電動車蓄電池包電池管理及其狀態測試

摘要：電動車蓄電池包的工作狀態緊要指各電池在工作時的端電壓、工作電流和溫度5個參數的變化情況。對電池工作狀態的測試通常有聚集式測試法和分布式測試法，采用“部分”聚集、“整體”分布的思路，將電池分成若干分組，每個分組聚集測試，各分組分布測試，同時，采用“橋電容”技術處理了蓄電池包單體端電壓測試中存在的參考點選擇和被測電池與測試設備隔離的問題，形成了一種具有完全隔離功能的聚集／分布式測試法。經過實驗，該測試法電壓、電流和溫度采集功能正常，數據準確、可靠。關鍵詞：電動車；汽車工程；電池；聚集／分布測試

0引言蓄電池技術是下一代汽車――電動車的核心技術之一。蓄電池是復雜的電化學系統，國內外對電池管理技術都進行了大量的研究，取得了許多成果。一般認為電池管理系統緊要有如下功能：電池狀態參數采集(包括溫度、電壓、電流等)；電池荷電狀態(Stateofcharge，SOC)的準確估計；不健康電池的早期診斷；對電池包安全運行全面監控，如戒備電池的過充電和過放電等等。由于電動車蓄電池包通常是由幾十個(上百個)單體電池包成，所以，每一個單體電池的工作狀態正常與否不僅反映電池包性能的好壞，而且影響電池包的容量及剩余能量。踐行聲明，在電動車運行過程中，如不及時測試，找出老化電池給予調整，電池包的容量將變小，壽命將縮短，影響整個電池包的高效安全運行。電池工作狀態的測試由電池管理系統(BatteryManagementSystem，BMS)完成，而電池管理系統的其他功能(包括剩余能量的計算)都是建立在電池工作狀態測試的基礎之上的，研究蓄電池包工作狀態測試辦法對電動車的發展具有非常緊要的意義。

lBMS的基本結構湖南大學研發的電動車(EV一3號)采用的BMS結構示意圖見圖1。該BMS由電池監測系統、電池核電狀態、(SOC)系統、數據顯示系統3部分構成。傳感器、電池監控系統和SOC系統構成底層系統，數據顯示系統為上層系統，系統之間通過內部CAN總線通信。

2蓄電池包工作狀態測試辦法電動車蓄電池包一般都采用串聯方式工作，工作電流與單體電池是相同的，測試比較容易，而端電壓的測試則比較麻煩。若只測試電池包的端電壓，辦法很簡單，只需在電池包的兩端接上測試電路即可，但這樣做是不行的，因為雖然可以得到總的工作電壓，但無法判斷詳盡單體電池的端電壓，而只要有一塊電池出問題就會影響整組電池的正常工作和性能；另外，對測試電路精度要求高。一個單體電池端電壓的正常工作范圍比較小，比如12V鉛酸蓄電池的終止電壓在10V左右，電壓變化范圍在2～3V之間，測試電路只要10％的精度即可測試出1V的變化量。若24塊12V鉛酸蓄電池串聯，額定電壓是288V，放電終止電壓是240V，電壓的正常變化范圍是48V，倘若一塊電池的端電壓降至9V，那么反映在總電壓上為285V，只變化了約莫1％。可見，測試電路的精度至少要達到1％以上才能測試出幾伏電壓的變化。而整組電池測試很難發現單體電池的緩慢變化，包括單體電池本身的老化和因單體電池一致性問題而帶來的積累效應。整組測試無法測試電池及電池包實際容量，無法篩選其中已老化的電池。實用的辦法是測試每一個單體電池。但關于串聯形成的電池包，要自動測試每個單體電池的端電壓所遇到的緊要問題是測量參考點的選擇以及測試電路與被測試電池包的電隔離問題。電位參考點的選擇不僅如上所述影響測量精度，還對測量電路的測量范圍提出了很高的要求。而被測試電池包與測試電路的隔離不僅涉及到系統的安全還影響測試電路的復雜度和可實現性。目前采用的緊要是分布測試和聚集測試兩種辦法。1)分布測試法所謂分布式隔離測試技術，就是將單體電池電壓及溫度的測試模塊化、本地化，然后再通過一定的通訊手段將這些測試模塊測試的數據聚集起來，最后統一解決。這樣做的目的就是要處理聚集測試辦法所存在的種種問題。原理圖見圖2。

其緊要優勢是：(1)連線簡單，省去了多路轉換開關，性能可靠。(2)測量精度較高，比較符合汽車電器CAN總線化的發展趨勢。(3)分布式模塊處理了參考點問題，利用總線通信方式(采用光耦器件)處理了主控機與電池包的隔離問題。但使用分布式測試技術還非得處理以下幾個問題：(1)由于測試模塊筆直從被測電池上繼續取電，不利于節能和安全。(2)當電池較多時，模塊數量也多，使得成本和復雜度提高，并且要求通信總線有較高的帶載能力。從功能上看，測試模塊緊要由測試子模塊和通信子模塊兩大部分組成。測試子模塊要完成數據的采集和調理任務，而通信子模塊則要溝通與主控電路的信息交流，接收主控電路的指令，上傳由測試子模塊供應的測試數據。因為汽車電器的發展方向是采用CAN總線技術，所以，通信子模塊與主控電路之間應當采用CAN總線連接。

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