摘" 要：電動汽車電池管理系統(tǒng)（BMS）的優(yōu)化設(shè)計和能量均衡策略對提升電池性能和延長使用壽命具有重要意義。該文概述BMS的基本組成、功能及其在電動汽車中的重要性，詳細介紹比亞迪BMS的技術(shù)特點。重點討論比亞迪BMS在傳感器精度與數(shù)據(jù)采集、算法優(yōu)化，以及硬件設(shè)計的可靠性與耐用性方面的優(yōu)化設(shè)計。研究主動均衡與被動均衡2種能量均衡策略及比亞迪在這方面的具體實現(xiàn)和效果分析。通過案例分析與數(shù)據(jù)對比，展示比亞迪電動汽車BMS的應(yīng)用成果和優(yōu)化設(shè)計帶來的經(jīng)濟效益。該研究對推動電動汽車行業(yè)的發(fā)展，提升電池管理系統(tǒng)的技術(shù)水平具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值。

關(guān)鍵詞：電動汽車；電池管理系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計；能量均衡；比亞迪

中圖分類號：U469.72" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）07-0043-04

環(huán)保與能源效率的全球關(guān)注，助推了電動汽車市場需求的不斷增長。電動汽車的核心組件電池，其性能直接影響整車續(xù)航、安全和經(jīng)濟性。至于電池管理系統(tǒng)（BMS），在電動汽車中有著重要地位，負責實時監(jiān)控電池狀況并做到均衡充放電、故障診斷和能量優(yōu)化。比亞迪汽車工業(yè)有限公司在優(yōu)化設(shè)計BMS以及制定能量均衡策略上，在行業(yè)內(nèi)具有深遠影響力。本文旨在深入分析比亞迪汽車工業(yè)有限公司BMS的優(yōu)化設(shè)計與實施效果，探討其在提升電池性能、延長使用壽命以及增強電動汽車續(xù)航能力方面的重要作用，為電動汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論支持和實踐指導。

1" 電動汽車電池管理系統(tǒng)概述

1.1" BMS的基本組成與功能

電池管理系統(tǒng)（BMS）負責全面監(jiān)控和管理電池組。BMS由傳感器模塊、控制單元和通信接口3大基本組件構(gòu)成。傳感器模塊負責收集電壓、電流和溫度等關(guān)鍵運行數(shù)據(jù)。控制單元作為BMS的“大腦”，通過分析這些數(shù)據(jù)，實現(xiàn)電池狀態(tài)的實時監(jiān)測、精確的充放電控制以及故障診斷。而通信接口則確保BMS能與其他系統(tǒng)進行有效交互，實現(xiàn)信息的即時傳遞。

BMS的核心功能包括電池狀態(tài)監(jiān)測、充放電控制、能量均衡、安全保護和故障診斷。電池狀態(tài)監(jiān)測能夠?qū)崟r追蹤電量（SOC）、健康狀況（SOH）和溫度等關(guān)鍵參數(shù)。充放電控制通過調(diào)節(jié)電流和電壓，優(yōu)化電池的使用過程。能量均衡功能確保電池單元之間的電量一致，從而提升整個電池組的性能和延長使用壽命。安全保護功能有效防止過充、過放和過熱等異常情況，保障車輛的穩(wěn)定運行。故障診斷功能則能夠及時發(fā)現(xiàn)并處理問題，提高系統(tǒng)的可靠性。

1.2" BMS在電動汽車中的重要性

電池管理系統(tǒng)通過實時監(jiān)測電池的狀態(tài)，能夠有效管理電池的充放電過程，避免過充或過放對電池造成的損害，從而延長電池的使用壽命。BMS的能量均衡功能確保了電池組中各個電池單元的電量一致，防止了電池單元之間的性能差異導致的整體性能下降和安全隱患。電池組在充放電過程中常常會出現(xiàn)不同電池單元之間的電量不均衡現(xiàn)象，BMS通過主動均衡或被動均衡技術(shù)進行調(diào)整，保證了電池組的高效運作。BMS具備的安全保護功能，能夠在電池出現(xiàn)異常時及時采取保護措施，防止由于過熱、短路等故障引發(fā)的安全事故，確保車輛和乘員的安全。通過對電池狀態(tài)的實時監(jiān)控和預警，BMS還能夠提供精準的電池健康數(shù)據(jù)，幫助車主和維修人員進行及時的維護和保養(yǎng)。

1.3" 比亞迪BMS的技術(shù)特點

擁有多項先進技術(shù)的比亞迪汽車工業(yè)有限公司，電池管理系統(tǒng)（BMS）使其在電動車領(lǐng)域競爭優(yōu)勢顯著。第一，比亞迪 BMS采用了高精度的電池監(jiān)測技術(shù)，搭載了能夠精確采集各種工況下電池實時數(shù)據(jù)的先進電壓、電流和溫度傳感器，為系統(tǒng)的控制和管理提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。第二，比亞迪BMS在算法優(yōu)化方面，尤其是電池狀態(tài)估測（SOC和SOH）和溫度管理方面優(yōu)勢顯著。比亞迪BMS通過先進算法模型的應(yīng)用，能夠?qū)﹄姵氐氖Ｓ嚯娏亢徒】禒顟B(tài)進行準確預測，從而對電池的充放電策略進行優(yōu)化，對電池的發(fā)熱進行有效管理，防止過熱造成的性能問題。在硬件設(shè)計上，比亞迪BMS注重組件的高可靠性和耐用性，在復雜環(huán)境下保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，采用了抗干擾設(shè)計和電磁兼容性技術(shù)。第三，比亞迪BMS還創(chuàng)新了能量均衡策略，結(jié)合主動均衡和被動均衡技術(shù)，使電池組各單元的電量得到有效平衡，整體電池組的性能和壽命得到提升。

2" 比亞迪BMS的優(yōu)化設(shè)計

2.1" 傳感器精度與數(shù)據(jù)采集

在優(yōu)化設(shè)計電池管理系統(tǒng)（BMS）時，比亞迪尤其注重提升傳感器的精確度，以及數(shù)據(jù)采集技術(shù)。直接影響電池狀態(tài)精確監(jiān)測的高精度電壓、電流和溫度傳感器是BMS的基礎(chǔ)。比亞迪采用最新傳感器技術(shù)，確保其在亞毫伏級電壓和微安級電流的測量精度，使電池數(shù)據(jù)的精確性得到了很大的提升[1]。在數(shù)據(jù)采集方面，比亞迪BMS集成了先進的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可通過高速數(shù)據(jù)總線實時獲取電池單元的所有運行數(shù)據(jù)并進行傳輸。為了進一步提高數(shù)據(jù)的精確性和穩(wěn)定性，減少傳感器漂移或干擾造成的誤差，比亞迪還應(yīng)用了冗余數(shù)據(jù)收集和校正技術(shù)。為了應(yīng)對不同工作環(huán)境的挑戰(zhàn)，比亞迪在高溫、低溫、高濕等惡劣條件下，對傳感器進行了嚴格的環(huán)境適應(yīng)性測試，確保傳感器依然可以穩(wěn)定工作。

2.2" 算法優(yōu)化

算法是BMS的核心，直接影響電池狀態(tài)估算、充放電管理和能量均衡。比亞迪通過引入先進的數(shù)據(jù)融合和模型預測技術(shù)，對電池狀態(tài)估算算法進行了深入優(yōu)化，采用了改進的卡爾曼濾波算法，其核心公式如下。

狀態(tài)更新方程

觀測方程

式中：xk為系統(tǒng)狀態(tài)（如SOC）；uk為輸入向量 （如電流、電壓等）；yk為觀測向量（測量的電壓）；f和h分別為狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)和觀測函數(shù)；wk和vk分別為過程噪聲和觀測噪聲。以提高電池電量（SOC）和健康狀態(tài)（SOH）的預測精度為目標，通過對大量電池數(shù)據(jù)進行訓練和分析，這些算法能夠在各種工況下準確估算電池的實際狀態(tài)，從而優(yōu)化充放電策略，提升電池的使用效率。溫度管理算法方面，比亞迪引入了基于動態(tài)溫度預測和溫度分布優(yōu)化的算法，能夠有效預測電池在不同工作條件下的溫度變化，并據(jù)此調(diào)整電池的工作狀態(tài)，防止過熱或過冷對電池性能的影響。

2.3" 硬件設(shè)計的可靠性與耐用性

比亞迪采取了多種措施確保BMS在各種工況下的穩(wěn)定性和長期使用的可靠性。在硬件選材方面比亞迪選用了高品質(zhì)的電子元件和材料，這些材料具有優(yōu)良的耐高溫、耐濕、抗振動和抗電磁干擾的特性，以實現(xiàn)BMS在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定運行。比亞迪在硬件設(shè)計中引入了冗余設(shè)計和故障檢測機制，增加了系統(tǒng)的容錯能力[2]。冗余設(shè)計使得在某一組件出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能夠自動切換到備用路徑，避免了系統(tǒng)整體失效。故障檢測機制能夠?qū)崟r監(jiān)測硬件的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)潛在問題并采取補救措施，確保系統(tǒng)的正常運行。為了提高耐用性，比亞迪還對BMS的電路板和連接器進行了高低溫循環(huán)、濕熱以及振動的耐久性測試，以驗證其在長期使用中的穩(wěn)定性。

3" 能量均衡策略研究

3.1" 主動均衡與被動均衡

能量均衡主要分為主動均衡和被動均衡2種策略。主動均衡技術(shù)通過將電池組中電量較高單元的多余電量轉(zhuǎn)移到電量較低的單元，實現(xiàn)整個電池組的電量均衡。這種技術(shù)通常采用專門的均衡電路，如電池平衡電路或電池管理芯片中的均衡模塊進行電量轉(zhuǎn)移。主動均衡的優(yōu)點在于其能夠顯著提高電池組的整體性能和使用壽命，能夠在充放電過程中保持各單元的電量一致，防止個別電池單元消耗或充電過度，從而減少電池的不均勻磨損[3]。被動均衡則通過簡單的電阻器或類似元件，將多余的電量以熱量的形式消耗掉，從而使電池組中的電量趨于一致。被動均衡的實現(xiàn)雖相對簡單且成本較低，但其效率較低，可能會導致電池組的整體能量損失增加。

3.2" 比亞迪能量均衡策略的實現(xiàn)

比亞迪的BMS運用了先進的主動均衡技術(shù)，通過專門的均衡電路模塊對電池組中電量差異較大的單元進行精確調(diào)整，使每個電池單元的電量盡可能趨于一致，從而提高電池組的整體效率，并有效延長電池的使用壽命。除主動均衡技術(shù)之外，比亞迪的BMS也結(jié)合了被動均衡技術(shù)作為補充手段。被動均衡技術(shù)主要是在電池組處于靜止狀態(tài)時，對電池組中微小的電量差異進行處理，以使能量分布得到進一步的優(yōu)化。在主動均衡技術(shù)的基礎(chǔ)上，被動均衡技術(shù)起到了很好的補充作用[4]。為了提高均衡策略的綜合效能，比亞迪在BMS中引入了智能化管理系統(tǒng)，使系統(tǒng)能夠通過實時數(shù)據(jù)分析和控制算法來動態(tài)調(diào)整均衡策略，從而根據(jù)電池的使用狀態(tài)和環(huán)境狀況智能選擇主動均衡和被動均衡的工作模式，達到最優(yōu)的能量管理效果。

3.3" 能量均衡效果分析

為了直觀展示比亞迪BMS能量均衡策略的效果，通過對比主動均衡和被動均衡在實際應(yīng)用中的數(shù)據(jù)，具體分析其在提升電池性能和一致性方面的表現(xiàn)。表1總結(jié)了2種均衡策略在關(guān)鍵性能指標上的表現(xiàn)。

4" 案例分析與數(shù)據(jù)對比

4.1" 比亞迪電動汽車BMS的應(yīng)用案例

比亞迪應(yīng)用其先進的電池管理系統(tǒng)在很多電動汽車上取得成功，其中以比亞迪唐EV為代表的車型表現(xiàn)尤為突出。唐EV所配備的BMS具有高精度傳感器和主動均衡技術(shù)，對電池狀態(tài)的實時監(jiān)控，實現(xiàn)高效的充放電管理和電池保護，在電池的充放電過程中能夠自動調(diào)節(jié)充電策略來防止過充或過放，從而延長電池壽命。BMS整合了智能故障診斷模塊，可對潛在問題進行實時識別和處理，從而保證了車輛運行的安全性和可靠性，在極端環(huán)境下同樣表現(xiàn)良好，確保了電池系統(tǒng)的穩(wěn)定性。唐EV所配備的BMS不僅提高了比亞迪電動汽車的整體性能和可靠性，同時也為用戶提供了更為安全高效的充電和放電管理。有關(guān)比亞迪唐EV的實際應(yīng)用表明，優(yōu)化后的電池管理系統(tǒng)使其電池組的整體效率提高了10%左右，從而使其續(xù)航能力有了明顯的提高，而用戶體驗也得到了極大的提升。

4.2" 數(shù)據(jù)對比方法

系統(tǒng)的實驗方法用于比亞迪BMS性能對比分析。此次試驗在包括溫控實驗室和實際道路試驗在內(nèi)的比亞迪深圳總部研發(fā)中心進行。測試時間為2023年1月—2023年12月，涵蓋全年季節(jié)性變化，確保數(shù)據(jù)的綜合性和代表性。試驗車包括搭載比亞迪BMS的10輛唐EV，以及搭載傳統(tǒng)BMS的10輛同款車型。測試項目包括關(guān)鍵指標，如充電效率、放電效率、電量平衡、續(xù)航里程和高溫低溫穩(wěn)定性等。在試驗過程中，每輛車都按照保證數(shù)據(jù)一致性和可比性的相同充放電循環(huán)進行試驗。科學嚴謹?shù)慕y(tǒng)計分析方法運用于數(shù)據(jù)對比分析過程中。通過高精度的傳感器采集實驗數(shù)據(jù)后，輸入專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件，就可以處理這些數(shù)據(jù)[5]。對不同系統(tǒng)的業(yè)績指標，分別采用描述性統(tǒng)計、對比分析等方法進行了詳細對比。采用描述性統(tǒng)計法，對均值、標準差等各項指標的基本特征進行分析，比較分析則是通過T檢驗和方差分析來確定2組數(shù)據(jù)的顯著性差異。

4.3" 數(shù)據(jù)對比與分析

以比亞迪唐EV的對比測試為例，電池組的充電效率和放電效率都有了明顯的提升。通過對比傳統(tǒng)電池管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)（表2），在電池充電階段，比亞迪BMS的充電效率提升了12%左右，放電過程中降低了8%左右的能量損耗。比亞迪BMS通過分析電池組的電力平衡，有效降低了電池單元間的電力差異，從而提高了整體電池組約15%的電力一致性。續(xù)航能力方面，電動車在充電條件相同的情況下與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比續(xù)航里程提升10%至15%。這些數(shù)據(jù)充分證明了比亞迪BMS在改善電池性能、延長續(xù)航時間、提升車輛續(xù)航能力等方面的有效性。比亞迪BMS在高溫低溫環(huán)境下通過對不同環(huán)境條件下電池性能的比較，其電池組溫度變化控制在合理范圍內(nèi)，穩(wěn)定性表現(xiàn)優(yōu)越，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行與安全。

4.4" 優(yōu)化設(shè)計與策略實施后的經(jīng)濟效益

在電池使用壽命方面，通過精確的狀態(tài)監(jiān)測和主動均衡技術(shù)，比亞迪BMS有效延長了電池的使用周期，減少了用戶電池更換的頻率，還降低了長期維護和運營成本。在實際應(yīng)用中，電池壽命的延長大約為20%至30%，車輛的維護成本降低了15%左右。優(yōu)化的充放電管理和能量均衡策略提升了電池的整體效率，使得電動汽車的續(xù)航能力提高了10%至15%（表2），使車輛使用范圍增大，頻繁充電問題減少，從而降低了電動汽車的運營成本[6]。比亞迪BMS在智能故障診斷和處理方面的能力，使得故障排除的效率大大提高，避免了因電池問題導致的停運事件，車輛運營效率因此提升；在公共交通和物流領(lǐng)域里，為企業(yè)節(jié)省大量運營開支，電動公交車和物流車的運營效率提高了約12%。

5" 未來發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)

5.1" 新型電池技術(shù)的發(fā)展對BMS的要求

隨著固態(tài)電池、鋰硫電池以及鋰空氣電池等新型電池技術(shù)的不斷推進，BMS需要具備更高的適應(yīng)性和靈活性。固態(tài)電池作為一種前沿技術(shù)，其在能量密度、安全性和長壽命等方面具有顯著優(yōu)勢。然而，固態(tài)電池對溫度管理和電池狀態(tài)監(jiān)控提出了更高的要求，因為固態(tài)電池的工作溫度范圍較窄，且在電池內(nèi)部的固態(tài)電解質(zhì)可能需要不同的電壓和溫度管理策略。因此，BMS必須能夠支持多種電池化學體系，并針對固態(tài)電池的特點進行優(yōu)化設(shè)計。鋰硫電池具有更高的理論能量密度，但其充放電過程中容易出現(xiàn)電極的體積變化和電解質(zhì)的溶解問題，BMS需要實現(xiàn)更精準的電池狀態(tài)監(jiān)控和動態(tài)調(diào)節(jié)，以應(yīng)對這些變化帶來的挑戰(zhàn)。

5.2" 智能化與互聯(lián)化發(fā)展

現(xiàn)在的智能化BMS在基礎(chǔ)電池狀態(tài)監(jiān)控與均衡管理的基礎(chǔ)上，將加入更多的智能算法和自學習功能，通過對電池運行數(shù)據(jù)的深度分析和預測，提高電池狀態(tài)估算和故障預警的精確度，使電池的使用效率得到提高，在出現(xiàn)異常情況時能及時調(diào)整充放電策略，保證電池系統(tǒng)的安全和可靠[7]。而且隨著互聯(lián)化的發(fā)展，BMS還能與車輛的其他電子控制系統(tǒng)和云平臺進行無縫對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時共享與遠程監(jiān)控，在提高汽車性能的同時，也提高了整個系統(tǒng)的智能化程度。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，BMS可將電池的運行狀態(tài)信息以網(wǎng)絡(luò)連接的方式上傳至云平臺進行數(shù)據(jù)分析與決策，使用戶和維護人員對電池進行遠程監(jiān)控與維護，使車輛運營效率得到了提高，從而也提升了用戶體驗和車輛運營效益。

6" 結(jié)束語

電池管理系統(tǒng)在電動汽車的性能和安全性以及經(jīng)濟效益中占有舉足輕重的地位。深入分析比亞迪 BMS的優(yōu)化設(shè)計及能量均衡策略可以發(fā)現(xiàn)，在增強電池效率延長車輛使用壽命以及保障車輛安全方面都有十分顯著的成效。今后，新型電池技術(shù)將隨著智能化和互聯(lián)化趨勢的日益明顯而不斷地發(fā)展和變化，BMS也面臨著新的挑戰(zhàn)和機遇。面對這些挑戰(zhàn)，BMS要不斷地進行創(chuàng)新和優(yōu)化，以應(yīng)對日益復雜的電池系統(tǒng)以及不斷變化的市場需求，從而為電動汽車行業(yè)的發(fā)展提供更加強有力的支撐與保障。通過促進技術(shù)進步，BMS將為電動汽車的發(fā)展提供更加全面的支持與保障。

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Abstract： The optimal design and energy balancing strategy of electric vehicle battery management systems （BMS） are of great significance to improving battery performance and extending service life. This paper outlines the basic composition， functions and importance of BMS in electric vehicles， and introduces the technical characteristics of BYD BMS in detail， focusing on the optimization design of BYD BMS in terms of sensor accuracy and data acquisition， algorithm optimization， and hardware design reliability and durability. The paper studies the two energy balance strategies of active balance and passive balance， as well as BYD's specific implementation and effect analysis in this regard. Through case analysis and data comparison， this paper demonstrates the application results and economic benefits brought by the optimized design of BYD electric vehicle BMS. This research has important practical significance and theoretical value for promoting the development of the electric vehicle industry and improving the technical level of battery management systems.

作者簡介：李宣葙（1982-），女，碩士，高級講師。研究方向為新能源汽車技術(shù)。