电池管理系统对电动汽车发展的影响

摘 要：随着新能源汽车概念的普及，越来越多的电动汽车进入人们的日常生活中。区别于传统燃油车，电动汽车上最主要的三个部件分别是电池、电机和电控，其中动力电池作为电动汽车动力的核心，起着极其重要的作用。而作为动力电池、整车控制以及电机的连接，电池管理系统的重要性不言而喻。文章主要通过分析电池管理系统的结构功能，进一步说明其在电动汽车上的重要性。

关键词：电池管理系统；电动汽车；动力电池

1 概述

电动汽车的发展离不开动力电池的帮助，电动汽车使用的动力电池需要高功率密度、高能量密度、寿命长、环保等要求，这就需要对电池进行行之有效的管理控制。由于电池内部的电化学反应的难以捉摸，仅仅依靠动力电池自身难以满足电动汽车的使用要求，要让动力电池在电动汽车上充分发挥其性能，离不开电池管理系统的帮助。电池管理系统在电动汽车的运行过程中主要是对电池组各项性能监测，保护电池防止过早失效，并具有各种告警功能等，因此电池管理系统在电动汽车的使用过程中发挥着极大的作用。

2 电池管理系统结构

电池管理系统根据其拓扑结构主要分为三种构型，分别是集中式系统、半分布式系统和分布式系统。

2.1 集中式系统

所谓集中式，是将整个电池系统的电压采集功能以及温度采集功能集中在一块管理系统板上，由整车控制器直接控制高压继电器。大部分低压的HEV以及特种车都采用这样的结构。这种结构的优点是结构比较简单，成本较低，但缺点是可扩展性较差，只能适用于较小的电池组。

2.2 半分布式系統

是将采集功能集成在电池组上，管理系统与采集模块通过线束进行连接。这种方式主要用于模组排布比较奇特的电池系统，优点是整个系统的部件较少，缺点是成本较高。

2.3 分布式系统

将电池模组的采集功能与管理功能分离，整个系统形成电池组管理单元、电池管理控制单元、高压继电器控制单元，这种方式的优点是可以将模组装配过程简化，采样线束简单，并且在电池系统较大时，这种模式优势更加明显。缺点是成本高，电池组管理单元需要单独的MCU进行管理控制，独立的CAN总线需要将各个模块的信息整合发送给电池管理控制单元。但是由于其良好的可扩展性，在越来越多的电动汽车上得到应用。

3 电池管理系统的主要功能

3.1 估算动力电池组的荷电状态

电池组的荷电状态（State of Charge，即SOC），即电池剩余电量。对动力电池的SOC进行估算，主要是为了发挥电动汽车的动力电池性能以及提高行车安全性。

3.2 动力电池组状态采集

状态采集功能是电池管理系统最基本的功能，电动汽车使用的动力电池组一般由几十只甚至上百只电池串并联使用，动力电池组的状态采集包括电池电压采集、温度采集以及电流采集。电池管理系统对电池组状态进行采集并反馈至处理器终端，经处理器进行数据分析处理后，由各执行部件进行显示、警示以及控制等。

3.3 充放电状态控制

电动汽车的充放电控制主要是通过电池管理系统与充放电设备、充电桩（机）等进行硬件连接确认以及通讯，从而从充放电设备上获取需求的电压、电流，对动力电池进行充电。

3.4 均衡控制

动力电池组由于生产工艺、工作环境以及电池老化的不同造成电池成组后存在差异。这种差异可能会降低电池组的总容量，如果在实际使用过程中不对电池组进行均衡控制，长时间使用可能会导致电池组过度充电或过度放电，严重时将永久性地损坏电池。目前电池管理系统对电池组的均衡控制主要分为主动均衡与被动均衡两种模式，实现方法有电流分流法、能量转移法等。电池管理系统的均衡控制有利于提高动力电池的使用寿命，增加电动汽车的行驶里程。

3.5 通讯功能

电动汽车上的通讯包括电池管理系统之间的通讯、电池管理系统与整车的通讯、电池管理系统与充电桩之间的通讯。通讯功能主要是通过CAN通讯进行实现。

3.6 状态指示功能

电池管理系统将采集到的电压、温度、电流信号通过CAN通讯传送至整车控制器，通过电动汽车安装的仪表显示电池组电压、温度、充放电电流以及SOC，以此来指导驾驶员进行相关操作。

3.7 保护功能

电池管理系统保护功能一般包括：欠压保护、过压保护、过流保护、过热保护等。在电池充放电过程中对电池组的工作性能、安全性能进行监测，并将监测的有关数据进行分析处理，对过压、过流、欠压、绝缘等提出警示、警告与控制，通过执行器件进行断电保护。

4 电池管理系统在电动汽车上的重要性

电池管理系统对电动汽车的影响，总起来说是对电动汽车电池组寿命的影响。一般来说影响电池寿命原因可以分为内部因素和外部因素，内部因素主要由电池生产阶段所决定，电池生产完成后已经无法改变。而外部因素则是后期电池使用维护过程所决定的，这其中起到决定性影响的是电池管理系统。电池管理系统对电动汽车的影响主要体现在以下几个方面：

4.1 热管理的影响

电池组的温度对电池性能有着很大的影响，尤其是高温和低温都直接决定电池组的循环寿命。电池管理系统可以通过散热系统以及加热组件来控制温度，在高温时通过开启散热风扇或者水冷系统将电池组温度降低，低温时则通过开启加热片或者加热膜来升高电池组的温度。

4.2 充放电控制的影响

众所周知，充电控制方式对电池寿命也具有非常重要的影响，过充与过放都有可能永久性损坏电池组。电池管理系统通过与充电设备或者充电站之间的通讯交互，获得合适的充电电压、充电电流，在整个充电过程中时刻监测电池的电压、温度信息，并将电压、电流作为反馈信息，调节充电电流，以满足电池的满充状态。

4.3 状态采集以及保护机制的影响

电池组状态采集在整个电动汽车运行过程中都是极其重要的一项内容，电池管理系统能否及时有效的采集电池运行状态除了对电动汽车的行驶产生影响外，还影响着驾驶人的生命安全。电池管理系统如果不能及时反馈电池组信息，继电器等执行系统将不能及时响应，严重时会导致电池热失控、高压电击等严重事故。

5 结束语

对于电动汽车而言，动力电池是其最为重要的构成部分，而对于动力电池来说，电池管理系统则是必不可少的，所以，电池管理系统对于电动汽车整体表现与安全可谓至关重要。加大对电池管理系统的研究开发力度，提高电池管理系统的可靠性对于新能源汽车的发展影响不可忽视。

参考文献

[1]谭晓军.电动汽车动力电池管理系统设计[M].广州：中山大学出版社，2011，11：4-8.

[2]黎继刚.锂离子动力电池管理系统的研究与实现[D].浙江：浙江理工大学，2010.

[3]张巍.纯电动汽车电池管理系统的研究[D].北京：北京交通大学，2008.

作者简介：张鹏，本科，单位：力神（青岛）新能源有限公司，研究方向：锂电池管理系统。