电动车(EV)正变得越来越复杂，传统的电池管理系统(BMS)需要具备足够的智能，以支持固态电池(SSB)、智能接线盒和车内电池管理系统等新技术。本文讨论了BMS如何随着新技术在车辆和电池中出现而发展。
对于电动车来说，尤其重要的创新包括与可再生能源存储的集成、更快的充电能力以及环保兼容的电池。其他关键技术涉及各个子系统之间的通信，或车辆与电网之间的通信，因此在使用的协议中也应考虑安全性，以避免潜在的网络攻击。
BMS设计师需要考虑哪些因素?复杂的场景需要实时估计单个电池单元的充电状态(SOC)或其退化情况，以及剩余可用寿命，因此应在控制器中嵌入人工智能算法。为了优化电池的电力流动，甚至反向至电网，需要在智能双向控制器中内置具有预测和优化能力的电池高级模型。这些算法还应在网络攻击面前被证明是安全的，并具备实时威胁检测系统。
BMS是一种嵌入式系统，旨在监测和调节电池模块的电流、电压和温度，从而保持电池单元在安全工作区间内。它由多个子系统组成，主要是电池管理控制器(BMC)，该控制器与专门任务的子系统(如传感器、电源继电器或热保护)接口。BMC基于一套算法来估计工作参数，如SOC或健康状态(SOH)。
传统BMS根据其标称值调节电流和电压，例如，无法实时估计SOC或与智能电源系统交换信息。
影响现代BMS发展的主要因素与新型电池(新技术的电池单元意味着不同的充电算法)、电池组内的智能接线盒以及通过无线技术与电网或电池模块和BMS之间的连接性相关。技术的演变也受到市场驱动，客户希望获得更快的充电速度和安全、价格适中的电动车。
以下我们将解释这些关键因素及其实际应用。
固态电池
电池的演变主要涉及用固体材料而非胶体或液体制造的电解质。固态电解质有许多优点，如更高的功率密度、更高的工作温度和更长的使用寿命。然而，它们尚未成熟，仍处于研发阶段。
从BMS的角度来看，SSB的充放电行为有所不同，且没有简单的数学模型来描述SOC，因此需要基于AI的更高级和复杂的算法(例如，使用人工神经网络进行SOC的准确估计)。因此，应使用性能更优的微控制器。
更高的温度需要适当的监测和一个平衡电池单元电压的系统，以限制单元间的电流。此外，该系统还需要具备诊断和异常检测算法，以确保安全的操作条件。
车内无线BMS
在传统电动车中，不同的电池单元或电池模块通过专用电缆与BMS进行通信，采用最先进的有线协议。然而，布线会导致复杂性增加，传感器数量也随之增加。实际上，每个电池单元或模块都必须进行监测，因此车内电缆的数量和复杂性迅速增长。更多的电缆意味着更多的重量，因此部分能量用于移动电缆。一种可能减少重量和电路复杂性的解决方案是使用无线协议。
现今有许多可用的技术，比如Wi-Fi和蓝牙，但这些都需要考虑。消除电缆可以优化车辆布局，将电池放置在更方便的位置，但无线通信需要电力来工作，因此应使用更低功耗的协议和技术。换句话说，无线通信必须谨慎管理。
缺点是无线通信在应对入侵或网络攻击时较为脆弱，因此需要采取对策，使BMS在潜在脆弱性方面更加稳健，以确保数据的完整性和保密性。
例如，考虑到涉及测量用于给电池充电的电流的个人和财务数据，如果恶意人士窃取这些数据，可能会发生什么情况。或者，如果在软件更新期间引入恶意软件，可能会危及整个车辆的安全。
在不久的将来，每个电动车内的电子设备都必须遵循网络安全标准。
用户便利性
客户最关注的特征之一是完全充电所需的时间及在下次充电前的行驶范围，因此快速充电时间和较长的续航里程需要改进的BMS，以保证安全运行和较长的电池寿命。
快速充电意味着高电流值，会导致电池单元温度升高，并可能导致电池快速退化。如果温度没有得到妥善控制，可能会达到爆炸的程度。
新技术的BMS必须考虑新型电池(如SSB)的复杂模型，实时监测SOC和SOH，并管理产生的热量，以确保快速充电操作期间的安全。为了实现这些目标，机器学习(ML)算法是更好的选择，因为它们能够处理电池的非线性特性，以确定充电水平并检测不平衡的电池单元。
电动车客户关心的其他方面包括安全性和车辆成本。
BMS在这些方面发挥了作用，因为电池故障所带来的风险。为了确保安全操作并避免热失控，它们应持续监测每个电池单元的SOC、SOH和温度，并包含热管理和故障检测功能。
为了执行这些功能，设计包括先进的热失控预防措施，采用冗余监测和控制系统，实现基于多个保护级别的安全架构。
先进BMS设计的许多方面仍在研究中。电池技术、通信系统和电网接口的变化以及对安全、可靠操作日益增长的需求促使了更复杂、更智能的BMS的出现。
机器学习算法和冗余分布式子系统对每个电池单元状态的控制和监测，使得实现越来越快的充电成为可能。
无线通信的采用优化了车辆布局以及对每个电池单元的传感器使用，但也使系统暴露于网络攻击之下，因此需要采取适当的对策。
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