【技術】動力電池管理系統設計概述

隨著電動車越來越多，在尋求對高能量密度、高安全性的電池之外，電池能量管理系統的緊要性也日益提高。不同的動力電池具有不同的性質，即使是同一類型的電池性質也存在不一致性，在使用過程中會出現張大化造成事故的可能發生。因此對動力電池系統進行有效的管理用以確保電動車的安全顯得十分緊要，同時也需要保證電池系統的性能、延長電池壽命、提高電池使用效率。

電池管理系統構成及原理

電池管理系統（BMS），即BatteryManagementSystem，通過測試電池包中各單體電池的狀態來確定整個電池系統的狀態，并依據它們的狀態對動力電池系統進行對應的控制調整和策略實行，實現對動力電池系統及各單體的充放電管理以保證動力電池系統安全穩定地運行。

一種典型的電池管理系統拓撲圖

一種典型電池管理系統拓撲圖結構主要分為主控模塊和從控模塊兩大塊。詳盡來說，由中央解決單元（主控模塊）、數據采集模塊、數據測試模塊、顯示單元模塊、控制部件（熔斷裝置、繼電器）等構成。一般通過采用內部CAN總線技術實現模塊之間的數據信息通訊。

基于各個模塊的功能，BMS能實時測試動力電池的電壓、電流、溫度等參數，實現對動力電池進行熱管理、均衡管理、高壓及絕緣測試等，并且能夠計算動力電池剩余容量、充放電功率以及SOC&SOH狀態。

電池管理系統的基本功能

電池管理系統的基本功能可以分為測試、管理、保護這三大塊。詳盡來看，包括數據采集、狀態監測、均衡控制、熱管理、安全保護等功能。

（一）數據采集

作為電池管理系統中其他功能的基礎與前提，數據采集的精度和速度能夠反映電池管理系統的優劣。管理系統的其他功能比如SOC狀態分解、均衡管理、熱管理功能等都是以采集獲取的數據為基礎進行分解及解決的。

數據采集的對象一般為電壓、電流、溫度。在實際使用過程中，電池在不同溫度下的電化學性能不同，導致電池所放出的能量是不同的。鋰離子動力電池對電壓和溫度比較敏感，因此在對電池的SOC進行評估時非得考慮溫度的影響。

（二）狀態分解

對電池狀態的分解主要是電池剩余電量及電池老化程度這兩個方面，即SOC評估和SOH評估。SOC能夠讓駕駛員獲得筆直的信息，知道到剩余的電量對續航里程的影響。現階段的研究很多都聚集在對SOC分解上，不斷增強其精確度。SOC的分解會受到SOH的影響，電池的SOH在使用過程中受到溫度、電流等繼續影響而需要不斷進行分解，以確保SOC分解的準確性。

在對SOC的分解上，主要有電荷計量法、開路電壓法、卡爾曼濾波法、人工神經網絡算法和模糊邏輯法等。在這簡單解析電荷計量法和開路電壓法這兩種辦法。

（1）電荷計量法

電荷計量法是通過對一段時間內電池充入放出的電荷進行統計，即電流在時間上的累積來計算得到SOC。雖然是最常用的一種計量辦法，然而會受到很多因素的影響包括數據采用精度、自放電問題等。比如由于電流傳感器采用精度的不足，用于積分計算的電流與真切值之間存在誤差，使得SOC的結果偏差越來越大。所以在采用電荷計量法時需要用到一些修正算法對各種影響因素進行校正，減少計算分解結果的誤差。

（2）開路電壓法

開路電壓法是在電池處于靜置狀態下對電池的開路電壓測量來計算電池的SOC。但需要留意的是采用開路電壓法時一般認為SOC與電動勢有一定的線性關系，任意一個SOC值都只對應一個電動勢值。在采用開路電壓法非得要考慮到電壓回彈效應，在電壓沒有回彈到穩定值時計算得到的SOC會偏小。與電荷計量法相比較，開路電壓法在電池正常工作時不能使用，這是它最大的問題。

其實現階段要對SOC進行十分精確的測量存在很大的困難，比如由于傳感器精度和電磁干擾引起采樣數據的不準確帶來狀態分解的偏差。另外，電池的不一致性、歷史數據、使用工況的不明確性也對SOC的計算帶來很大的影響。

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