新能源汽车锂电池管理系统研究与设计解析

李杰才

摘 要：随着我国经济的发展，人们对于汽车的需求逐步提高，这极大促进的汽车行业的发展。能源的枯竭使得新能源汽车逐步走进我们的視野。电池管理系统（BMS）是新能源汽车重要组成部分，在确保行车安全的同时，提高运行效率，进而提升锂电池使用寿命。

关键词：新能源汽车；锂电池；管理系统

一、新能源汽车锂电池管理系统简述

新能源汽车有四大组成部分，包括驱动电机及控制组、整车控制技术、汽车供电电池组和锂动力电池管理系统。新能源汽车锂电池管理系统（BMS）俗称电池保姆或电池管家，是连接车载动力电池和电动汽车的重要枢纽。主要功能就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。

二、新能源汽车锂电池管理系统特点

电池管理系统无论在车辆运行过程中还是在充电过程中都要可靠的完成电池状态的实时监控和故障诊断，并通过总线的方式告知车辆集成控制器或充电机，以便采用更加合理的控制策略，达到有效且高效使用电池的目的。一个成功的电动汽车电池管理系统需要具备以下一些基本特点：

（1）完善的系统功能

BMS具备电池状态的实时监控、数据处理、故障分析和定位、SOC 估算、数据传输、运行数据存储、数据转储和数据库管理等功能。

（2）检测精度高

电压检测方面，BMS采用浮地的电压检测结构和采用专用双积分ATD芯片，充分考虑充电时电网的交流纹波影响，有效地解决了共地的问题，避免了累积误差，使得电压检测的精度达到0.5%；温度检测方面，在保证温度误差在±0.5℃的范围内的前提下还充分考虑温度传感器的可扩展性；电流检测方面，采用全范围、等精度的传感器和高精度专用集成芯片，满足电流检测和能量累积的需要，使得电流检测的精度达到0.5%。

（3）接口简单

为便于用户使用，BMS在保证上述功能的同时，对外输出接口进行了简化，对外连接只包括电源线和通讯线。

（4）齐备的辅助设备

为了简化用户的操作和增强系统的直观性，电池管理系统设计了便携式故障诊断和数据存储仪，实现了故障的诊断和定位，大大增强了现场解决电池故障的能力。

三、新能源汽车锂电池管理系统检测指标

一般要实现以下几个功能：首先，准确估测动力电池组的荷电状态，即电池剩余电量，保证SOC维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池的损伤，从而随时预报混合动力汽车储能电池还剩余多少能量或者储能电池的荷电状态。

其次，动态监测动力电池组的工作状态。在电池充放电过程中，实时采集电动汽车蓄电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压，防止电池发生过充电或过放电现象。同时能够及时给出电池状况，挑选出有问题的电池，保持整组电池运行的可靠性和高效性，使剩余电量估计模型的实现成为可能。除此以外，还要建立每块电池的使用历史档案，为进一步优化和开发新型电、充电器、电动机等提供资料，为离线分析系统故障提供依据。

最后，实现单体电池间的均衡，即为单体电池均衡充电，使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。均衡技术是目前世界正在致力研究与开发的一项电池能量管理系统的关键技术。

四、新能源汽车锂电池管理系统硬件结构设计

锂电池在使用过程中，工作温度、电流、电压要控制在合理范围内，并实时关注锂电池状态参数。过放电或过充电都会对其使用寿命产生负面影响，并带来一定的安全隐患。锂电池管理系统应具备以下功能：状态估计、故障诊断、数据显示、安全管理、热管理（温度控制）、数据采集（温度、电压、电流）、能量管理（充电机、负载）、数据通讯（上位机、整车控制器）等。

为了使锂电池能在相对安全的环境下运行，特别是数量较多的电池进行串联时，对锂电池管理系统来说，就提出了更高要求。要能够精确采集电压、电流数据。系统稳定性要强，且具备一定的抗干扰能力。系统响应时间要尽肯能短，并能够对电池进行实时保护。当所需处理的数据较多时，锂电池管理系统要具备强大的处理功能。

在对能源汽车锂电池管理系统硬件结构进行设计时，上层的主控制器为DSP，实现对系统的控制与计算任务，主要包括报警处理、数据处理、充放电控制、均衡管理、计算荷电状态以及对锂电池的电压、电流温度进行实时采集等。

底层的控制器则由单片机组成。单片机主要负责对均衡单元、电压以及温度进行采集，并将实时采集信息通过CAN通讯传送到主控制器DSP中。主控制器DSP根据所传的单体电池状态、锂电池电压及电流温度、电池电量等数据，对下层的控制器进行控制，对运行过程及充放电情况进行实时监测。

锂电池管理系统中的开关量较多，为了确保控制器系统和低边开关系统能够有效隔离和电平匹配，要将微控制器XMC4500指令先通过SN74LV4245进行转换，再进入TLE6220的输入端进行继电器的控制。

结束语

新能源汽车锂电池管理系统是新能源汽车技术的重要组成部分，能够直接影响新能源汽车的安全运行。将电池电压温度、充放电控制、计算主控制器荷电状态进行分离控制，能有效实现锂电池管理系统监测，并使新能源汽车产业更加快速的发展。

（作者单位：湖南人文科技学院）