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据Marklines统计，2020年全球电动汽车的总销量为289.24万辆，同比上升了45%。在电动车快速普及的今天，电池寿命和安全问题仍然是困扰消费者和生产厂商的一个难题。如何对电池进行有效的管理，成为了行业厂商技术攻坚的突破口。
电池管理系统（BMS）作为连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带，通过实时采集、处理、存储电池组运行过程中的重要信息，与外部设备交换信息，解决电池系统中安全性、可用性、易用性、使用寿命等关键问题。在此趋势背景下，与非网推出BMS专题，邀请Molex就相关问题进行了探讨。Molex莫仕电源信号业务部信号组（PSBU Signal）产品经理Randy Tan针对笔者的问题和困惑进行了详细的解答和分享。
Molex莫仕电源信号业务部信号组（PSBU Signal）产品经理Randy Tan
Randy介绍道，由于电池的功能比较复杂，因此电池管理系统(BMS)是绝对必需的。电动汽车使用的锂电池技术，需要解决“热失控(thermal runaway)”的棘手问题。此外，因为电动汽车并非使用单个电池(一个电池单元)，而是一组相互连接的电池单元，即“电池组”，所以这带来的挑战性要比其他锂电池技术的应用领域还要高出很多。
BMS用于监控和评测多个电源数据点及其传输情况，是必不可少的组件，而BMS 本身和电池组内部的互连，需要使用能够进行高精度数据传输的高质量布线。 而且，这些布线必须能够承受恶劣的化学环境、振动，甚至车辆碰撞和破裂。对于设计和制造面向各种复杂应用的布线产品，Molex莫仕拥有数十年的丰富经验。
与非网：BMS的监测包含SOC、SOH、SOF...等多种数据，目前哪些指标能做到高精度监测？哪些数据监测还存在困难？
Randy：容量是电池健康状态(SoH)的主要指标，也是监控电池管理系统(BMS)的重要指标。充电状态 (SoC)和SoH提供了功能状态(SoF)数据，这是判断电池是否准备就绪的基本参考指示。然而，业界需要改进技术来通过有效方式提供这类信息。挑战在于电池容量会随着时间的推移而衰减，而只有新电池才可提供最大容量，因此需要解决监控电池容量衰减的问题。
创新的 Molex Volfinity 解决方案设计用于收集必要的信号数据以支持上述目标。经过专门设计的金属适配器焊接到带电的铝质母排上，收集电压和电流数据并提供予BMS 系统，用于管理电池单元的 SoC 和 SoH。精心挑选的负温度系数(NTC)热敏电阻放置在特定位置，以监控整个电池模块的功能状态 (SoF)。我们这个产品与BMS相互补足以确保实现无缝的电池管理。
与非网：随着市场越来越成熟，对安全和性能要求的日益提高，BMS设计中是否需要增加新的状态检测数据来完善电池管理系统？
Randy：随着电动汽车变得越来越复杂，对 BMS 的要求也越来越高。例如，在全球范围内采用“启停(start-stop)”技术确保车辆在交通灯转绿灯后可立即恢复供电和行驶时，就是一个很好的示例。
电池本身的电子电池监视器(EBM)的准确性会随着时间的推移而减弱。这个问题可以通过加入电池容量预估来解决。可以在 BMS 中添加通用感测点，从而增强测量电池容量的能力。一个简单的电池传感器可以升级到SoF 级别，这是 BMS 在电池可靠性方面的重大改进，它可以跟踪电池容量衰减并计算可用能量的真实运行时间。预计未来的 BMS 将会结合“数字电池”和“化学电池”的信息，通过先进的学习算法来提供可靠的 SoF 数据。
Molex Volfinity系统通过位于产品核心的 FPC/PCB 解决方案来满足对额外传感功能的需求，该解决方案能够集成额外的现成表面贴装传感器，当前的负温度系数(NTC)热敏电阻就是一个完美的示例。由于电子装置设计正好位于电池单元的顶部，因此可以在其旁边添加传感器，用于收集支持电池模块 SoF 所需的数据。
与非网：随着BMS的发展，无线BMS开始出现。目前市场应用中，无线BMS实际应用情况如何？是否存在落地难题？
Randy：无线 BMS 技术可能是电动汽车电池组的未来发展方向，它可以监控每个电池单元的 SoC、SoH 和 SoF状况。我们可以想象一下，每个电池单元都配备了一个无线微芯片，该芯片从第一次充电开始就记录数据日志。OEM汽车制造商可以确定每个电池单元的完整健康状态，并根据其当前状态做出反应，这大大提高了维护和回收方面的能力。例如，一个电池单元失去了20%的容量，就可能被确定为无法用于电动车辆，但仍然可用于其他应用，例如固定能量存储。通过将无线 BMS 技术整合到每个电池单元中，用户可以在每个电池单元的层面监控电池健康状况，并在将电池单元送去回收前确保完全充分善用其能量，从而显着减少浪费并有效降低成本。
在Molex Volfinity系统的未来概念中，我们提供一个补充设计，即机械式可拆卸电池连接器，使得Molex莫仕客户能够拆卸和更换单个电池单元而不会造成永久性损坏。这个概念设计无需将电池连接器永久焊接到电池上。我们可以想象一下当前更换整车电池组的成本，如果能够找出单个故障电池单元并更换它，那么操作成本便会节省许多。
在采访最后，Randy对Molex的业务进行了介绍：“Molex莫仕提供柔性印刷电子产品以应对 BMS 设计中的诸多挑战。
汽车 BMS 电路需要精确地为高压电池组充电、平衡各个电池单元或电池单元串的电压并监控持续性能。它们必须连续可靠并且准确地运行，同时承受恶劣的环境条件，包括机械冲击和振动以及极端温度。BMS电路与其他车辆安全机制协同工作，必须帮助保护车辆及其乘员安全。其功能设计是识别电池故障、隔离高电压电平，并在发生车辆事故或灾难性电池故障时安全地卸载大电流负载。
由于电池组内部空间有限，所以这些功能要求给系统的物理设计增加了难题。电路设计受限于电池组封装内的可用空间，并且不可影响电池组本身的机械设计或运作。
先进柔性电路技术的出现，为这类广泛需求提供了有效的解决方案。柔性电路是在各种热塑性聚合物基板上制造的，并使用分层的铜互连构建。使用热固性粘合剂依次封装这些单独的层面，形成应用所需的精确三维 FPCA，使得工程师能够创建一个不超出电池组体积的 FPCA器件。
在实践中，这种方法的有效应用需要克服多个障碍。除了满足与其运作相关的许多功能和机械要求外，BMS FPCA 还必须适应电池组本身的制造过程：它们必须在电池组交付、准备和最终组装过程中遇到的应力下保持完好。
对于 BMS 制造商而言，与经验丰富的设计公司(例如Molex莫仕印刷电路解决方案部门)合作，是在紧迫时间计划内实现有效的设计解决方案的关键。在与制造商合作时，Molex莫仕工程师可与客户团队密切合作以优化设计并确定最佳材料和制造方法。至于 FPCA 本身的设计，Molex莫仕工程师能够仔细考虑将电路塑造为三维配置的影响因素，并使用细致的仿真分析来确认结果。”
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