发布于 05-26 15:30:49
动力电池管理系统（Battery Management System, BMS），又称电源管理器，是用来对电动汽车动力电池组进行安全监控及有效管理，提高动力电池使用效率的装置，具有数据采集、安全预警与控制、剩余电量估算与指示、热管理、放电能量管理与过程控制、信息处理与通信等主要功能。
动力电池管理系统是连接动力电池和电动汽车的重要纽带。对于电动汽车而言，通过该系统对动力电池充放电的有效控制，可以达到增加行驶里程、延长动力电池使用寿命、降低运行成本的目的，并保证动力电池应用的安全性和可靠性。动力电池管理系统是电动汽车不可缺少的核心部件之一。
1．动力电池管理系统的结构
动力电池管理系统主要由以下三部分构成：
（1）电池终端模块。通过传感器进行数据采集，如电流参数、电压参数、温度等。
（2）电池管理控制单元。其主要监控电池组工作状态，并与整车控制系统进行通信协调控制充放电过程。
（3）人机交互模块及输入输出接口。其主要进行数据呈现，数据、信息输入输出，实现人机交互。
动力电池管理系统控制模块如图2-3-1所示。
图2-3-1 动力电池管理系统控制模块
2．功能原理
保证动力电池高效安全的运行是动力电池管理系统的基本要求。随着电力电子技术和计算机技术的发展，动力电池管理系统的功能原理也得到了进一步发展，主要包括数据采集、电池状态计算、能量管理、热管理、均衡控制、漏电管理、通信功能、安全管理与人机交换接口等。动力电池管理系统功能如图2-3-2所示。
（1）数据采集。精度和前置滤波特性是影响电池系统性能的重要指标。电动汽车动力电池管理系统的采样速率一般要求大于200Hz（50ms）。
图2-3-2 动力电池管理系统功能
（2）电池状态计算。电池状态的计算包括电池荷电状态（State Of Charge, SOC）和电池组的健康状态（State Of Health, SOH）两方面，SOC提示动力电池的剩余电量，是计算和估算电动汽车续航里程的基础。SOH用来提示电池技术状态，预计可用寿命等健康状态的参数。
（3）能量管理。能量管理主要包括以电流、电压、温度、SOC和SOH为输入进行充电过程控制，以SOC、SOH和温度等参数为条件进行放电功率控制两个部分。
（4）热管理。在电池工作温度超过正常工作温度时，对其管理控制，进行冷却；在电池温度低于适宜的工作温度时，对其进行加热，使电池始终处于适宜的工作温度范围，并在电池组工作过程中总是保持电池单体间温度均衡，充分发挥电池的性能。对于大功率放电和高温条件下使用动力电池，其热管理尤为重要。
（5）均衡控制。由于电池的一致性差异导致电池组的工作状态是由最差单体电池状态决定的，在电池组各个电池之间设置均衡电路，实施均衡控制是为了使各单体电池充放电工作情况尽量一致，提高整体电池组的工作性能。
（6）漏电管理。电池组的漏电检测，由漏电检测传感器来检测电池组与车身间漏电电流。
（7）通信功能。通过动力电池管理系统实现电池参数和信息与车载设备或非车载设备的通信，为充放电控制、整车控制提供数据依据是电池管理系统的重要功能之一，根据应用需要，数据交换可采用不同的通信接口，如模拟信号、PWM信号、CAN总线或I2C串行接口。
（8）安全管理。
监控电池电压、电流、温度是否超过正常范围，防止电池过充、过放。在整个监控过程中，不仅对电池组进行监控，而且对电池组的单体电池进行监控，以控制单体电池的过充、过放、过热、漏电等安全状况。
（9）人机交换接口。
根据实际需要设置显示信息以及控制按钮等。
（10）信息存储与电磁兼容。用于存储关键数据，如SOC、SOH、SOF、SOE、累积充放电数、故障码和一致性等。由于电动汽车面临复杂电磁环境，要求BMS必须具有良好的抗电磁干扰能力，同时要求BMS对外辐射小。
1．故障诊断与失效处理
故障诊断功能是BMS的重要组成部分，BMS的故障诊断程序可以诊断和处理多达数百种各类故障。故障诊断可以在电池工作过程中，实时掌握电池的各种状态，甚至在停机状态下也能将电池故障信息定位到蓄电池系统的各个部分（包括电池模块）。BMS根据故障原因对各种故障诊断分别设置了诊断程序的进入与退出条件，采用分时诊断流程，节约CPU的时间资源。
2．热量管理功能
在所有的环境因素中，温度对电池的充放电性能影响最大，对蓄电池的很多特性都会产生影响。因为电池本身的化学材料比较复杂，所以为了计算方便可以将蓄电池结构进行内部电池（热源）和电池外壳的模型简化，进而进行散热仿真分析。
3．电压采集功能
为了安全监控，电池组中的每个单体电池电压都需要采集。电动汽车动力电池组由上百节的单体电池串联，需要众多电压采样通道。测量单体电压时，存在着累积电势且各节单体的累积电势各不相同，无法统一补偿或消除，可以采取“先集中后分布”的采集方案，提高可靠性。
4．电流采集功能
电流的采样是估计电池剩余容量（SOC）的主要依据，因此必须选用响应速度快，具有优良线性度的高精度传感器作为电流采集单元。
5．荷电状态（S0C）估计
目前，对SOC的研究已经基本成熟，SOC算法主要分为两大类，一类为单一SOC算法，另一类为多种单一SOC算法的融合算法。单一SOC算法包括安时积分法、开路电压法、基于电池模型估计的开路电压法、其他基于电池性能的SOC估计法等。融合算法包括简单的修正、加权、卡尔曼滤波（或扩展卡尔曼滤波）以及滑模变结构方法等。
6．电池循环寿命（SOH）估计
SOH为电池的寿命，定义为标准状况下蓄电池可用容量占标准容量的百分比。耐久性是当前业界研究热点，表征电池寿命的主要参数是容量和内阻。一般地，能量型电池的性能衰减用容量衰减表征，功率型电池性能衰减用电阻变化表征。目前SOH估计方法主要分为耐久性经验模型估计法和基于电池模型的参数辨识法。
7．电池一致性与均衡管理
电池一致性是指同一规格型号的电池组成电池组后，各单体电池的电压、荷电量、容量及其衰退率、内阻及其随时间变化率、寿命、自放电率及其随时间变化率等参数存在一定的差别。在电池生产与成组过程中，特别是车用动力电池，如果制造环境较差，质量控制不得当，单体电池间会出现较大差异。随着使用时间的变化，车用动力电池的不一致性会变得越来越差，最终影响电池组的使用寿命。电池不一致性主要是由单体电池容量衰减差异和荷电量差异两者造成。单体电池容量的衰减是不可恢复的，而荷电量差异可以通过均衡方法来补偿。
