電池管理系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)汽車發(fā)展的影響

摘 要：隨著新能源汽車概念的普及，越來越多的電動(dòng)汽車進(jìn)入人們的日常生活中。區(qū)別于傳統(tǒng)燃油車，電動(dòng)汽車上最主要的三個(gè)部件分別是電池、電機(jī)和電控，其中動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車動(dòng)力的核心，起著極其重要的作用。而作為動(dòng)力電池、整車控制以及電機(jī)的連接，電池管理系統(tǒng)的重要性不言而喻。文章主要通過分析電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能，進(jìn)一步說明其在電動(dòng)汽車上的重要性。

關(guān)鍵詞：電池管理系統(tǒng)；電動(dòng)汽車；動(dòng)力電池

1 概述

電動(dòng)汽車的發(fā)展離不開動(dòng)力電池的幫助，電動(dòng)汽車使用的動(dòng)力電池需要高功率密度、高能量密度、壽命長(zhǎng)、環(huán)保等要求，這就需要對(duì)電池進(jìn)行行之有效的管理控制。由于電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)的難以捉摸，僅僅依靠動(dòng)力電池自身難以滿足電動(dòng)汽車的使用要求，要讓動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車上充分發(fā)揮其性能，離不開電池管理系統(tǒng)的幫助。電池管理系統(tǒng)在電動(dòng)汽車的運(yùn)行過程中主要是對(duì)電池組各項(xiàng)性能監(jiān)測(cè)，保護(hù)電池防止過早失效，并具有各種告警功能等，因此電池管理系統(tǒng)在電動(dòng)汽車的使用過程中發(fā)揮著極大的作用。

2 電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電池管理系統(tǒng)根據(jù)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要分為三種構(gòu)型，分別是集中式系統(tǒng)、半分布式系統(tǒng)和分布式系統(tǒng)。

2.1 集中式系統(tǒng)

所謂集中式，是將整個(gè)電池系統(tǒng)的電壓采集功能以及溫度采集功能集中在一塊管理系統(tǒng)板上，由整車控制器直接控制高壓繼電器。大部分低壓的HEV以及特種車都采用這樣的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，成本較低，但缺點(diǎn)是可擴(kuò)展性較差，只能適用于較小的電池組。

2.2 半分布式系統(tǒng)

是將采集功能集成在電池組上，管理系統(tǒng)與采集模塊通過線束進(jìn)行連接。這種方式主要用于模組排布比較奇特的電池系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)的部件較少，缺點(diǎn)是成本較高。

2.3 分布式系統(tǒng)

將電池模組的采集功能與管理功能分離，整個(gè)系統(tǒng)形成電池組管理單元、電池管理控制單元、高壓繼電器控制單元，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是可以將模組裝配過程簡(jiǎn)化，采樣線束簡(jiǎn)單，并且在電池系統(tǒng)較大時(shí)，這種模式優(yōu)勢(shì)更加明顯。缺點(diǎn)是成本高，電池組管理單元需要單獨(dú)的MCU進(jìn)行管理控制，獨(dú)立的CAN總線需要將各個(gè)模塊的信息整合發(fā)送給電池管理控制單元。但是由于其良好的可擴(kuò)展性，在越來越多的電動(dòng)汽車上得到應(yīng)用。

3 電池管理系統(tǒng)的主要功能

3.1 估算動(dòng)力電池組的荷電狀態(tài)

電池組的荷電狀態(tài)（State of Charge，即SOC），即電池剩余電量。對(duì)動(dòng)力電池的SOC進(jìn)行估算，主要是為了發(fā)揮電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池性能以及提高行車安全性。

3.2 動(dòng)力電池組狀態(tài)采集

狀態(tài)采集功能是電池管理系統(tǒng)最基本的功能，電動(dòng)汽車使用的動(dòng)力電池組一般由幾十只甚至上百只電池串并聯(lián)使用，動(dòng)力電池組的狀態(tài)采集包括電池電壓采集、溫度采集以及電流采集。電池管理系統(tǒng)對(duì)電池組狀態(tài)進(jìn)行采集并反饋至處理器終端，經(jīng)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理后，由各執(zhí)行部件進(jìn)行顯示、警示以及控制等。

3.3 充放電狀態(tài)控制

電動(dòng)汽車的充放電控制主要是通過電池管理系統(tǒng)與充放電設(shè)備、充電樁（機(jī)）等進(jìn)行硬件連接確認(rèn)以及通訊，從而從充放電設(shè)備上獲取需求的電壓、電流，對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電。

3.4 均衡控制

動(dòng)力電池組由于生產(chǎn)工藝、工作環(huán)境以及電池老化的不同造成電池成組后存在差異。這種差異可能會(huì)降低電池組的總?cè)萘?，如果在?shí)際使用過程中不對(duì)電池組進(jìn)行均衡控制，長(zhǎng)時(shí)間使用可能會(huì)導(dǎo)致電池組過度充電或過度放電，嚴(yán)重時(shí)將永久性地?fù)p壞電池。目前電池管理系統(tǒng)對(duì)電池組的均衡控制主要分為主動(dòng)均衡與被動(dòng)均衡兩種模式，實(shí)現(xiàn)方法有電流分流法、能量轉(zhuǎn)移法等。電池管理系統(tǒng)的均衡控制有利于提高動(dòng)力電池的使用壽命，增加電動(dòng)汽車的行駛里程。

3.5 通訊功能

電動(dòng)汽車上的通訊包括電池管理系統(tǒng)之間的通訊、電池管理系統(tǒng)與整車的通訊、電池管理系統(tǒng)與充電樁之間的通訊。通訊功能主要是通過CAN通訊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

3.6 狀態(tài)指示功能

電池管理系統(tǒng)將采集到的電壓、溫度、電流信號(hào)通過CAN通訊傳送至整車控制器，通過電動(dòng)汽車安裝的儀表顯示電池組電壓、溫度、充放電電流以及SOC，以此來指導(dǎo)駕駛員進(jìn)行相關(guān)操作。

3.7 保護(hù)功能

電池管理系統(tǒng)保護(hù)功能一般包括：欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)、過流保護(hù)、過熱保護(hù)等。在電池充放電過程中對(duì)電池組的工作性能、安全性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，對(duì)過壓、過流、欠壓、絕緣等提出警示、警告與控制，通過執(zhí)行器件進(jìn)行斷電保護(hù)。

4 電池管理系統(tǒng)在電動(dòng)汽車上的重要性

電池管理系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)汽車的影響，總起來說是對(duì)電動(dòng)汽車電池組壽命的影響。一般來說影響電池壽命原因可以分為內(nèi)部因素和外部因素，內(nèi)部因素主要由電池生產(chǎn)階段所決定，電池生產(chǎn)完成后已經(jīng)無法改變。而外部因素則是后期電池使用維護(hù)過程所決定的，這其中起到?jīng)Q定性影響的是電池管理系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)汽車的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

4.1 熱管理的影響

電池組的溫度對(duì)電池性能有著很大的影響，尤其是高溫和低溫都直接決定電池組的循環(huán)壽命。電池管理系統(tǒng)可以通過散熱系統(tǒng)以及加熱組件來控制溫度，在高溫時(shí)通過開啟散熱風(fēng)扇或者水冷系統(tǒng)將電池組溫度降低，低溫時(shí)則通過開啟加熱片或者加熱膜來升高電池組的溫度。

4.2 充放電控制的影響

眾所周知，充電控制方式對(duì)電池壽命也具有非常重要的影響，過充與過放都有可能永久性損壞電池組。電池管理系統(tǒng)通過與充電設(shè)備或者充電站之間的通訊交互，獲得合適的充電電壓、充電電流，在整個(gè)充電過程中時(shí)刻監(jiān)測(cè)電池的電壓、溫度信息，并將電壓、電流作為反饋信息，調(diào)節(jié)充電電流，以滿足電池的滿充狀態(tài)。

4.3 狀態(tài)采集以及保護(hù)機(jī)制的影響

電池組狀態(tài)采集在整個(gè)電動(dòng)汽車運(yùn)行過程中都是極其重要的一項(xiàng)內(nèi)容，電池管理系統(tǒng)能否及時(shí)有效的采集電池運(yùn)行狀態(tài)除了對(duì)電動(dòng)汽車的行駛產(chǎn)生影響外，還影響著駕駛?cè)说纳踩ｋ姵毓芾硐到y(tǒng)如果不能及時(shí)反饋電池組信息，繼電器等執(zhí)行系統(tǒng)將不能及時(shí)響應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池?zé)崾Э亍⒏邏弘姄舻葒?yán)重事故。

5 結(jié)束語

對(duì)于電動(dòng)汽車而言，動(dòng)力電池是其最為重要的構(gòu)成部分，而對(duì)于動(dòng)力電池來說，電池管理系統(tǒng)則是必不可少的，所以，電池管理系統(tǒng)對(duì)于電動(dòng)汽車整體表現(xiàn)與安全可謂至關(guān)重要。加大對(duì)電池管理系統(tǒng)的研究開發(fā)力度，提高電池管理系統(tǒng)的可靠性對(duì)于新能源汽車的發(fā)展影響不可忽視。

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作者簡(jiǎn)介：張鵬，本科，單位：力神（青島）新能源有限公司，研究方向：鋰電池管理系統(tǒng)。