解密特斯拉的最高机密——BMS系统

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解密特斯拉的最高机密——BMS系统

近些年来，特斯拉在全球电动汽车市场叱咤风云，圈粉无数，其生产的酷炫跑车“让全球许多富豪竞折腰”。而在特斯拉汽车“三大件”中，电池来自于日本松下，电机来自于中国台湾供应商，只有BMS(电池管理系统)是特斯拉自主研发的核心技术。先进的BMS技术，正是特斯拉在全球市场上驰骋纵横的“杀手锏”，BMS也一直都被特斯拉奉为“最高机密”。

1、特斯拉的电池系统

电动车的整个产业链中最核心的成分是电池系统，以特斯拉Model S为例，其电池系统(锂电池+BMS)成本占比为56%，而传统轿车的发动机占比大约只有15%-25%。

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特斯拉18650电池

特斯拉使用的电池不同于其它的电动汽车，并非专用的整块大电池，而是将几千个圆柱形小电池组装起来。特斯拉目前使用的是松下供应的18650NCA特制电池。

	小型单体电池	大型单体电池
优点	18650电池技术成熟，成本低，安全性能可控	单体容量大，采用电池数目少
缺点	采用单体电池数目多，电池管理系统复杂	单体电池能量高，碰撞容易起火
主要应用车型	特斯拉	比亚迪

小型单体电池与大型单体电池的优缺点

采用单个电池的优点在于单个的18650电池发生爆炸威力有限，即使并联的一个电池单元出现故障，最多使续航距离缩短一块电池单元所提供的行驶距离。同时电池一致性好、成本低。

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特斯拉Model S的电池包拆解，可见内部分为多组电芯集合单元file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps4D1D.tmp.png

大型单体电池包

2、可靠的电池管理系统（BMS）

18650存在安全风险是不争的事实，特斯拉如何“搞定”这一硬伤?秘密武器在于其电池管理系统（BMS）。特斯拉通过其强大的BMS系统，可以有效实现超过7000节18650号电池的一致性管理，达到高安全性和可靠性目标。

特斯拉的BMS能够提供精确的电池健康状态预估技术、电池平衡管理技术、电池残电量管理技术、电池热管理技术、诊断与预警技术。即使是同样电池容量的电动汽车，由于BMS的不同，其续航里程、充电时间、启动加速时间和电池寿命将大不相同。

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特斯拉电池组的每一组都有其独立的电池管理系统，位于电池组侧面，即上图绿色部分。其中的感应器和芯片，随时监控每粒电池的温度变化，遇到意外情况，能以毫秒级别时间关闭电池。

3、BMS到底有什么作用

只要一节电芯过充或者过放，这个电池组就会出问题，这与一个木桶装水的能力由最短的那块木板决定是一个道理。所以，对单一节电芯进行监控、管理就很有必要了——这也就是BMS存在的意义

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电池管理系统BMS是一个本世纪才诞生的新产品，它主要是用来时刻监督调整限制电池组的行为，以保障使用安全，其主要功能为：

1、准确估测动力电池组的荷电状态（SOC）

SOC即电池剩余电量，保证SOC维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池的损伤，从而随时预报混合动力汽车储能电池还剩余多少能量或者储能电池的荷电状态。

2、动态监测动力电池组的工作状态

在电池充放电过程中，实时采集动力电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压，防止电池发生过充电或过放电现象。同时能够及时给出电池状况，挑选出有问题的电池，保持整组电池运行的可靠性和高效性，使剩余电量估计模型的实现成为可能。

3、单体电池间的均衡

即为单体电池均衡充电，使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态，现业内普遍有主动均衡和被动均衡两种方案，各有优劣。均衡技术是目前世界正在致力研究与开发的一项电池能量管理系统的关键技术。

4、BMS系统是如何运作的

BMS主要由检测模块、主控模块、从控模块等部分组成。其中最重要的就是主控模块，它相当于BMS系统的“大脑”，类似ECU在发动机总成中的地位，各路电芯的电压如何控制、温控系统如何工作、充电机如何把控当前合适的充电电流，都是由它决定的，另外它还负责通过车用的CAN总线，给车载仪表、其它控制器发信号；检测模块最核心的功能就是实时监测电池包里的各种参数，它连接了各路传感器，来为主控模块提供控制所需的各种参数，譬如通过分布在电池包各个部位的贴片式传感器或者探头来检测温度，通过内置的电流传感器读取电流等。

另外，在电芯数量比较多的情况下，一般还会有从控模块，充当主控模块的“下属”，各自分管不同区域一定数量的电芯单元，这种主从配合的方式，可以便于后期开发的时候进行系统扩展。

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而主控、从控模块的主要命令，基本都会通过调节各路电压、温度来完成。这些控制一般是怎么做到的呢？其实原理并不难。

先说说电压调节。其实平衡电压有很多种手段，这里就说下最简单的一种——在电芯组成的整体和车辆之间组成的大电路之外，针对每个电芯建立一个属于自己的小回路。平时电池组正常工作的时候，这些小回路都是断开的。BMS如果检测到某个电芯的电压不正常，就可以单独闭合这个小回路，让这个电芯的电压在它的小回路里运行，直到这颗电芯的电压跟上“大部队”的消耗“步伐”为止。另外，也可以采用DC/DC变压器等手段处理。

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再说下温度调节。要完成这个任务，最直接的做法就是在电池包里布置一套液冷系统，然后通过合理设计循环管路的分布，在一些关键的部位设置开关阀体，通过BMS控制阀体的通断，来改变冷却液的走向，就可以实现分区的温度控制。说白了，这就是一套电池包的“分区自动空调”。当然，冷却系统的选择除了液冷之外还有很多，强制风冷、冷却剂甚至自然冷却都可以，具体根据电池的体积、布置位置、发热功耗等条件决定。

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一套典型的带液冷系统的电池包

总结

可以说，BMS在电池组里的地位，甚至比电芯本体还高——它占据了一套电池组总成本的30%左右。而且它的先进、可靠程度，对电池包能否获得更长的寿命会起到非常关键的作用。很多电池包的供应商，都将其视作打开未来电动车市场的关键技术之一。

特斯拉先进的BMS技术，正是它在市场上脱颖而出的关键原因。

如今，许多传统汽车的零部件供应商，及电池供应厂商都在奋起直追，一旦电芯技术突破瓶颈，配合设计日渐精湛的BMS，电池的续航里程将会大大提高，电动车对燃油车的冲击也将会愈发强势。

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nevadaooo

BMS主要由检测模块、主控模块、从控模块等部分组成