借用經(jīng)濟(jì)界的一句術(shù)語來說，電動汽車BMS產(chǎn)品目前正處于“滯脹的狀態(tài)。雖然產(chǎn)品功能在不斷完善，市場應(yīng)用在不斷擴(kuò)大，但是產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)水平卻還停滯不前，原有的痛點依然存在。造成這一局面的主要原因之一，就是我們的產(chǎn)品設(shè)計方案，都是選用國外半導(dǎo)體IC廠商提供的電池管理專用IC，并以其應(yīng)用方案為參考進(jìn)行設(shè)計。BMS產(chǎn)品可以分為軟件算法和硬件架構(gòu)兩個相對獨立的部分，因為軟件算法更為專業(yè)高深，且與硬件部分關(guān)聯(lián)不大，本文只針對硬件架構(gòu)與產(chǎn)品功能表現(xiàn)之間的聯(lián)系這部分內(nèi)容進(jìn)行分析討論。

先從電池管理專用芯片說起。電池管理專用IC的出現(xiàn)和發(fā)展是和鋰電池應(yīng)用過程中遇到的種種問題息息相關(guān)的。最早是為了解決鋰電池的過充過放而設(shè)計出了單節(jié)電池的充放電保護(hù)芯片，后來在鋰電池多節(jié)串聯(lián)應(yīng)用中又發(fā)展出應(yīng)用于多串的芯片，這時候就成為了電池管理芯片，主要是對電池組中的每節(jié)電池電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。再以后為了應(yīng)對電池不一致的問題，進(jìn)一步集成了功率開關(guān)的驅(qū)動功能，這就是帶有均衡功能的電池管理IC。

客觀的講，電池管理專用IC成就了早期的BMS產(chǎn)業(yè)，也引領(lǐng)了BMS產(chǎn)品的發(fā)展。正是因為有了專用芯片，BMS的設(shè)計才能大大簡化，產(chǎn)品的小型化和可靠性才有了很大提高，但是同時，我們也要看到專用芯片的局限性。前面說過，電池管理專用芯片也是隨著鋰電池的應(yīng)用發(fā)展起來的，而早期的鋰電池多用于小型電子設(shè)備，后來在筆記本電腦中得到廣泛使用，至此電池管理專用芯片一直都是為低串?dāng)?shù)、小型設(shè)備服務(wù)。當(dāng)鋰電池組應(yīng)用到電動汽車時，情況開始有了變化。電動汽車用鋰電池組是高串?dāng)?shù)、大容量的電池串聯(lián)使用，動輒幾十串甚至上百串的數(shù)量已經(jīng)不是筆記本電腦中幾串這種個位數(shù)級別的串聯(lián)使用可以相比的。專用IC也沒有閑著，迅速地推出了更多串?dāng)?shù)應(yīng)用的產(chǎn)品，但是考慮到電壓和應(yīng)用復(fù)雜度一般都不超過20串。使用這些IC設(shè)計的BMS的典型架構(gòu)是集中式架構(gòu)。BMS和電池組之間只有連線，連線數(shù)量取決于電池組串?dāng)?shù)，在BMS電路板上的電池管理專用芯片數(shù)量也取決于電池組串?dāng)?shù)。

從示意圖中可以看出，集中式BMS產(chǎn)品的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本低。在電池組串?dāng)?shù)較低時，比如說10來串，連線還算不太復(fù)雜，而且在電池組容量小的情況下，BMS安裝位置可以靠近整個電池組，縮短連線距離，電池組----BMS，整個能量系統(tǒng)比較緊湊一體，在電動自行車和電動摩托車上比較適合。但是在電動汽車鋰電池組上應(yīng)用時，因為需要電池容量大，成組后物理尺寸比較大，連線會較長，而且長短不一，再加上串?dāng)?shù)眾多，連線數(shù)量也就很多，幾十條甚至上百條線的排布非常麻煩。還有一個重要的細(xì)節(jié)就是這些連線的順序是需要固定的，因為專用芯片的管腳已經(jīng)事先定義了電池串聯(lián)順序，所以每串電池上的連線要接入到BMS指定的接插件腳位。雖然在BMS設(shè)計工作上這并沒有什么困難，但是在BMS與電池組的實際連接工作中卻是一個不小的麻煩事。一般線都是一端和電池連接在一起，另一端通過插件接入BMS，與電池連接這些工作現(xiàn)在都是人工完成，將來也很難由機(jī)器完成，連接在每串電池每個電極上的線都不能出任何失誤，這整個的工作量大小可想而知。通過集中式架構(gòu)的分析，我們看到，專用IC比較適用于小容量、低串?dāng)?shù)的場合，在大容量、高串?dāng)?shù)的場合會有連線復(fù)雜，需要一一對應(yīng)的缺點。

再看均衡的問題，集中式架構(gòu)比較適合完成被動均衡，電路設(shè)計上不增加復(fù)雜度，現(xiàn)在的主流專用IC也都有此功能。但是電流能力有限，百毫安級別，在電池組使用初期一致性差別不大的情況下問題倒也不大，在中后期一致性差別較大的情況下就會有電池不均衡矯正不及的風(fēng)險。如果要加入主動均衡功能，現(xiàn)有架構(gòu)基本沒有任何幫助，需要額外的線束和開關(guān)矩陣，電路復(fù)雜程度急劇上升。開關(guān)矩陣需要大量的電子開關(guān)，MOSFET，但是因為數(shù)量多，其控制電路相當(dāng)復(fù)雜，有企業(yè)用繼電器代替，簡化了設(shè)計，但是帶來了繼電器作為一個機(jī)械開關(guān)的壽命問題和誤動作風(fēng)險。當(dāng)然也可以通過降低繼電器的開關(guān)頻率來延長其壽命，通過誤動作檢查來避開風(fēng)險，但是這樣做始終是無法保證器件的平均無故障工作時間，更何況繼電器的數(shù)量也是相當(dāng)多，不止一個。這是一種不得已而為之的妥協(xié)方案，而不是解決主動均衡開關(guān)矩陣難題的正解。