Battery management system (BMS)

电池管理系统（BMS）是一种专门用于监督电池组的技术，电池组由电池单元组成，在电气上按照行x列矩阵配置进行排列，以便在预期的负载场景下，在一段时间内提供目标范围的电压和电流。

文章目录

- 电池管理系统是如何工作的？
- 电流管理保护：电流
- 电气管理保护：电压
- - 1. 电气安全保护
  - 2. 电池寿命优化
  - 3. 实时监测与反馈
  - 4. 预警与保护机制
- 热管理保护：温度
- 容量管理
- 电池管理系统的类型
- - 集中式BMS架构
  - 模块化BMS结构
  - 主/从BMS
  - 分布式BMS结构
- 电池管理系统（BMS）的至关重要性
- 电池管理系统（BMS）的核心优势
- 电池管理系统设计
- Simulink 和 Simscape Battery 电池管理系统设计

BMS 所提供的监督通常涵盖以下几个方面：

监控电池状态
提供电池保护
估算电池的工作状态
持续优化电池性能
向外部设备报告运行状态

这里，“电池”一词实际上指的是整个电池组，但监控和控制功能则是特别针对单个电池单元或称为模块的电池单元组进行的，这些模块是电池组整体装配的一部分。锂离子可充电电池由于具有最高的能量密度，已成为从笔记本电脑到电动汽车等众多消费产品电池组的标准选择。

尽管它们性能卓越，但如果不在严格限定的安全工作区（SOA）内运行，可能会带来严重后果，从影响电池性能到产生直接的危险。因此，BMS 的工作极具挑战性，其总体复杂性和监督范围可能跨越多个学科领域，如电气、数字、控制、热力和液压等。

电池管理系统是如何工作的？

电池管理系统并没有一套固定或独特的必须采用的标准。其技术设计范围和实现的功能通常与以下因素相关：

电池组的成本、复杂性和尺寸
电池的应用以及任何安全、寿命和保修方面的考虑
来自各种政府法规的认证要求，如果功能安全措施不足，则成本和处罚至关重要

BMS有许多设计特性，其中电池组保护管理和容量管理是两个基本特性。接下来我们将讨论这两个特性是如何工作的。

电池组保护管理主要有两个关键领域：电气保护和热保护。

电气保护意味着不允许电池因超出其安全工作区（SOA）的使用而受损；
而热保护则涉及被动和/或主动温度控制，以保持电池组在其SOA内或将其带入SOA内。

电流管理保护：电流

要实现电气保护，关键在于监控电池组的电流以及电池单元或模块的电压。任何电池单元的电气安全工作区（SOA）都受到电流和电压的限制。图1展示了一个典型的锂离子电池单元的SOA。

一个设计精良的电池管理系统（BMS）会限制电池组在制造商规定的单元额定值范围内运行，以防止其超出这个范围。在很多情况下，为了进一步延长电池寿命，可能会采取进一步限制额定值的措施，以确保电池组始终保持在SOA的安全区域内运行。

锂离子电池在充电和放电时有着不同的电流限制。虽然两者都能在短时间内承受较高的峰值电流，但持续时间是有限的。电池制造商会明确标出电池单元的最大连续充电和放电电流限制，以及峰值电流的限制。

一个具备电流保护功能的电池管理系统（BMS）会确保电池组的电流不超过这些限制。但为了更好地应对负载条件的突然变化，比如电动汽车的急加速，BMS 会进行峰值电流的监测。具体来说，BMS 会通过积分电流和监测时间的变化，来判断是否需要减少当前的电流供应，或者完全切断电池组的电流。

这样一来，BMS 就能对极端的电流峰值（比如可能未被保险丝检测到的短路情况）做出几乎即时的反应，同时也能够容忍短暂的、非过度的峰值电流需求。

电气管理保护：电压

图2清晰地告诉我们，锂离子电池必须在其特定的电压范围内工作。这个电压范围，也就是我们通常说的“安全工作区”（SOA），会受到电池内部化学成分和当前温度的影响。此外，因为电池组会经历不断的充放电循环，这些充放电操作来自不同的能源和负载需求，所以为了延长电池寿命，这些SOA的电压限制通常会进一步调整。

电池管理系统（BMS）会了解这些电压限制，并根据电池的当前状态来决定相应的操作。比如，当电池接近高电压限制时，BMS会要求逐渐减小充电电流，如果达到限制，则会完全停止充电。但这里还有个小细节，为了防止系统在接近关闭阈值时频繁波动，这个限制通常还会考虑到电压的滞后性。

反过来，当电池接近低电压限制时，BMS会要求减少关键负载的电流需求。如果是电动汽车，这就意味着会减少牵引电机的扭矩输出。当然，在保护电池防止损坏的同时，BMS会始终把驾驶员的安全放在首位。

BMS（电池管理系统）会检测到电池接近关闭阈值，主要是出于以下几个原因：

1. 电气安全保护

BMS通过监测电池组中的电流、电压等参数，确保电池在安全工作区（SOA）内运行。当电池接近高电压或低电压的关闭阈值时，这通常意味着电池的运行状态已经接近其设计极限，继续运行可能会对电池造成永久性损害或引发安全问题。因此，BMS需要及时检测到这种情况，并采取相应的保护措施。

2. 电池寿命优化

为了延长电池的使用寿命，BMS会根据电池的充放电循环次数、温度变化等因素，对电池的电压范围进行进一步的约束。当电池接近关闭阈值时，BMS可能会通过逐渐减小充电电流或中断充电/放电电流等方式，来避免电池过充或过放，从而保护电池免受损害。

3. 实时监测与反馈

BMS内部集成了多个传感器，用于实时监测电池组的电压、电流、温度等参数。这些传感器能够实时反馈电池的状态信息给BMS，使BMS能够准确判断电池是否接近关闭阈值。同时，BMS还会根据这些反馈信息，对电池组进行动态调整和优化，以确保电池组在安全、高效的状态下运行。

4. 预警与保护机制

当BMS检测到电池接近关闭阈值时，会立即启动预警机制，提醒驾驶员或维修人员注意电池状态。在极端情况下，BMS还会启动紧急保护程序，如关闭电池充电/放电功能等，以确保电池的安全。这种预警与保护机制是BMS保障电池组安全、可靠运行的重要手段之一。

综上所述，BMS能够检测到电池接近关闭阈值的原因在于其具备电气安全保护、电池寿命优化、实时监测与反馈以及预警与保护机制等功能。这些功能共同协作，确保电池组在安全、高效的状态下运行，并延长电池的使用寿命。

热管理保护：温度

虽然锂离子电池看似能在很宽的温度范围内工作，但实际上，在低温时，电池的总容量会大幅下降，因为化学反应的速度会明显减慢。不过，与铅酸电池或镍氢电池相比，锂离子电池在低温下的表现还是要好得多。然而，温度管理仍然是至关重要的，因为当温度低于0°C（32°F）时，充电会变得非常困难，甚至可能出现物理问题。

特别要注意的是，在接近冰点的温度下充电时，阳极上可能会出现金属锂的析出。这种析出是永久性的损害，不仅会导致电池容量减少，还会使电池在受到振动或其他压力时更容易出现故障。

为了应对这个问题，电池管理系统（BMS）会负责控制电池组的温度，通过加热和冷却来确保电池在最佳的温度范围内工作。这样，BMS就能保护电池免受低温带来的损害，延长电池的使用寿命，并提升整体性能。

**实现有效的热管理完全取决于电池组的大小、成本、性能目标，以及电池管理系统（BMS）和产品单元的设计标准。**此外，还需要考虑电池将要在哪个地理区域使用（比如是寒冷的阿拉斯加还是温暖的夏威夷）。无论是哪种类型的加热器，**通常从外部电源或备用电池中获取能量来加热会更有效。**但如果电加热器的耗电量不大，也可以直接从主电池组中抽取能量来加热。

如果采用了热液冷却系统，那么就会使用电加热器来加热冷却液，并通过管道和冷却板将热量散发到整个电池组中。

BMS的设计工程师们有很多巧妙的方法来为电池组提供热量。比如，他们可以开启BMS内部用于管理电池容量的电力电子设备，虽然这种方法不如直接加热那么高效，但也是一种可行的方案。

对于锂离子电池组来说，保持适当的温度非常重要，因为过高的温度会导致电池性能下降。比如，如果电池在20°C时表现最佳，那么当温度升至30°C时，其性能可能会降低20%。如果电池在45°C的高温下持续充放电，性能损失甚至可能高达50%。此外，长时间暴露在高温下还会导致电池提前老化和损坏，特别是在快速充放电的过程中。

为了冷却电池组，可以采用被动或主动两种方法。**被动冷却主要是利用空气流动来散热，比如电动汽车在行驶过程中自然产生的风。而主动冷却则更加复杂，它可能包括使用温控风扇、热液冷却系统等设备来降低电池组的温度。**在极端高温的天气下，热液主动冷却系统可以作为一个补充系统，通过循环冷却液来带走电池组产生的热量，确保电池组始终保持在最佳的工作温度范围内。

BMS会不断监测电池组的温度，并通过控制各种阀门来保持电池组的整体温度在一个狭窄的范围内，以确保电池能够发挥出最佳的性能。

电池管理系统模型：显示具有 Battery Coolant Control 模块的充电和放电电池模组组件。

容量管理

让电池组的容量达到最大，可以说是电池管理系统（BMS）提供的一个极其重要的功能。如果没有这个功能，电池组最终可能会变得毫无用处。问题的根源在于，电池组里的电池并不是完全一样的，它们的内漏或自放电速度会有细微的差别。这不是制造商的问题，而是电池本身的化学特性决定的，尽管这种特性可能会受到制造工艺微小差异的影响。

一开始，电池组里的电池可能匹配得很好，但随着时间的推移，电池之间的差异会越来越大，这不仅仅是因为自放电，还因为充放电循环、高温和电池的自然老化。

我们之前说过，锂离子电池在特定条件下表现非常出色，但如果不在合适的范围内使用，它们就会变得非常挑剔。比如，锂离子电池不能很好地处理过充问题。一旦电池充满电，就不能再接受更多的电流了。如果强行给充满电的电池充电，那么多余的能量就会转化为热量，电压可能会迅速上升，甚至达到危险的水平。这对电池来说是非常不利的，如果持续下去，可能会导致电池永久损坏，甚至引发不安全的运行条件。

电池组的串联电池阵列决定了整个电池组的电压。如果相邻的电池之间存在不匹配的问题，那么在给电池组充电时就会遇到麻烦。

图3展示了这种情况。如果电池组里的电池都是完全平衡的，那么充电就会很顺利，每个电池都会以相同的方式充电，当达到4.0V的上限电压时，就可以切断充电电流了。

但是，如果电池之间存在不平衡，那么顶部的电池可能会提前达到充电极限，这时就需要在其他电池充满电之前切断充电电流，否则可能会对电池造成损害。

电池管理系统（BMS）就像是一个守护者，它能在关键时刻介入，保护我们的电池组不受损害。为了理解它是如何做到的，我们需要先了解一个关键概念：充电状态（SOC）。

简单来说，SOC就是告诉我们电池在某一时刻还有多少电可用，它是根据电池当前电量与满电时电量的比例来计算的。比如说，如果电池的SOC是50%，那就意味着它还有一半的电量，就像汽车的油表显示还有一半油一样。

电池管理系统的一项主要功能是状态估计，包括荷电状态 (SOC)、健康状态 (SOH)、能量状态 (SOE) 和功率状态 (SOP) 估计。SOC 是归一化的量，表示电池的剩余电量，定义为在特定时间点从电芯中提取的最大电荷量与总容量之比。估计 SOC 的方法有多种，既有简单的电流积分（库仑计数）和电压监测，也有复杂的基于模型和数据驱动的方法，如卡尔曼滤波器和神经网络。

SOH 指电池相对于其寿命初期 (BOL) 时的性能的整体健康状态（内部电阻和容量）。SOH 的定义比 SOC 的定义更主观；对于如何定义 SOH，目前尚无共识。由于 SOH 可以根据容量或内部电阻来定义，因此每个组织可能都有自己的特定方法来量化电池管理系统中的 SOH 估计值，这样就不太需要构建一个通用的现成解决方案。使用 Simscape Batter仿真，您可以根据贵组织对电池健康状态的具体解释，在您的电池管理系统实现中开发和仿真自定义 SOH 估计算法。

BMS的容量管理功能，就是要确保电池组中的每一个电池都能均匀地充电和放电，不会因为某个电池充电过快或过慢而导致整个电池组性能下降。但是，SOC并不是一个可以直接测量的量，所以我们需要用一些方法来估算它。

在平衡电池的SOC时，有两种主要的方法：被动平衡和主动平衡。每种方法都有自己的特点和优缺点，BMS设计工程师会根据电池组的具体需求和应用场景来选择最适合的方法。

电芯平衡：随着时间的推移，由于制造、使用或温度条件的变化，电池包内的各个电芯可能呈现不同的电荷水平。电池管理系统可以平衡各个电芯的电荷，以确保它们都具有相同的电荷水平，从而最大限度地增加电池的容量和寿命。两种常见的电芯平衡方法是被动平衡和主动平衡。

被动平衡是一种比较简单的方法。它的原理是，在充电过程中，通过一个小电流，把电量从电量较多的电池中转移到电量较少的电池中，确保每个电池的电量都保持一致。电池管理系统使用泄放电阻来消耗高 SOC 电芯的电荷。在这种情况下，能量以热量的形式消散。这样，即使有些电池充电速度比其他电池快，也能通过被动平衡来保持整个电池组的平衡。

图4就展示了BMS是如何通过被动平衡来实现这一点的。它利用晶体管开关和放电电阻，在检测到某个电池电量接近上限时，就把多余的电流引导到电量较低的电池中去。

图5展示了平衡过程前后的终点。简而言之，电池管理系统（BMS）通过以下方式之一，允许堆叠中的电池或模块获得与电池组电流不同的充电电流，从而实现电池堆叠的平衡：

1. 从电量最高的电池中移除部分电量，从而为额外的充电电流留出空间，防止过充，并允许电量较低的电池接收更多的充电电流。
1. 将部分或几乎所有充电电流重定向绕过电量最高的电池，从而允许电量较低的电池在更长的时间内接收充电电流。

主动平衡：电池管理系统使用电容和电感等设备将电荷从高 SOC 电芯转移到低 SOC 电芯。在这种情况下，能量在电池包内的不同电芯之间流动。

平衡电芯的开关电容方法的模型。

电池管理系统的类型

电池管理系统种类繁多，从简单的到复杂的都有，它们采用了各种技术来保护电池。不过，这些系统可以根据它们的“结构”来分类，这里的“结构”指的是它们在电池组中如何安装和操作各个电池或模块。

集中式BMS架构

在这种架构中，整个电池组里只有一个“大脑”——中央BMS。所有的电池包都直接和这个“大脑”相连。这种结构就像图6里展示的那样。

集中式BMS有几个好处：它很紧凑，而且因为只有一个BMS，所以成本上往往更经济。

但是，它也有不方便的地方。因为所有的电池都直接连到BMS上，所以BMS需要很多接口来连接这些电池包，这就意味着在大电池组里会有很多电线、电缆和连接器，这样一来，当电池组出问题时，查找原因和维修就变得复杂了。

模块化BMS结构

这种结构就像把BMS拆成了好几个小分队，每个小分队都有自己的电线和连接，专门负责电池组里的一部分。

看图7就知道了。有时候，这些小分队还会被一个更大的队长（主BMS模块）管着，队长负责监督小分队的情况，还负责和外面的设备说话。

因为分成了好多小分队，所以要是电池组有问题了，找起来修起来都更容易，而且要是想扩大电池组，也很简单。不过呢，这样成本可能会高一点，而且有时候有些功能可能根本用不上。

主/从BMS

这个跟模块化有点像，但是这里的小弟（从设备）只能帮忙传个话，告诉大哥（主设备）电池的情况，而大哥则负责算东西、控制东西，还要和外面的人说话。

因为小弟的工作比较简单，所以可能成本会低一点，而且也不会有很多用不上的功能。

分布式BMS结构

这个结构跟其他的都不一样。它把电子硬件和软件都放在了控制板上，而这个控制板就直接贴在电池上。这样一来，就不用那么多电线了，只需要几根传感器线和通信线就可以了。

每个BMS都能自己搞定计算和通信的事情，很独立。但是呢，因为都藏在电池里面，所以要是电池有问题了，找起来修起来可能会比较麻烦。而且因为电池里有很多BMS，所以成本也会高一点。

电池管理系统（BMS）的至关重要性

在电池管理系统中，功能安全是首要且绝对不可忽视的要素。当电池进行充电和放电时，确保每个受监控的电池单元或模块的电压、电流和温度都严格控制在安全范围内，避免超出预定的安全运行区域（SOA）界限，这是至关重要的。一旦长时间超出这些限制，不仅可能损坏昂贵的电池组，更可能引发危险的热失控状况。

此外，电压阈值管理也是BMS的重要职责。它严密监控锂离子电池的电压，避免其掉入低电压区域。因为长时间低电压状态会导致铜枝晶在阳极上生长，这不仅会提高电池的自放电率，还可能带来安全隐患。

电池组的性能优化是BMS的另一大核心任务。这涉及到精细的电气和热管理。为了最大化电池组的整体容量，BMS会确保所有电池单元之间的平衡，使它们的荷电状态（SOC）保持相近。这样做不仅能提升电池容量，还能减少电池老化和过热的风险。

而温度控制则是热管理的关键环节。因为锂离子电池对温度极为敏感，所以BMS会密切监控电池温度，并在必要时启动加热或冷却系统，确保电池在最佳温度范围内运行（如30-35°C）。这不仅能提升电池性能，还能显著延长其使用寿命。

总之，电池管理系统（BMS）通过其强大的功能安全性和精细的性能管理，确保了锂离子电池的安全、高效和可靠运行。它是现代电池技术中不可或缺的重要组成部分。

电池管理系统（BMS）的核心优势

庞大的电池储能系统（BESS），可能由数十、数百甚至数千个锂离子电池单元精心构建而成，具体数量依据应用场景而定。这些系统电压范围广泛，从低于100V到高达800V不等，供电电流甚至可能超过300A。对高压电池组的任何疏忽管理都可能引发灾难性后果，危及生命安全。因此，电池管理系统（BMS）在确保安全操作方面扮演着至关重要的角色。其优势主要体现在以下几个方面：

功能安全：对于大型锂离子电池组而言，这是绝对必要且至关重要的。即使是小型设备如笔记本电脑中的锂离子电池，也存在起火和造成严重损害的风险。因此，使用锂离子电池系统的产品必须确保万无一失的电池管理，以保障用户的个人安全。

延长寿命与提升可靠性：BMS通过电气和热保护管理，确保所有电池单元都在安全运行区域（SOA）内使用，防止过度使用和快速充放电循环对电池造成损害。这种精细的监控有助于实现长期稳定的系统性能，为用户提供多年可靠的服务。

优化性能与续航：BMS通过电池组容量管理，采用先进的电池均衡技术，使各电池单元的荷电状态（SOC）保持一致，从而实现最佳电池容量。这一功能对于应对自放电、充放电循环、温度影响和电池老化等因素引起的性能变化至关重要，确保电池组始终保持高效运行。

强化诊断、数据收集与外部通信：BMS持续监控所有电池单元的状态，并通过数据记录和分析进行精确诊断。这些数据不仅用于优化电池性能，还通过外部通信功能传输到显示设备和控制系统上，提供实时能量状态、预计续航和电池健康状态等信息，帮助用户更好地了解和使用电池系统。

降低成本与保修风险：虽然BMS的引入会增加初期投资成本，但其带来的功能安全、性能优化和系统稳定性等长期效益将显著降低总体拥有成本。同时，BMS的预防性维护功能有助于减少电池故障和损坏的发生，从而降低保修费用和维修成本。

电池管理系统设计

电池管理系统（Battery Management System, BMS）是核心的电子控制单元，专门负责在电池充放电期间对其运行进行精确调控和全面监控。

此外，BMS还承担着与其他电子部件通信的任务，实时交换关键的电池参数数据。

这些数据包括但不限于电池的电压、容量、温度、功耗、充电状态（SOC）、健康状况（SOH）、充电周期等核心特性。

BMS利用这些数据，能够精准估算电池组的SOC和SOH。其中，SOH是衡量电池当前容量与其出厂时初始容量对比的重要指标，有助于预测电池的剩余使用寿命。而SOC则直观反映了在特定时间点，电池内可用电量占其总容量的比例。

为了确保电池性能和安全，BMS精心设定了电池的最小和最大SOC阈值，这是电池使用过程中必须严格遵守的界限。

BMS的核心使命在于最大化电池单元中存储能量的利用效率，同时防止电池因过度放电或充电而受损。过度放电和过充分别由电池的极端放电速率和快速充电引起，BMS通过智能调控有效避免了这些潜在风险。

下图生动展示了BMS与电池组紧密结合的工作场景，确保电动汽车中电池储能系统的运行既高效又安全。

在此过程中，控制器局域网（Controller Area Network, CAN总线）作为强大的车辆通信标准，发挥着至关重要的作用。它像一座桥梁，让微控制器等处理器及其他设备能够顺畅地交换信息，协同工作，共同实现对电池电压、电流、温度等关键数据的精准测量。

在电动汽车中，电池管理系统（BMS）与电池组紧密相连。
电池管理系统（BMS）的另一项关键任务是电池均衡功能，该功能旨在确保每个电池单体都满足相同的放电和充电要求。通过精确的电池均衡，可以维持电池单体间电压的均衡，从而最大限度地提高整个电池组的容量利用率。

这一功能主要依赖于BMS中的**功率金属氧化物半导体场效应晶体管（Power MOSFET）**来实现。Power MOSFET作为一种专为处理高功率负载而设计的先进电子元件，不仅能够精确控制电流和电压输出，还能为电池系统创造一个稳定且安全的工作环境（如上图所示）。

其操作简便、维护容易的特点，使得Power MOSFET在电池系统的各种应用中成为最为广泛采用的组件。

下图清晰展示了BMS的主要构成部分。从图中可以看出，BMS的核心职责之一是持续监测和调节温度、电压及电流，确保这些关键参数始终保持在安全范围内，从而保障电池组能够安全、高效地运行。

电池组中电池管理系统的核心功能
此外，电池管理系统会测量并存储各种参数，包括电池单体参数（如开路电压、充电状态等）、电池均衡状态以及输入/输出请求。然后，基于这些信息，电池管理系统会控制开关设备，以允许或阻止一个或多个子系统的运行。例如，当电机请求电流但接触器处于打开状态时，电流无法流通。因此，电池管理系统会关闭接触器以允许电流流通。这些数据存储在数据存储内存中，可以随时检索并用于计算电池组的参数。

电池管理系统通常具备自诊断功能。在自诊断过程中，它会执行多项测试，以检查所有功能和传感器是否正常运行。同时，它还会处理错误并决定是否继续运行。例如，如果测试中发现电压限制方面的错误较小且不会导致安全问题，电池管理系统将允许电池组继续运行。

电池管理系统中配置了多个接口驱动程序（硬件），如微控制器单元（MCU）和集成电路（IC）芯片，这些设备由软件控制。MCU接收来自开关、传感器等组件的输入，并根据预设程序控制电动机和显示屏，以适应特定应用（如电动汽车）的需求。在电池管理系统中，除了主MCU外，还配备有备用处理器单元，作为主处理器故障时的备用MCU。

此外，电池管理系统中还常配备有绝缘监测装置（IMD），用于在电池组装过程中监测电池组的绝缘电阻和电压。该装置在高压应用中尤为重要，因为它能将低压线与高压线分离。如果高压应用中发生电压泄漏，IMD会检测到这一泄漏并向电池管理系统发出信号以切断电流。此外，电池管理系统中还可以使用电流传感器来测量并提供电池中实时电流流动的数据，从而确定电池的充电状态。

电池管理系统的一些典型关键任务包括：

在充电过程中，如果电池单体间电流不均衡，电池管理系统会通过监测和平衡每个模块的电压和温度来实现均衡。
如果某个模块在充电过程中接收的电流不足，电池管理系统会绕过其他模块为该模块提供更多的电流。
如果任何模块的温度升高，电池管理系统会降低该模块的充电或放电速率。
当某个模块过充时，电池管理系统可以通过电阻部分放电该模块中的较高电压，使部分电流流向其他模块（称为被动均衡），或者停止对该模块进行充电而改为对其他电压较低的模块进行充电（称为主动均衡）。
如果电池存储系统中使用了主动冷却或加热过程，电池管理系统可以限制模块的温度。

如前所述，电池管理系统具有电子开关，可在关键和危险条件下断开电池与负载或充电器的连接。换句话说，电池管理系统保护电池免受电池组内电池可能造成的损坏。电池管理系统运行失败可能导致严重问题，包括：

热失控：当电池单体的温度超过起始温度（即电池自加热开始的温度）时，会发生热失控。随着电池单体温度的进一步升高，降解反应会加速进行，最终释放各种气体并导致电池单体起火和燃烧。导致热失控的条件可能包括电极之间、集流器之间以及阳极和集流器之间的内部短路。
电池单体容量下降：电池单体间电流和电压分布不均衡会导致电池单体中劣化过程速率增加，进而导致电池单体容量下降。
电池单体损坏：电池管理系统对充电状态和健康状况的错误判断会导致电池过充或过放至其指定阈值以上或以下，从而损坏电池单体。
负载单元损坏：如果电池单体间电流分布不均衡，可能会导致负载单元损坏。
功率MOSFET过热：功率MOSFET是散热设备。如果热量未能从功率MOSFET中充分散出，其温度会升高并导致过热。在这种情况下，应更换功率MOSFET或电池组可能会失效。
温度传感器故障：这是一种危险情况，其中功率MOSFET以及电池单体的温度未能正确显示。这种情况可能导致电池过热、电池单体熔化以及热失控。因此，在电池管理系统中选择高质量的温度传感器至关重要。

下图展示了电动汽车中典型的电池组布局。它包含与电池组出口相连的接触器，该出口可以连接电动机或电动机控制器。接触器是一种特殊的继电器，用于控制电路的开关。

它利用磁力机械地操作电触点。在接触器中内置了预充电电路，允许电流以受控方式流动，直到电压水平接近电源电压，然后主接触器才会闭合。电池组内部，电池单元被排列以提供所需的电力。

此外，电池组和接触器中还装有多个保险丝，以防止电池单元因潜在的过电流和过充电事件而受到损坏。同时，电池管理系统还连接有一个热管理系统。

电动汽车中电池组组件的典型配置。