試析汽車用蓄電池管理系統(tǒng)

徐偉

摘 要：蓄電池作為儲備能源裝置已經(jīng)在較多領域得到廣泛應用，本文對蓄電池的發(fā)展現(xiàn)狀進行簡單介紹，并以汽車用蓄電池為例，說明蓄電池管理系統(tǒng)的各項功能。

關鍵詞：蓄電池;管理系統(tǒng);剩余電量;健康狀況

1 概述

蓄電池是汽車的重要電源，當汽車發(fā)電機發(fā)電不足時，發(fā)動、點火、照明燈各項功能都需要蓄電池提供能源支持。當蓄電池兩端電壓低于發(fā)電機輸出電壓時，電池處于充電狀態(tài)，當前階段應用較多的蓄電池充電管理模式是由6只2V單電池串聯(lián)組成12V蓄電池組進行充電管理的，這種整組管理模式忽略了個體的差異，容易導致過充或欠充的現(xiàn)象，不利于蓄電池良好性能的保持。長期的過充或欠充會縮短蓄電池的壽命，不僅引起經(jīng)濟的浪費，還會給環(huán)境造成污染，因此采取有效措施對蓄電池的充電管理模式進行科學管控，可有利于延長蓄電池的使用壽命。

2 蓄電池管理系統(tǒng)分析

2.1 電池管理系統(tǒng)概述 電池管理系統(tǒng)（BMS）是一個處于監(jiān)控運行和保護電池關鍵技術中的核心部件，系統(tǒng)主要功能是對蓄電池的電流、電壓、溫度等數(shù)據(jù)進行檢測和采集，并對剩余電量及電池的健康狀況進行科學評估，然后將電池的運行狀態(tài)進行實時控制和現(xiàn)實，以確保蓄電池的安全可靠。電池管理系統(tǒng)是新能源汽車所必需的核心部件之一，該系統(tǒng)所承擔的任務不僅為電池本身提供安全保障，還為汽車安全、穩(wěn)定的運行提供有力保障。

2.2 蓄電池管理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

2.2.1 基于專用芯片的蓄電池管理系統(tǒng) 電池管理系統(tǒng)的主要目的是如何快速高效的給電池補充電能，并最大限度的延長期使用壽命，這一目標的實現(xiàn)需要依靠智能化的充電維護電路，因此引入一個單片機或數(shù)字信號處理器（DSP）構成的復雜控制電路就成為必然，但由于需要耗費的成本較為龐大，因此采用蓄電池管理芯片作為此問題的解決方案。電池管理系統(tǒng)中應用較多的是對充電電壓和充放電電流的控制，電池管理芯片的主要功能便是對以上兩項進行有效控制，以實現(xiàn)對涓流充電模式、過充電模式、大功率充電模式、浮充電模式的管理。管理芯片具有簡潔高效的優(yōu)勢，但其靈活性較差，無法實現(xiàn)智能化管理，因此在應用方面就受到了極大的限制。

2.2.2 基于監(jiān)控測量的蓄電池管理系統(tǒng) 電池在運行過程中，其真實的工作狀況可通過工作電壓、工作電流、工作溫度等參數(shù)反映出來，若能對以上電氣參數(shù)進行實時監(jiān)測和總結，就能對電池運行狀況做出準確的判斷。實際上，這些電池監(jiān)管系統(tǒng)可以由故障診斷和遙控遙測、自動報警設備、事故現(xiàn)場處理功能的組合得到實現(xiàn)。監(jiān)管系統(tǒng)可以在電池出現(xiàn)一般性故障時發(fā)出報警提示，提高電池組的可靠性;但這些故障僅局限在電池可能會發(fā)生斷路、短路、過充電、過放電等范圍內，無法解決電池充放電曲線管理問題、電池容量均一性問題以及落后電池的處理問題。因此這種只具有監(jiān)控功能的管理系統(tǒng)只是被動防衛(wèi)，無法對電池進行優(yōu)化管理，也不能從根本上延長電池的使用壽命。

2.2.3 與電源設備一起構成的蓄電池充放電管理系統(tǒng) 電源與蓄電池一體化的充放電管理系統(tǒng)是將電池組直接掛在電源模塊輸出端，電網(wǎng)正常工作時，電池組處于浮充狀態(tài)，起到補充自放電容量損失的作用，而電網(wǎng)處于斷電狀態(tài)，蓄電池則即可投入工作狀態(tài);當電網(wǎng)恢復時，電源模塊開始對電池進行充電，并檢測電池組的充電電流，調節(jié)電源模塊的輸出電壓，以達到規(guī)定標準。該系統(tǒng)多應用在通訊程控交換機通電系統(tǒng)和電力合閘供電系統(tǒng)中，這種管理系統(tǒng)可解決電網(wǎng)漏電狀態(tài)下蓄電池組補充電能的問題，能實現(xiàn)在規(guī)定時間內向負載供電，保障通信或電力合閘系統(tǒng)運轉的正常性。

2.2.4 車用蓄電池管理系統(tǒng) 通用汽車公司的電池管理系統(tǒng)利用微電腦對電池的荷電狀態(tài)和剩余能量進行監(jiān)測，并控制蓄電池組的充放電狀態(tài)，提高電池的充放電性能?？巳R斯勒公司設計的汽車用電池能量管理系統(tǒng)（BEMS）利用超快速充電技術，實現(xiàn)了充電電流和電池組中各塊電池充電接受能力之間匹配的最優(yōu)化，使快速優(yōu)化充電成為可能。BEMS的使用提高了對電池充電控制的精確度，防止電池過放電和過充電現(xiàn)象的發(fā)生，有效的延長了電池的使用壽命。

3 汽車用蓄電池管理系統(tǒng)的研究

3.1 汽車用蓄電池管理系統(tǒng)組成 汽車用蓄電池組主要有數(shù)據(jù)采集與檢測，主要檢測內容包括單體電池的電流、電壓、溫度的測量、蓄電池充放電管理、SOH估測、電池SOC、單個電池一致性均衡控制、實施通訊設備、顯示設備、保護電路裝置等。

3.2 各部分功能

3.2.1 數(shù)據(jù)采集設備 數(shù)據(jù)采集設備是對蓄電池組中單個電池的電流、電壓、溫度進行采集測量，采集結果輸送給計算機后經(jīng)過A/D轉換后可做重要的控制參考;通過對數(shù)據(jù)的分析還可以發(fā)展某個單體電池可能存在的問題，即便于及時采取有效的防護措施。

3.2.2 充放電管理 管理設備主要對鉛酸蓄電池的充放電特性進行分析，對幾種簡單的充電方式進行研究對比后，選擇最佳的充電模式，以形成對蓄電池的有效管理，防止過充電或過放電的現(xiàn)象損壞蓄電池的性能。

3.2.3 SOH和SOC的估測 SOH和SOC分別是對蓄電池的健康狀況和剩余電量進行估測，通過估測結果可獲得電池的剩余電量，以便于對汽車的行駛里程進行準確判斷，提高汽車運行的可靠性。

3.2.4 均衡控制 汽車用蓄電池多為單個電池串聯(lián)起來的電池組，在使用過程中由于單體電池的初始容量、內阻、溫度等因素的不同，可能會造成各個單電池耗電量不同，這就是蓄電池不均勻性產(chǎn)生的原因。在充電或放電過程中，單體電池為串聯(lián)，因此會形成過充電或過放電的現(xiàn)象，采用均衡控制手段，可使各單體性能幾乎一致，最大限度的消除或減少過充電或過放電現(xiàn)象的發(fā)生，從而達到保護蓄電池的目的。

4 總結

蓄電池是汽車中的重要動力能源，可在特定情況下為汽車的發(fā)動、點火、照明提供能源支持。蓄電池由多個單體電池組成，由于各個單體的性能存在差異，極容易出現(xiàn)過充電或過放電現(xiàn)象，嚴重影響了蓄電池的使用壽命。采用先進的智能控制技術、計算機技術、通訊技術對汽車蓄電池進行智能化管理，可有效提升蓄電池的使用壽命。

參考文獻：

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