試析汽車用蓄電池管理系統

徐偉

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

關鍵詞：蓄電池;管理系統;剩余電量;健康狀況

1 概述

蓄電池是汽車的重要電源，當汽車發電機發電不足時，發動、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電機輸出電壓時，電池處于充電狀態，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，不僅引起經濟的浪費，還會給環境造成污染，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 蓄電池管理系統分析

2.1 電池管理系統概述 電池管理系統（BMS）是一個處于監控運行和保護電池關鍵技術中的核心部件，系統主要功能是對蓄電池的電流、電壓、溫度等數據進行檢測和采集，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進行實時控制和現實，以確保蓄電池的安全可靠。電池管理系統是新能源汽車所必需的核心部件之一，該系統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、穩定的運行提供有力保障。

2.2 蓄電池管理系統發展現狀

2.2.1 基于專用芯片的蓄電池管理系統 電池管理系統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勢，但其靈活性較差，無法實現智能化管理，因此在應用方面就受到了極大的限制。

2.2.2 基于監控測量的蓄電池管理系統 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、工作溫度等參數反映出來，若能對以上電氣參數進行實時監測和總結，就能對電池運行狀況做出準確的判斷。實際上，這些電池監管系統可以由故障診斷和遙控遙測、自動報警設備、事故現場處理功能的組合得到實現。監管系統可以在電池出現一般性故障時發出報警提示，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。因此這種只具有監控功能的管理系統只是被動防衛，無法對電池進行優化管理，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 電源與蓄電池一體化的充放電管理系統是將電池組直接掛在電源模塊輸出端，電網正常工作時，電池組處于浮充狀態，起到補充自放電容量損失的作用，而電網處于斷電狀態，蓄電池則即可投入工作狀態;當電網恢復時，電源模塊開始對電池進行充電，并檢測電池組的充電電流，調節電源模塊的輸出電壓，以達到規定標準。該系統多應用在通訊程控交換機通電系統和電力合閘供電系統中，這種管理系統可解決電網漏電狀態下蓄電池組補充電能的問題，能實現在規定時間內向負載供電，保障通信或電力合閘系統運轉的正常性。

2.2.4 車用蓄電池管理系統 通用汽車公司的電池管理系統利用微電腦對電池的荷電狀態和剩余能量進行監測，并控制蓄電池組的充放電狀態，提高電池的充放電性能。克萊斯勒公司設計的汽車用電池能量管理系統（BEMS）利用超快速充電技術，實現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化，使快速優化充電成為可能。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象的發生，有效的延長了電池的使用壽命。

3 汽車用蓄電池管理系統的研究

3.1 汽車用蓄電池管理系統組成 汽車用蓄電池組主要有數據采集與檢測，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 數據采集設備 數據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過A/D轉換后可做重要的控制參考;通過對數據的分析還可以發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生的原因。在充電或放電過程中，單體電池為串聯，因此會形成過充電或過放電的現象，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象的發生，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，極容易出現過充電或過放電現象，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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