“一文解构电动汽车BMS”

据marklines统计，全年全球电动汽车总销量为289.24万辆，比去年同期增长45%。 即使在电动汽车迅速普及的今天，电池的寿命和安全问题仍然是困扰客户和制造商的课题。 如何科学有效地管理电池，成为了许多新能源电池制造商技术攻关的突破口。

的背景和趋势中，bms (电池管理系统)成为领域要点迅速发展的方向，作为连接车载电池和电动汽车的重要纽带，bms实时估计电池的带电状态，检测电池的采用状态，电池 除此之外，宝马还与整车系统进行新闻交换，处理锂电池系统的安全性、可用性、易用性、采用寿命等关键问题。 有数据显示，全年全球bms产值将超过60亿美元，预计2025年将达到111.7亿美元，-2025年复合增长率将达到11.6%。

bms是多元化市场，从产业链来看，目前bms市场的参与者主要分为三大类。 (1)在动力电池企业的广告主导下，多为“bms+pack”模式，掌握从动力电池单元到电池组的核心技术，具有很强的竞争力。 具有代表性的公司有宁德时代、比亚迪、松下等； )2)整车厂主导，整车公司加入小区较少，通常在并购、战术合作等方面进军。 特斯拉、北汽、吉利、大众等企业都有专业的研发团队进行bms的研发，除了掌握核心技术外，在价格和效率上均比其他公司具有较强的竞争力； )3)第三方bms公司、相关硬件和软件均由公司自主进行研发设计，具备技术积累的特点。

对此，英飞凌科技大中华区汽车电子事业部动力系统和新能源业务单元市场经理张昌明表示，从此前的bms市场份额分布来看，bms产业链上的decision maker已经发生了变化，从曾经的bms方案供应商的决定来看， 2021年的芯片供应环境也将影响主机厂和电池厂加强对芯片决策的参与度，能够提供整体处理方案的芯片制造商将会有越来越多的机会。

bms芯片处理方案的供应商主要是德州仪器、阿多诺半导体、文艺复兴电子、英飞凌、恩智浦、意大利半导体和安森美半导体等以前流传的半导体大厂。 这些公司在汽车产业链中耕作多年，其产品随着汽车领域的快速发展而推出了更加创新的产品。

在筹备和非网6月专题的过程中，笔者向这些芯片制造商发出了邀请，深入交流了电动汽车bms的快速发展现状、其中存在的困境和挑战，以及未来快速发展的方向。

宝马的现状、困境和未来

bms之所以如此重要，是因为电池本身在价格和性能上是整车厂取胜的关键，电池的续航里程、快速充电、价格和安全检测等都与bms的优化密切相关。

阿多诺半导体( adi )中国汽车电子事业部资深战术业务快速发展经理陈晟表示，根据新能源汽车对电池管理的诉求，bms系统具备的功能包括soc/soh估算、故障诊断、均衡控制、热管理和充电管理等， 这些功能的实现首先需要实时、高精度地采集和检测bms芯片的电池电压、电流、温度等特征，并通过bms系统的软件和算法得到

电池物理参数监测&； 估计值

根据v/i/t测量值，先估计内阻容量，再估计soc和soh，最终反映剩下的可行驶距离数和电池组的劣化程度。

但是，bms的残余容量估算是业界的难点。 首先，这是根据电池组的电压、电流、放电倍率、温度等因素用算法计算出的推算值，为了保证最后的结果准确，系统必须收集得足够准确。 这还对主芯片的解决速度、afe的精度、采集电流的方案选择、温度传感器的精度提出了新的要求，并且还涉及到从系统整体考虑采样频率大小的诸多因素。 由于选择解决速度快、精度高的芯片价格会越高，采样频率越快，系统负荷也会越大，因此在当前的技术条件下，行业正在参考具体项目对各方面的因素进行比较研究。

张昌明也强调了电压电流检测对检测时机的重要性，他说:“需要确保这些参数都能够在同一时刻读取。 否则，时间间隔太宽，就没有意义了。 温度检测的难点在于温度互联网的建立，现有的温度检测都是通过多点检测来建立温度互联网的，但是这个互联网实际上是推算出来的，并不能完全反映实际的温度状况。 为了更准确地感知电池的温度，需要越来越多的温度传感器，bms系统方案的设计难度变大。 ”

儒家战术营销输送总监andreas mangler表示，除了监测soc/soh参数外，电池单元的膨胀也是bms需要考虑的重要方面。 这就是传统bms与目前电池技术水平的区别，这些参数都可以通过交流、直流阻抗测量和适当的电池软件建模来表明。

恩浦半导体应用方案设计和新产品验证经理乔旭彤指出，随着市场日益成熟，bms设计需要完善电池管理系统，如单体温升速度、更准确的包内压力检测等，以满足对安全和性能日益增长的要求。

soc )当前电池充电量占当前总可用容量的比例表示当前的剩余电量，并反应车辆仪表板上的剩余距离数。

soh )各家的定义略有不同，但主流是基于当前电池组总容量在新电池初始容量中所占的比例，表示电池组老化程度的重要参数。 国标要求的动力电池退役指标是根据容量特征定义的。

bms除了加强被动监控能力外，还加强均衡、热力管理等主动作用于动力电池的能力，除了加强单元、模块等自身的设计安全性外，本质上还是提高系统安全性的根本。

均衡管理

在目前的技术现状下，几乎不可能使电池组内的所有单元完全一致，这意味着各单元间存在不一致的工作条件(内阻/发热量/soc区间)和不同的劣化率，因此需要均衡地进行管理。 bms有被动均衡管理和主动均衡管理两种方法。

张昌明对笔者说，目前量产的bms方案大部分使用的是被动均衡管理。 被动均衡功能是通过模拟前端芯片内置的均衡电路实现的，与主动均衡相比，被动均衡是通过电阻耗散能实现的，具有电力诉求小、系统设计简单、价格低、性能可靠等优点。 均衡需要越来越多的设备来实现任意小区之间的能量转移，电力诉求大，系统需要矩阵设计。 零件数量增多带来的系统可靠性也是不可忽视的问题。

陈晟指出，被动均衡方案因其价格特点，被广泛用于新能源汽车。 但是，虽然电池电源系统的运行时间没有得到改善，提供了相当便宜的电池平衡，但由于放电电阻的存在，在这个过程中会浪费能量。 对于希望最大限度地延长系统运行时间和提高充电效率的客户，积极的平衡是主要的选择。 在充电和放电期间，通过平衡主动电池，不浪费能源，将能源重新分配给电池组内的其他电池单元。 放电时，强电池单元会向弱电池单元补充能量，延长电池单元完全耗尽的时间。 但是，随着未来电池一致性的提高，被动均衡方案的性价比越来越显著，仍是市场主流方案。

面对均衡管理未来的快速发展方向，意大利半导体大中华暨南区汽车电子市场及应用部新能源车技术创新中心市场经理付志凯也表示，随着电池技术的进步，电池性能与电池环境的一致性将更好，更多的bms支持休眠均衡，提高均衡效率，被动

被动均衡通常使用电阻发热的方法，通过释放大容量电池的多余电量来达到均衡。 其电路简单可靠，价格低，电池效率也低；

活动平衡充电时将剩余电力转移到高容量单元，放电时将剩余电力转移到低容量单元。 虽然可以提高招聘效率，但价格高，系统和电路多，复杂，可靠性低。

热管理

通过热管理功能，bms可以对电池组产生主动作用。 电池温度过高时，热管理系统启动冷却功能，电池温度过低无法开始运行时，热管理系统启动加热功能。 对于主模块，热管理只是算法和几个接触器控制端口。 热管理技术的含量主要集中在加热设备的冷却和与之相称的冷却中产生冷凝水，空冷处理密封等级等具体问题上。

具备热管理功能对整个电池系统至关重要，是设计者阻止热失控发生的重要手段，是设计上保障动力电池安全和延长采用寿命的重要方法。 乔旭顿指出，但是，一旦热管理失效，当电池发生热失控和热扩散时，宝马需要立即介入并报告危险警报，为乘客逃生提供充足的时间。 年工信部组织制定的gb38031-《电动汽车动力蓄电池安全要求》作为强制性国家标准发布，标准增加电池系统热扩散试验，防止电池单体发生热失控后，电池系统在5分钟内起火或爆炸，为乘员提供安全 ’张昌明补充道。

bms的未来动向:无线bms &； 云bms

随着bms产业的迅速发展，以及5g、ai、云计算等技术的兴起和成熟，bms的未来将呈现出怎样的创新趋势？

无线电bms

随着人们对新能源汽车续航能力和电池安全性的重视程度不断提高，无线bms成为技术开发和应用的重要方向，取代了电池组和电池管理系统之间早先流传的有线连接，从早期的研发阶段开始进入产业化。

瑞萨电子bruce zhang表示，无线bms技术采用无线通信方案与电池监视器配合工作，无线通信功耗低、扩展性高、减少电缆和连接器，简化了pack结构，在主从板之前也没有高压风险，电池管理的可靠性。

陈晟介绍了bms产品架构的两个快速发展方向。 一个是bms有线通信架构，也就是说bms的各单元模块有采样板，采样板之间用隔离的双绞线连接，构成环状的有线拓扑结构。 另一个是未来的快速发展方向是无线bms，各模块之间没有传输的通信线。

无论使用哪种通信技术，bms系统对信号传输的实时可靠性的要求都是一致的。 无线通信增加了确保实现这两个要求的机制，从而实现了从电池生产到电池回收前的整个生命周期的健康管理。 但是，由于电池组的设计繁多和复杂，大量的测试和验证工作需要在量产前完成。

德州仪器( ti )中国区汽车业务部技术支持小组经理郭津认为，为电池提供通信线束连接，维护时隔离各电池非常困难，同时需要消耗越来越多的价格。 车辆碰撞时线束可能断裂，需要更换电池组整体。 电池模块将单元采样的消息直接发送到bms微控制器( mcu )的方法可以解决上述有线通信方法带来的问题。 但是，要使用无线处理方式，其性能必须与有线处理方式相差无几，其中一个重要指标就是无线bms互联网的可用性。

当然，无线bms是趋势的背后，业界也有些许质疑之声。 乔旭顿表示，无线bms的应用还处于预研阶段，目前落地有很多困难，首要原因是emc还没有制定标准框架，功能安全性和价格不容易平衡等。

从价值链的角度来看，张昌明还在解决初始阶段，没有形成明显的系统价格特征，或者正在处理有线bms的痛点问题。 目前，研究项目基本上是预研项目，探索无线bms的设计难点和分组内无线传输的通信能力。 根据我们的调查研究，无线bms的宣传应该首先在电池梯级利用、电池模块仓库管理、储能系统无线bms三个维度展开。

云bms

随着云技术的迅速发展成熟，电池数据(电量、放电速度、环境和状况等各种数据)可以实时传输到云，通过云进行大数据观察和解决，可以更好地估计电池的电量和健康状况。

基于这一诉求，张昌明认为，bms要形成域或区级控制系统，就需要更强的mcu、更快的通信速度。 结合未来电力交换方案的宣传，能源供应系统需要集中管理储能资产，以快速发展云bms的诉求。 电池组内的bms系统受到能源消耗的限制，有可能无法无限提高计算能力。 这是因为，许多复杂的计算工作可以放在云中解决。 电池组运营商通过云管理、监控所有电池组的运行状态，并与车辆进行交流。

陈盛认为，基于云平台的小区级全过程无线监控，不仅利用无线电池管理系统的特点实现了汽车制造上的价值成本降低，更灵活的电池配置使得电动汽车工业的设计更加灵活，电池生产、仓储 这些消息可以实时发布到云端，汽车制造商可以根据这些数据延长电池和电动汽车的整体生命周期产业链合作伙伴可以利用这些数据判断电池的健康状况和残值，电动汽车二手车市场的健康持续 即使在电池不能继续在电动汽车上服役的情况下，也可以根据实际存在的准确容量，判断为在蓄电等阶梯利用场景中有效。

另外，付志凯认为，更多的顾客需要无线固件更新( fota )功能，实时更新软件，即使汽车上市后也可以通过fota更新功能。 一旦发现软件漏洞，fota可以立即更新软件，消除或降低汽车制造商的召回价格。 因此，bms需要支持fota功能和互联网加密。

功能安全行业，bruce zhang认为，未来也是bms快速发展的要点。 新的bms在投放市场之前必须经过严格的环境可靠性测试，其周期可能长达数年，需要在稍简单的实时监控功能中增加产品功能的可靠性、稳定性、精度、采用寿命等更严格的测试标准。

随着电动汽车的迅速发展，bms技术也日趋成熟，未来bms技术也将更加智能化和数据化。 在bms试验开发、制造、梯形图利用等环节进行实验，拥有详细电池数据的bms公司具有竞争力。

国产宝马产业的发展

针对bms领域迅速发展的语境，bruce zhang表示，作为近年来兴起的技术，bms的技术门槛相当高。 没有长时间的研发积累和大量的数据沉淀，很难开发出高质量的产品，对许多芯片制造商来说，bms的快速发展需要经过很多实践。 因此，bms的研发需要大量的时间和资金支持，目前bms的研发技术参差不齐。 bms领域需要规范自身的研发标准，提高研发效益。 芯片制造商也必须加强核心部件的自身生产能力，与其他公司合作开发，努力实现新的宝马文芳阁。

乔旭彤表示，中国是全球最大的电动汽车市场，提供了最大的应用环境，更好地促进了bms的技术迭代和新诉求的提出，相对来说，国内的bms市场更加成熟。 目前，中国在APP多样化、市场容量方面仍处于领先地位。

张昌明表示，国内宝马市场经过近两年的快速发展，以自主开发到电池厂和整车厂，或与宝马处理方案供应商合作开发的形式迅速发展。 由此可见，国内外市场产业模式已经统一，顾客对bms方案提出越来越多的要求和方案决定权。 随着中国新能源汽车产业计划的推进，中国宝马市场的快速发展有可能引领海外市场，第一推动力应该来自整个电池产业链的运营模式。

但是，在bms核心芯片方面，国内依然依赖进口。 bms方案中最重要的芯片是afe、mcu、adc、数字隔离器等。 虽然目前市面上的afe内部结构基本相似，但最重要的区别是采样通道的数量、内部adc的数量、类型和体系结构。 afe产品的供应商主要是海外公司，国内目前没有看到哪个厂家提供afe芯片。

关于mcu，目前国内的mcu制造商正在积极部署汽车管制级的产品。 例如兆易创新、芯旺微、比亚迪、杰发科等； 在adc，目前主要的供应商是ti、adi、瑞萨电子等外资企业，国内目前几乎没有公司能提供车规级adc。 在数字隔离方面，主要用于bms主板上的高压采样和mcu之间的spi通信、采样板afe和mcu之间的spi通信等，仍然以海外供应商为主。

据bruce zhang介绍，中国本土企业品牌与国际大厂bms核心芯片差距还很大。 目前，国内企业品牌基本集中在工业、成本类行业，如对可靠性、功能安全要求较高的汽车电子行业，国内企业品牌量产基本不多，汽车厂试错意愿还不强烈，处于克服关键技术壁垒的阶段。

最后写

以上表明了bms对电动汽车的重要性和必要性。 电池风险可以通过bms实时监测和分解电池运行的关键数据变化，事先警告不要造成不必要的人员伤亡。 另外，还可以最大限度地延长电池整体的采用寿命，降低拥有价格。

但是，车用动力电池的安全性是一个诸多复杂的课题，仍存在许多亟待处理的课题和挑战，在所有领域都在全力研究和探索其背后的机理和处理方法。 bms作为其中的重要部分，深入其中，在机遇和趋势下探索前进。