试论纯电动汽车电池管理系统关键技术与设计

李菲

摘 要： 雾霾对于人体健康的影响人尽皆知，随着我国近年来雾霾天气的大范围出现，给环境和人民群众都带来了不小的影响，而汽车尾气的排放，是导致雾霾的主要因素之一。与燃油汽车相对比，纯电动汽车可以有效节约能源，且在不会用到汽油的情况下，几乎是零排放，这也是目前国家与交通领域大力推广的主要原因。那么一辆安全高效的纯电动汽车就需要一套良好的电池管理系统，来实现对电池的实时状态、电压电流、以及电量等信息进行有效监测，保障电动汽车的续航能力和行驶安全。本文就当前纯电动汽车的电池性能与现状进行分析，对纯电动汽车电池管系统的关键技术和总体设计提出建议。

关键词：纯电动汽车 电池管理系统 关键技术 总体设计

引 言

动力电池是纯电动汽车的主要能源之一，作为整车中的关键部分，它关系着纯电动汽车的整体性能和运行稳定，不管是在纯电动汽车的研究或是产业化发展上，电池管理系统的研究和技术都是其重点所在，但从目前来说，我国的电池管理系统技术尚不够成熟。怎样延长电池使用寿命、提高电池的安全性能、并对电池能源进行有效利用，是电池管理系统技术研究与设计的的关键部分。

一、纯电动汽车电池管理系统的功能概述

作为纯电动汽车的关键核心，电池管理系统的功能具体可以分为三部分，检测、管理、和保护。简单来说，电池管理系统就是对电池本身进行检测管理，基于微机技术、自动控制以及检测技术等模块功能，对电池运行状态进行实时监测和分析，并能对其精准估算，如电压、电流、电池温度等信息，以确保动力电池的安全性与可靠性，使其处于良好的运行状态当中，并有效提升电池组的稳定性，延长电池寿命。

二、电池管理系统的关键技术

1、电池状态估计

状态估计是电池管理系统的核心之一，其功能是根据各种测量参数信息对于电池的运行状态进行估计，而电池温度的性能对电池本身的影响比较大，同时也是其它信息参数估计的基础。因此，状态估计对于电池系统管理的设计来说，是关键性很高的一项。

2、电池热管理系统

电池的温度过高或过低都会导致其寿命快速缩减，目前来讲，通常电池温度的测量仅针对于电池表面，而其内部的温度就需要采用热模型来进行详细估计[1]。电池热管理系统主要包括电池状态估计、参数检测、充电控制、自动均衡、以及热管理等多方面功能，通过电池测控、温度控制等，对电池温度进行控制与调节，使其处于良好的温度范围当中。电池热管理系统是保障电池寿命、性能以及安全的关键。

3、电池组的一致性与均衡

为了满足纯电动汽车的能量需要，一套完整的动力电池组需要数十到数千个同样规格型号的单体电池不等，而即便是同样的单体电池也无法保证其性能上的差异，尤其是对于车用电池来说，若生产时不注重其质量，控制不够得当，那么各单体电池间的性能、电压、荷电量等参数差异，最终会直接导致动力电池寿命的缩短，甚至影响到电池组的安全。而均衡管理可以在电池组成时进行有效维护，所以对于电池组来说，单体电池组的一致性和均衡管理是项重要并有着不错效果的关键技术。

4、安全充电管理

影响电池寿命的主要原因就是充电而导致的，再加上纯电动汽车的充电时间比较长，很容易造成电池发热等现象发生，从而影响电池的使用时间以及安全性能。所以，针对纯电动汽车快速充电这一问题，仍需进行研究。在确保负极不会出现析锂的情况下，尽量加强电流，使充电时间得到减少。

5、故障诊断技术

故障诊断技术是电池管理系统中的必要技术，依据多项检测法对参数、状态估计、以及实时检测等进行诊断分析。包括电池组不一致性的差异，也给故障诊断技术提供了一定的参考依据。具体可以应用软件诊断以及硬件诊断两种，其一计算能力较高，而硬件诊断具备响应快以及可靠性高的优势。因此，故障检测技术在电池管理系统当中有着有效的评估价值和重要性。

三、电池管理系统的总体设计

1、电路设计

由于单体电池的不一致性，加上不断循环充电，严重影响动力电池组的寿命和性能。为保障电池性能，提高电池利用时间，应使用均衡电路。动力电池组的均衡电路主要分为能耗型与回馈型两种。能耗型是指，对于每节单体电池提供并联分支，把电压较高的电池能量进行分流转移，以达到平衡的目的。反馈型是指，把单体电池间的偏离能量通过能量转换器传递到电池组，或者电池组当中的某个单体电池[2]。升压电路是把开关电源的直流输出转换为电池充电所需的电压和电流，并根据充电状态实时调整输出电压和电流。依据CPU的控制信号，升压电路会给电池组供应一定电流，电池的实时状态则会通过电压监控电路反应到CPU，它能够根据升压电路来达到对电池整体电流、以及充电电压的把握控制。凭借均衡电路对单体电池的充电速度与功率进行监测调整，确保电池组的一致性和安全性。

2、主控模塊设计

主控模快是电池管理系统的控制核心，主要负责包括电压及电流检测、热管理、故障诊断、电池保护、以及均衡控制等多方面。将采集到的电压、电流和电池温度等数据信息进行接收，并分析处理，根据诊断使对应的模块进行调整，确保电池的整体性能和安全。可采用MPC 5644 A控制器作为内核处理器，有着极强的处理能力和运算能力，对于电池管理系统来说基本能够满足其所需要求。

3、软件设计

系统软件设计也是电池管理系统的关键，主要负责其参数信息计算，比如电池的高低温度、以及电压、电流的大小等，有着很重要的分析和控制作用。可采用D S 2672作为处理芯片，其功能强大，很大一部分工作都能够自主完成[3]。另外，由于各个模块功能的不同，在软件系统设计当中，应采用分块设计，避免设计任务过多而造成的杂乱和遗漏等现象。

结束语

基于当前人们对绿色环境的追求，纯电动汽车在未来必将处于可观的发展趋势，而目前纯电动汽车发展的最大障碍，就是其电池性能。电力管理系统涉及面较广，知识深度强，虽然动力电池的性能和可使用性在不断增加，但仍有很大的可提升性，因此，针对纯电动汽车的电池管理系统仍需进行深入研究。

参考文献：

[1] 卢兰光， 李建秋， 华剑锋，等. 电动汽车锂离子电池管理系统的关键技术[J]. 科技导报， 2016， 34（6）：39-51.

[2] 严其艳， 杨立波， 谭汉洪. 电动汽车电池管理系统设计方案研究[J]. 南方农机， 2016， 47（5）：64-65.

[3] 于广. 电动汽车动力电池管理系统研究与设计[D]. 山东大学， 2016.