设计更安全、更智能、互联程度更高的电池管理系统

设计更安全、更智能、互联程度更高的电池管理系统

随着电动汽车的快速发展，电池管理系统（BMS）在确保车辆安全、提升性能和延长续航里程方面发挥着越来越重要的作用。本文将探讨BMS技术的最新发展，包括动力总成架构的演变、MCU技术的进步、无线功能的集成以及智能接线盒的设计。

动力总成发展为域控制和区域控制

过去，当车辆设计中的传感器或执行器需要更高的智能化水平时，设计人员通常会在设计中添加更多微控制器（MCU）。然而，这种做法导致了系统复杂性的增加，开发工作量增大，维护难度也更高。

为了解决这些问题，域控制架构和区域控制架构的概念被提出。在域架构中，相关功能的ECU被集成在一起，例如，车载充电器、直流/直流转换器、牵引逆变器和BMS等。这种架构可以减少分布式MCU的数量，简化连接，并实现计算资源的共享。

区域架构则进一步将功能根据位置分组并由MCU控制。区域之间的通信通过高带宽通信骨干网实现，这有助于降低线束的复杂性和重量，从而节省成本并延长行驶里程。

图 2. 区域控制架构。

虽然域架构和区域架构具有不同的优势，但它们也可以在交叉架构内共存于同一车辆中。例如，BMS可以使用域控制方法，而自动驾驶辅助系统（ADAS）可以使用区域控制方法。

在 BMS 内实现智能的技术：MCU

MCU在BMS中主要负责连接传感器以接收数据，并将信息传回车辆网络。随着电池尺寸的增加和储存能量的提升，需要测量的单个电芯数量也在增加。因此，MCU需要更高的算力和更多的输入/输出接口。

新一代MCU运行频率可达1GHz，能够支持复杂的算法和高级传感需求。此外，MCU还需要支持汽车安全完整性等级（ASIL）D，并具有内置的硬件安全模块，以满足系统的安全要求。

BMS 内提高智能水平的技术：无线功能

无线BMS通过在边缘进行计算，可以增强实时决策能力、减少延迟并提升系统性能。无线解决方案还可以动态适应不断变化的车辆配置，并采用安全通信协议和多层冗余等先进技术，以增强系统可靠性。

BMS 内提高智能水平的技术：智能接线盒

智能电池接线盒通过电压、电流和绝缘电阻电池包监测器直接测量电池中的高电压。接触器驱动器和热熔丝爆管驱动器可以在碰撞过程中断开电池包与电动汽车系统的连接。

数字孪生、机器学习和车队管理

借助机器学习算法，可以实现更精确的车辆续航里程预测以及电池健康状态数据和荷电状态估算。如果将数据集中在云中，机器学习算法可以监控整个车队并启用预测服务。例如，算法能够及早检测到故障迹象，并计算出其他车辆未来发生故障的概率，以便主动请求检修服务。

结语

BMS是电动汽车中许多颠覆性和创新性概念的核心。随着技术的不断发展，未来的BMS将更加智能、安全和互联，为电动汽车的普及和性能提升提供重要支持。