電池管理系統對電動汽車發展的影響

摘 要：隨著新能源汽車概念的普及，越來越多的電動汽車進入人們的日常生活中。區別于傳統燃油車，電動汽車上最主要的三個部件分別是電池、電機和電控，其中動力電池作為電動汽車動力的核心，起著極其重要的作用。而作為動力電池、整車控制以及電機的連接，電池管理系統的重要性不言而喻。文章主要通過分析電池管理系統的結構功能，進一步說明其在電動汽車上的重要性。

關鍵詞：電池管理系統；電動汽車；動力電池

1 概述

電動汽車的發展離不開動力電池的幫助，電動汽車使用的動力電池需要高功率密度、高能量密度、壽命長、環保等要求，這就需要對電池進行行之有效的管理控制。由于電池內部的電化學反應的難以捉摸，僅僅依靠動力電池自身難以滿足電動汽車的使用要求，要讓動力電池在電動汽車上充分發揮其性能，離不開電池管理系統的幫助。電池管理系統在電動汽車的運行過程中主要是對電池組各項性能監測，保護電池防止過早失效，并具有各種告警功能等，因此電池管理系統在電動汽車的使用過程中發揮著極大的作用。

2 電池管理系統結構

電池管理系統根據其拓撲結構主要分為三種構型，分別是集中式系統、半分布式系統和分布式系統。

2.1 集中式系統

所謂集中式，是將整個電池系統的電壓采集功能以及溫度采集功能集中在一塊管理系統板上，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構。這種結構的優點是結構比較簡單，成本較低，但缺點是可擴展性較差，只能適用于較小的電池組。

2.2 半分布式系統

是將采集功能集成在電池組上，管理系統與采集模塊通過線束進行連接。這種方式主要用于模組排布比較奇特的電池系統，優點是整個系統的部件較少，缺點是成本較高。

2.3 分布式系統

將電池模組的采集功能與管理功能分離，整個系統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，這種方式的優點是可以將模組裝配過程簡化，采樣線束簡單，并且在電池系統較大時，這種模式優勢更加明顯。缺點是成本高，電池組管理單元需要單獨的MCU進行管理控制，獨立的CAN總線需要將各個模塊的信息整合發送給電池管理控制單元。但是由于其良好的可擴展性，在越來越多的電動汽車上得到應用。

3 電池管理系統的主要功能

3.1 估算動力電池組的荷電狀態

電池組的荷電狀態（State of Charge，即SOC），即電池剩余電量。對動力電池的SOC進行估算，主要是為了發揮電動汽車的動力電池性能以及提高行車安全性。

3.2 動力電池組狀態采集

狀態采集功能是電池管理系統最基本的功能，電動汽車使用的動力電池組一般由幾十只甚至上百只電池串并聯使用，動力電池組的狀態采集包括電池電壓采集、溫度采集以及電流采集。電池管理系統對電池組狀態進行采集并反饋至處理器終端，經處理器進行數據分析處理后，由各執行部件進行顯示、警示以及控制等。

3.3 充放電狀態控制

電動汽車的充放電控制主要是通過電池管理系統與充放電設備、充電樁（機）等進行硬件連接確認以及通訊，從而從充放電設備上獲取需求的電壓、電流，對動力電池進行充電。

3.4 均衡控制

動力電池組由于生產工藝、工作環境以及電池老化的不同造成電池成組后存在差異。這種差異可能會降低電池組的總容量，如果在實際使用過程中不對電池組進行均衡控制，長時間使用可能會導致電池組過度充電或過度放電，嚴重時將永久性地損壞電池。目前電池管理系統對電池組的均衡控制主要分為主動均衡與被動均衡兩種模式，實現方法有電流分流法、能量轉移法等。電池管理系統的均衡控制有利于提高動力電池的使用壽命，增加電動汽車的行駛里程。

3.5 通訊功能

電動汽車上的通訊包括電池管理系統之間的通訊、電池管理系統與整車的通訊、電池管理系統與充電樁之間的通訊。通訊功能主要是通過CAN通訊進行實現。

3.6 狀態指示功能

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

3.7 保護功能

電池管理系統保護功能一般包括：欠壓保護、過壓保護、過流保護、過熱保護等。在電池充放電過程中對電池組的工作性能、安全性能進行監測，并將監測的有關數據進行分析處理，對過壓、過流、欠壓、絕緣等提出警示、警告與控制，通過執行器件進行斷電保護。

4 電池管理系統在電動汽車上的重要性

電池管理系統對電動汽車的影響，總起來說是對電動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部因素和外部因素，內部因素主要由電池生產階段所決定，電池生產完成后已經無法改變。而外部因素則是后期電池使用維護過程所決定的，這其中起到決定性影響的是電池管理系統。電池管理系統對電動汽車的影響主要體現在以下幾個方面：

4.1 熱管理的影響

電池組的溫度對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壽命。電池管理系統可以通過散熱系統以及加熱組件來控制溫度，在高溫時通過開啟散熱風扇或者水冷系統將電池組溫度降低，低溫時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。電池管理系統通過與充電設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，在整個充電過程中時刻監測電池的電壓、溫度信息，并將電壓、電流作為反饋信息，調節充電電流，以滿足電池的滿充狀態。

4.3 狀態采集以及保護機制的影響

電池組狀態采集在整個電動汽車運行過程中都是極其重要的一項內容，電池管理系統能否及時有效的采集電池運行狀態除了對電動汽車的行駛產生影響外，還影響著駕駛人的生命安全。電池管理系統如果不能及時反饋電池組信息，繼電器等執行系統將不能及時響應，嚴重時會導致電池熱失控、高壓電擊等嚴重事故。

5 結束語

對于電動汽車而言，動力電池是其最為重要的構成部分，而對于動力電池來說，電池管理系統則是必不可少的，所以，電池管理系統對于電動汽車整體表現與安全可謂至關重要。加大對電池管理系統的研究開發力度，提高電池管理系統的可靠性對于新能源汽車的發展影響不可忽視。

參考文獻

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[2]黎繼剛.鋰離子動力電池管理系統的研究與實現[D].浙江：浙江理工大學，2010.

[3]張巍.純電動汽車電池管理系統的研究[D].北京：北京交通大學，2008.

作者簡介：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。