方案的能量转移效率比较高，可以达到90%以上，同时发热量比较低。除此之外，这种方案的瞬时均衡电流值超过7A，平均均衡电流大于3A，可以使电池组快速达到均衡。
3.3.3 高度集成化
随着锂离子电池在各种功率设备中的大范围应用，串联电池的数量会逐渐增多，这样就会增加BMS内部结构的复杂程度，而提高系统的集成度可以在很大程度上降低电路的体积、功耗及成本等。目前有很多芯片厂商都推出了一些锂离子管理芯片，具备对多个串联电池管理的功能，也可以级联对数量更多的电池组进行管理。这些芯片的应用，大大降低了BMS的复杂程度。
3.3.4 热管理
电池在不同的温度环境下会有不同的性能，锂离子电池的最佳工作温度为25～40℃。环境温度的变化会使电池的各项指标发生变化，甚至影响电池使用寿命。通过BMS的热管理功能，可以使电池工作在适当的温度范围内，缩小各个电池模块之间的温度差异。
高温环境时，使用车载空调器对电池组进行物理降温是一种廉价和有效的温度控制方案，可以保证电池正常进行充放电工作；但在低温环境中，由于锂离子电池的活性变差，充电性能受到严重影响，这时大电流充电很可能造成电池热失控甚至人身安全事故。
新一代BMS针对低温环境下锂电池充电难的问题设计了一种控温方案。工作原理如下：电池连接到充电机后，BMS如果监测到电池温度过低，即发出控制信号通知充电机停止正常充电模式，转而进行小电流充电。因为当温度低于10℃时，电池的内阻会增加，所以在低温环境中充电，电池会产生更多热量，在进行一段时间的小电流充电后，电池的温度逐渐恢复到正常工作温度范围，此时BMS会马上通知充电机恢复正常模式充电。
针对电动汽车在低温环境中续航里程大幅衰减的问题，因空调加热方式的能量利用效率不高，所以有必要引入单独的车载专用电池温控系统来保持电池的正常工作温度，一股隋况下温控系统采用液体加热方式的效果比较好。此时BMS的热管理策略是，精确测量电池的工作温度，并将实时数据传递给温控系统，触发并引导其主动加热过程。这种方式虽然也会消耗电力，但对电池有效容量的增加能够抵消耗电的影响，从而保证电动汽车在低温条件下的续航里程（表1）。
4、BMS在电动汽车中的应用
4.1 电池寿命和续航里程
电动车辆在后期维护中5%的费用是用于电池，而维护电池的工作量占到车辆维护总工作量的90%。实验数据表明，有效的电池管理系统可以减少至少一半的维护工作量，并使电池报废量减少一半。由于电池组寿命大大低于单体电池寿命，同时随使用时间的推移，电池组性能将明显下降，续航里程也会同步缩短。从实用性和用户体验上看，装配现有BMS的电动汽车仍无法与传统内燃机汽车相提并论。2008年北京奥运会期间，北京市使用了595辆商用电动汽车，每一辆车装配的都是高品质电池，代表了当时世界的最高技术水准。但1年后，经过专家检测发现，多数电池组已经失效，这些电动汽车最终也只能退出运营。 新一代BMS投入使用后，电动汽车的实用性将进一步增强。通过采用高精度的SOc估算方法和双向自适应主动均衡方式，均衡速度更快，电池组内电池单元的充放电性能可以更好的保持一致。不仅能够大幅度延长电池组实际寿命，还能有效的提高电池组可用容量。北京一家BMs研究机构在2011年9月进行的电动汽车路试试验表明，使用新标准BMS的电动汽车经过5个均衡充电跑车循环后，与使用旧BMS相比，电池组实际可用容量提高了73.2%。
同一次试验表明，使用新标准BMS的电动汽车经过5个充电跑车循环后，与使用旧BMS相比，同一辆电动汽车的续航里程从102km提高到188km，提高了近80%，大幅改善了用户体验，提高了电动汽车实用性和耐久性。具体如图1所示。
4.2 全天候使用
汽车是全天候运载工具，消费者要求汽车在人体可接受的环境下都能够正常使用。而實际情况是，目前电动汽车的电池在常温条件下都可以正常工作，炎热环境下也可以通过简单的空调风冷等方式均衡电池箱内各点的温度。但电池对于低温的敏感特性使电动汽车在低温环境中的充电和使用成为了一个难解的问题。
通用雪佛兰的沃蓝达电动车目前很受消费者青睐，标称续航里程为40英里，但让消费者无法接受的是，在寒冷天气下，该款车靠电池储存的电能最远仅能行驶26英里，这在无形中增加了该款车的使用成本。另外一个实验证实，宝马MINI在气温为5℃时，电池的续驶里程会明显下降，从电池充满电开始行驶，该款车仅能够行驶55英里，而官方声称的续驶里程为100英里。P@gVzx）M
解决这类问题的手段之一，就是依靠BMs提供的低温充电和低温行驶热管理策略。BMs在低温环境中对电动汽车充电具有重要实用价值，可以很好的解决电动汽车由于低温充电难而产生的使用和安全问题。而BMs在电动汽车低温行驶条件下对电池温控系统的数据支持，能够有效提高电池的实际容量，从而保证电动汽车的续航里程。
BMS的热管理功能，使电动汽车能够成为真正的全天候运输工具。
4.3 安全控制
深圳亚迪纯电动出租车起火、杭州众泰电动车发生自燃、NHTSA测试中心的VOLT翻滚碰撞测试车突然起火等等事故，一次又一次引发了外界对电动汽车安全性能的担忧，动摇了消费者购买电动车的信心，严重阻碍了电动汽车的发展进程。事故的发生是由于电动车发生碰撞时，可能导致电池正负极材料冲破隔膜，刹车时能量快速回充至电池时，瞬间的超高电流会导致电池发生短路，电解液在高温下被电解，产生气体，内部压力升高，最终将导致起火燃烧甚至爆炸，而归根结底还是与不够完善的电池管理系统有直接或间接的关系。
新一代系统都专门增加电池保护电路和电池保护芯片，有些智能电池模块的电路设计还具有单体电池断接功能。以便及时准确地掌握电池各项状态信息，在异常状态出现时发出报警信号或断开电路，防止意外事故的发生。但是电动汽车的安全问题不可能仅仅通过完善成熟的BMS就可以解决，其根本还是电池的质量问题，只有电池质量过硬，BMSTY可确保动力电池的安全。
5、结论
现有BMs在不断升级和加强的过程中，将逐渐接近新一代技术指标和特性，在采集数据的可靠性、SOC的估算精度和安全管理等方面将会有进一步的改进和提高。但新技术也意味着高成本，目前BMs生产制造成本过高，还没有进入普通消费者的接受范围。未来随着BMs应用规模的扩大和芯片集成度的提高，BMS的制造成本也将会有比较大幅度的降低。
另外，目前市场上很多BMS只针对某一类型甚至某一品牌的电池设计制造，实际应用时针对特定电池效果很理想，但应用到其它型号或品牌的电池上时则失去了应有的作用，所以研究更具有通用性的BMS也是未来的一个发展方向。
随着今后电动汽车的发展普及，动力电池梯次利用也会逐渐成为趋势。可以预见，大量梯次利用的电池将在储能电站以及家庭储能系统中得到广泛应用。BMS作为电池伴侣，其应用范围也将超出电动汽车领域而更加广阔。