電動汽車(包括混合動力、純電動)對電池管理系統(tǒng)的設(shè)計提出了特殊的要求,在詳細(xì)分析了電動汽車對鋰離子電池管理系統(tǒng)(batterymanagementsystem,BMS)的要求的基礎(chǔ)上，本文介紹了一種電動汽車用鋰離子電池管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，該方法具有模塊化設(shè)計，電壓、電流精確測量，集成故障診斷功能等特點(diǎn)。

HEV（HybridElectricVehicle）、PHEV（Plug-inHEV）、FCV（FuelCellVehicle）、EV（ElectricVehicle）的動力的一部分或者全部是來自于電機(jī)的，所以被稱為電動汽車輛家族，這些車輛可以高效率的利用能量。雖然有多種電池是可能的候選對象,但目前最具競爭力的是鎳氫電池和鋰離子電池，由于鋰離子電池能量密度和功率密度都比鎳氫電池高，目前成為國際各大公司研發(fā)的重要方向。

電池管理系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可分為集中式和分布式兩大類,分別適合于不同的電池組結(jié)構(gòu)形式。集中式的電池管理系統(tǒng)適合于單體電池數(shù)目不多、結(jié)構(gòu)緊湊的電池組,分布式的電池管理系統(tǒng)適合于單體數(shù)目較多、分布比較分散的電池組。

本文提出了一種使用數(shù)據(jù)采集專用芯片的電池管理系統(tǒng)方法的分布式電池管理系統(tǒng)，具有電池信息采集、電池荷電狀態(tài)SOC估計、電池安全管理以及和整車通信的功能。

在使用電動汽車動力鋰電池時，須使電池工作在合理的電壓、電流、溫度范圍內(nèi)。否則，不僅可能會顯著縮短電池壽命，還可能會帶來安全性的事故。

另外,由于目前鋰離子電池的生產(chǎn)工藝的制約,各單體電池之間不可防止地會存在差異性,電池在長期使用過程中,電動汽車的各種運(yùn)行工況工況會加劇它們之間的差異,表現(xiàn)為單體電池之間容量、電壓和內(nèi)阻的差異和由此而產(chǎn)量的對電池SOC計算的差異，所以還必須設(shè)計均衡電路來保證電池的安全工作狀態(tài)和能量效率利用的最大化。

雖然各單體電池串聯(lián)工作,在其使用過程中充電和放電電流相同,但由于電池一致性的差異以及通風(fēng)散熱條件的不同,其電池工作時所處的溫度變化也會不同,電池管理系統(tǒng)還應(yīng)能監(jiān)控電池包/箱中溫度場的分布情況并及時給出報警或要求調(diào)整電池工作電流的信號。

綜上所述,電池管理系統(tǒng)要具有如下功能：

1)容量預(yù)測：在實(shí)時充放電過程中，能在線監(jiān)測電池容量/能量，并能隨時給出整個電池系統(tǒng)的剩余容量。

2)在電源接通時，對系統(tǒng)自檢，若一切正常，發(fā)出可以正常工作信號，若有問題，發(fā)出故障信號，并切斷強(qiáng)電開關(guān)。

3)過流、過壓、溫度保護(hù)：在電池（包括系統(tǒng)整體和各個模塊）發(fā)生過流、過壓、和溫度超標(biāo)時，能將電池的充放電回路切斷，給出聲光示警信號，并通知給整體管理系統(tǒng)。當(dāng)被保護(hù)電池的保護(hù)因素消失，則保護(hù)功能要取消。

4)與整車通訊：采用CAN總線的方式與整車管理系統(tǒng)進(jìn)行通訊。

5)故障預(yù)警：在電池使用過程中，隨時記錄電池使用參數(shù)，通過一定的數(shù)學(xué)模型并判斷電池的有效性，若發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中有電池失效或是將要失效或是與其它電池不一致性增大，則要有聲光示警并通過通訊方式通知到整車管理系統(tǒng)。

6)充電控制：當(dāng)電池的荷電量不足時，根據(jù)當(dāng)前電壓，對充電電流提出要求，滿足限壓變流的充電方式，并能記錄充入的電量，當(dāng)達(dá)到或是超過設(shè)定的電壓或荷電量時，停止充電請求。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電池管理系統(tǒng)的構(gòu)成由電池管理單元（BatteryControlUnit）、電池組（由若干電池模塊串聯(lián)而成）和接線盒組成，如圖2所示。

電池管理系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)上述功能要求,本文提出了一種電池管理系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法,如圖3所示,該圖表示了基于菊花鏈和SPI總線的管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

電池管理系統(tǒng)由1個主控制器（Master）和N個模塊控制器（Slave）組成。6節(jié)電池為一個電池模塊,每個模塊由Slave管理,各Slave之間通過菊花鏈連接，最后一個Slave通過SPI總線與Master通訊，發(fā)送數(shù)據(jù)并接受其命令。

主控制器（Master）的功能

(1)與Slave之間、車輛其他控制器之間的通信;

(2)電壓和電流測量;

(3)SOC的估算;

(4)最大可充電能量和可放電能量的計算;

(5)Fail-Safe安全模式

(6)自動斷開（過充、過放、過流、過壓、短路等）

(7)OBD

模塊控制器（Slave）的功能

(1)單體電池電壓、溫度測量;

(2)與Slave（或Master）通信

(3)控制均衡電路。

通信方式

模塊控制器采用了ADI7280電池模塊監(jiān)視芯片，它最多支持50個模塊以菊花鏈?zhǔn)降臋C(jī)構(gòu)串聯(lián)，同時還具有SPI總線，可以與主控制器通信。

均衡電路方法

均衡電路分為主動式和被動式。本文采用的是被動式的均衡電路，放電電流為電池容量的1%。

SOC計算方法

方法中的SOC的估算采用以下方法:在電池輸出電流足夠小、累計時間足夠長(具體電流和時間值要通過試驗(yàn)測得)時采用OCV值來估算SOC,其他情況下要通過計算電流積分來估算SOC。SOC的估算值的準(zhǔn)確程度與下面幾個參數(shù)有關(guān):OCV和SOC之間的對應(yīng)關(guān)系的準(zhǔn)確程度、電流積分值計算的準(zhǔn)確程度、單體電池的電壓測量精度等。

常用的SOC估計方法有安時計量法、開路電壓法、內(nèi)阻測量法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。開路電壓法是最簡單的方法，但只適用于電池長時間開路或恒電流放電的情況。卡爾曼濾波器算法的優(yōu)點(diǎn)是對SOC初始誤差不敏感，特別適用于電流波動劇烈的電動汽車應(yīng)用環(huán)境。本文采用的是開路電壓法和卡爾曼濾波器相結(jié)合的方法。

OBD

傳統(tǒng)汽車的車載診斷系統(tǒng)（OBD）一般包括功能監(jiān)控、錯誤檢測、記錄、存儲故障信息、讀取數(shù)據(jù)等、EOL、ReProgram、VIN識別等功能[5]。對電動汽車來說，電池是重要的組成部分。為了更好的管理和維護(hù)電池，本文設(shè)計的電池管理系統(tǒng)帶有OBD功能。