電動汽車采用電能替代化石燃料作為動力，是未來交通的唯一長遠(yuǎn)解決方案。動力電池系統(tǒng)作為電動汽車的心臟，只有對其進(jìn)行充分的了解，才能實現(xiàn)電動汽車的順利推廣。本文從國內(nèi)外電動汽車主要車載動力電池的發(fā)展趨勢角度出發(fā)，對比較有發(fā)展前景的鋰離子電池及其電池管理系統(tǒng)進(jìn)行了重點分析。

鋰離子電池組充電機充電不均衡易使其產(chǎn)生過充放電問題，嚴(yán)重?fù)p害其使用壽命。本文提出了一種新型智能充電機充電模式，使電池組更加安全、可靠地充電機充電，能夠延長其使用壽命，增加安全性，降低使用成本。

1車載鋰離子電池管理系統(tǒng)

作為電動汽車電池的監(jiān)測“大腦”，電池管理系統(tǒng)(BMS)在混合動力電動汽車中可以實現(xiàn)對電池剩余電量的監(jiān)測，預(yù)測電池的功率強度，便于對整個電池系統(tǒng)的了解和整車系統(tǒng)的掌控。

在純電動汽車中，BMS具有預(yù)測電池剩余電量、預(yù)測行駛里程和故障診斷等智能調(diào)節(jié)功能。BMS對鋰離子電池的作用尤為明顯，可以改善電池的使用狀態(tài)、延長電池使用壽命、增加電池安全性。BMS將是未來電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

如圖1所示，BMS中數(shù)據(jù)采集模塊對電池組的電壓、電流和溫度進(jìn)行測量，然后將采集的數(shù)據(jù)分別傳送到熱管理模塊、安全管理模塊并進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。熱管理模塊對電池單體溫度進(jìn)行控制，確保電池組處于最優(yōu)溫度范圍內(nèi)。

安全管理模塊對電池組的電壓、電流、溫度及荷電狀態(tài)(SOC)估算結(jié)果進(jìn)行判斷，當(dāng)出現(xiàn)故障時發(fā)出故障報警并及時采取斷路等緊急保護(hù)措施。狀態(tài)估計模塊根據(jù)采集的電池狀態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行SOC和健康狀態(tài)(SOH)估算。

目前主要是SOC估算，SOH估算技術(shù)尚不成熟。能量管理模塊對電池的充放電過程進(jìn)行控制，其中包括電池電量均衡管理，用來消除電池組中各單體的電量不一致問題。數(shù)據(jù)通信模塊采用CAN通信的方式，實現(xiàn)BMS與車載設(shè)備和非車載設(shè)備之間的通信。

BMS的核心功能是SOC估計、均衡管理和熱管理，此外還具有其他功能比如充放電管理、預(yù)充電機充電管理等。在電池充放電過程中，需要根據(jù)環(huán)境狀態(tài)、電池狀態(tài)等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行管理，設(shè)置電池的最佳充放電曲線，例如設(shè)置充電機充電電流、充電機充電上限電壓值、放電下限電壓值等。電動汽車的高壓系統(tǒng)電路存在的容性負(fù)載在上電瞬間相當(dāng)于短路，因此需要進(jìn)行預(yù)充電機充電管理來防止高壓電路上電瞬態(tài)電流沖擊。

2電池管理系統(tǒng)的核心功能

2.1SOC估算

SOC用來描述電池剩余電量，是電池使用過程中最重要的參數(shù)之一。SOC估計是判斷電池過充過放的基礎(chǔ)，精確的估計可以最大限度的避免電池組的過充放電問題，使其更加可靠地運行。

電池SOC的估算在內(nèi)部工作環(huán)境和外界使用環(huán)境變換的影響下呈現(xiàn)出非常強烈的非線性。影響電池容量的內(nèi)外因素有多種，如電池溫度、電池壽命、電池內(nèi)阻等，要準(zhǔn)確完成SOC估算有很大困難。

現(xiàn)有的SOC估算方法如下：

(1)安時計量法。安時計量法不考慮電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)、狀態(tài)等方面的變化，因而有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的優(yōu)點，但是該方法的精度不高。若電流測量精度不高，那么隨著時間的推移，SOC累計誤差將不斷加大，影響最終結(jié)果。該方法適合計量電動汽車上的電池SOC，若能提高測量精度，不失為一種簡單可靠的SOC計量方法。

(2)開路電壓法。鋰離子電池開路電壓與SOC有近似線性關(guān)系，可用來判斷電池內(nèi)部的狀態(tài)。但因測量要求較為嚴(yán)格，需要電池靜置時間至少在1h以上，不適合單獨使用于電動汽車內(nèi)電池的在線實時檢測。一般情況下，因開路電壓法在充電機充電初、末期估算值準(zhǔn)確率較高，經(jīng)常將開路電壓法與安時計量法結(jié)合使用。

(3)卡爾曼濾波法?？柭鼮V波法憑借出色的糾正誤差能力，特別適合于電流波動劇烈的混合動力電池，該估算法的缺點在于對系統(tǒng)處理速度的要求較高。

(4)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有分布并行處理、非線性映射和自適應(yīng)學(xué)習(xí)等特性，因此可以用于模擬電池動態(tài)特性，估算SOC。但是此方法需要大量參考數(shù)據(jù)供神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)，且數(shù)據(jù)和訓(xùn)練方法要求較高，否則會造成不可接受的誤差。

2.2均衡管理

在生產(chǎn)電池過程中要經(jīng)過很多道工序，差異化會造成不一致的狀態(tài)。電池單體的差異主要表現(xiàn)在隨著時間推移和溫度變化，其內(nèi)阻和容量都會有差異。單體之間大的差異更容易引起過充或過放現(xiàn)象，造成電池?fù)p壞。實現(xiàn)電池均衡能夠最大限度地發(fā)揮動力電池的效用，延長電池使用壽命，增加安全性?，F(xiàn)階段國內(nèi)外主流均衡方法如下：

(1)電阻均衡法。此方法是能量耗散型均衡法的主要代表，方法簡單，成本低，但是能量損耗比較大，效率較低，只適用于小電流充放電的系統(tǒng)中。

(2)開關(guān)電容法。此方法是非能量耗散型均衡法的主要代表，它彌補了電阻均衡的缺點。但它控制電路復(fù)雜，均衡速度較慢，用時較長，不適合大電流使用。

(3)變壓器均衡法。此方法是基于對稱多繞組變壓器結(jié)構(gòu)的串聯(lián)電池組主動均衡控制方法。它的缺點是電路復(fù)雜、器件多，體積太龐大，不易于電池組的擴展。一般適用于大電流的充放電中。

(4)集中式均衡。該方法能迅速地使整個電池組為電池單體轉(zhuǎn)移能量，集中式均衡模塊的體積更小。但多個電池的均衡操作不能并行進(jìn)行，而且需要大量線纜連接，不適用于電池數(shù)量較大的電池組。