電動汽車動力電池管理系統構成及功能概述

　　電池系統在不同運行工況下由于其自身有一定的內阻，在輸出功率、電能的同時產生一定的熱量從而產生熱量累積使電池溫度升高，空間布置的不同使得各處電池溫度并不一致。當電池溫度超出其正常工作溫度區間時，必須限功率工作，否則會影響電池的壽命。為了保證電池系統的電性能和壽命，動力電池系統一般設計具有熱管理系統。電池熱管理系統是用來確保電池系統工作在適宜溫度范圍內的一套管理系統，主要由電池箱、傳熱介質、監測設備等部件構成。

　　電池管理系統在熱管理上的主要功能是對電池溫度進行準確地測量和監控，在電池組溫度過高時的有效散熱和通風用以保證電池組溫度場的均勻分布。在低溫的條件下，能夠進行快速加熱使電池組達到能夠正常工作的環境。

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　　安全保護作為整個電池管理系統最重要的功能，是基于前面四個功能而進行的。主要包括過電流保護、過充過放保護、過溫保護和絕緣監測。

　?。?）過電流保護

　　由于電池都具備一定的內阻，當電池在工作時電流過大會造成電池內部發熱，熱量積累增加造成電池溫度上升，從而導致電池的熱穩定性下降。對于鋰離子電池來說，正負極材料的脫嵌鋰離子能力是一定的，當充放電電流大于其的脫嵌能力時，將導致電池的極化電壓增加，導致電池的實際容量減小影響電池使用壽命，嚴重時會影響電池的安全性。電池管理系統會判斷電流值是否超過安全范圍，一旦超過則會采取相應的安全保護措施。

　?。?）過充過放保護

　　在充電過程中，充電電壓超過電池截止充電電壓時，將會引起正極晶格結構被破壞，導致電池容量變小。并且電壓過高時會進而造成正負極短路發生爆炸的隱患。過充電是被嚴格禁止的。BMS會檢測系統中單體電池的電壓，當電壓超過充電限制電壓時，BMS會斷開充電回路從而保護電池系統。

　　在放電過程中，放電電壓低于電池放電截止電壓時，電池負極上的金屬集流體將被溶解，給電池造成不可逆的損害。給過度放電的電池充電時會有內部短路或者漏液的可能。當電壓超過放電限制電壓時，BMS會斷開放電回路從而保護電池系統。

　?。?）過溫保護

　　對于過溫保護，需要結合上面的熱管理功能進行。電池活性在不同溫度下有所不同。長時間處在高溫環境下，電池材料的結構穩定性會變差縮短電池使用壽命。低溫下電池活性受限會造成可用容量減小，尤其是充電容量將變得很低，同時可能產生安全隱患。電池管理系統能夠在電池溫度超過高溫限制值或是低于低溫限制值時，均會禁止進行充放電。

　?。?）絕緣監測

　　絕緣監測功能也是保證電池系統安全的重要功能之一。電池系統電壓通常有幾百伏，一旦出現漏電將會對人員形成危險， 所以絕緣監測功能就顯得相當重要。BMS會實時監測總正和總負對車身搭鐵的絕緣阻值，如果出現絕緣阻值低于安全范圍，則會上報故障并斷開高壓電。

　　系統設計及技術要求

　　在進行電池管理系統設計時，前期首先需要根據整車的設計要求確定BMS的功能，然后確定其拓撲結構，之后是主要工作內容的軟硬件設計，在完成以上基本工作之后要進行BMS單元測試及動力電池組整體測試。在進行軟硬件設計之前，單體電池的充放電、容量、電阻等特性都需要進行測試以便更好進行保護電路設計、算法設計等。

　　進行硬件設計時要結合軟件算法的需求，在電路板開發及元器件設計上需要注意耐壓絕緣、抗電磁干擾、電磁兼容、通信隔離和通風散熱等。一般的軟件設計功能包括電壓檢測、溫度采集、電流檢測、絕緣檢測、SOC 估算、CAN 通訊、放電均衡功能、系統自檢功能、系統檢測功能、充電管理、熱管理等。

　　相關硬件設計則對軟件設計的功能提供支持，比如MCU模塊用來采集、分析數據、收發控制信號；電流檢測模塊則是采集電池組充放電過程中的充放電電流。

　　總結

　　作為電動汽車的核心——動力電池系統的管理技術，電池管理系統在很多功能方面仍存在不足。在電動汽車蓬勃發展的當下，可以通過大量數據和技術的積累對電池管理系統的功能進行不斷完善。實現完備功能的電池管理系統設計需要各方的不斷努力，包括優化硬件設計、提高軟件的自適應性和實現低功耗設計。