隨著能源緊缺、石油漲價(jià)、城市環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，替代石油的新能源的開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越被各國(guó)政府所重視。在新能源體系中，電池系統(tǒng)是其中不可或缺的重要組成部分。近年來(lái)，以鋰電池為動(dòng)力的電動(dòng)自行車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池汽車(chē)等受到了市場(chǎng)越來(lái)越多的關(guān)注。動(dòng)力電池在交通領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)于減少溫室氣體的排放、降低大氣污染以及新能源的應(yīng)用有著重要的意義。其中鋰電池以高能量密度、高重復(fù)循環(huán)使用次數(shù)、重量輕以及綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)越來(lái)越受到人們的關(guān)注，所以在手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)工具等便攜式手持設(shè)備中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，并已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入電動(dòng)車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)等大功率的應(yīng)用中，成為全球電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的熱點(diǎn)

但是由于鋰電池在加熱、過(guò)充/過(guò)放電流、振動(dòng)、擠壓等濫用條件下可能導(dǎo)致電池壽命縮短以致?lián)p壞，甚至?xí)l(fā)生著火、爆炸等事件，因此安全性問(wèn)題成為動(dòng)力鋰電池商業(yè)化推廣的主要制約因素。安全型、低成本、長(zhǎng)壽命鋰離子電池的安全標(biāo)準(zhǔn)、安全評(píng)價(jià)方法、電池制造過(guò)程的安全與可靠性控制以及通過(guò)正負(fù)極材料、電解質(zhì)與隔膜優(yōu)選改善電池安全與可靠性是實(shí)現(xiàn)確保大型動(dòng)力鋰離子電池安全可靠，實(shí)用化的關(guān)鍵。而電池管理系統(tǒng)作為電池保護(hù)和管理的核心部件，不僅要保證電池安全可靠的使用，而且要充分發(fā)揮電池的能力和延長(zhǎng)使用壽命，作為電池和車(chē)輛管理系統(tǒng)以及駕駛者溝通的橋梁，電池管理系統(tǒng)對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)性能起著越來(lái)越關(guān)鍵的作用。

電池管理系統(tǒng)的主要功能

電池管理系統(tǒng)與電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池緊密結(jié)合在一起，對(duì)電池的電壓、電流、溫度進(jìn)行時(shí)刻檢測(cè)，同時(shí)還進(jìn)行漏電檢測(cè)、熱管理、電池均衡管理、報(bào)警提醒，計(jì)算剩余容量、放電功率，報(bào)告SOC&SOH狀態(tài)，還根據(jù)電池的電壓電流及溫度用算法控制最大輸出功率以獲得最大行駛里程、以及用算法控制充電機(jī)進(jìn)行最佳電流的充電，通過(guò)CAN總線(xiàn)接口與車(chē)載總控制器、電機(jī)控制器、能量控制系統(tǒng)、車(chē)載顯示系統(tǒng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。圖1為電池管理系統(tǒng)的簡(jiǎn)單框圖。

電池管理系統(tǒng)的基本功能：1）監(jiān)測(cè)單體電芯的工作狀況，例如單體電池電壓、工作電流、環(huán)境溫度等。2）保護(hù)電池，避免電池工作在極端的條件下發(fā)生電池壽命縮短，損壞，甚至發(fā)生爆炸、起火等危害人身安全的事故。

一般而言，電池管理系統(tǒng)必須具備以下電路保護(hù)功能：過(guò)壓和欠壓保護(hù)、過(guò)流和短路保護(hù)、過(guò)高溫和過(guò)低溫保護(hù)、為電池提供多重保護(hù)以提高保護(hù)和管理系統(tǒng)的可靠性(硬件執(zhí)行的保護(hù)具有高可靠性、軟件執(zhí)行的保護(hù)具有更高的靈活性、管理系統(tǒng)關(guān)鍵元器件失效的保護(hù)為用戶(hù)提供第三重保護(hù))。這些功能可以滿(mǎn)足大部分手機(jī)電池、電動(dòng)工具和電動(dòng)自行車(chē)應(yīng)用的需要。

電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電池管理系統(tǒng)提出更高挑戰(zhàn)

電動(dòng)汽車(chē)電池集成系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放的動(dòng)力系統(tǒng)，它通過(guò)汽車(chē)級(jí)CAN總線(xiàn)進(jìn)行通信，和車(chē)輛管理系統(tǒng)、充電機(jī)、電機(jī)控制器協(xié)同工作，以滿(mǎn)足汽車(chē)以人為本的安全駕駛理念。因此汽車(chē)級(jí)電池管理系統(tǒng)必須做到：滿(mǎn)足TS16949和汽車(chē)電子的要求、實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集和高可靠性、汽車(chē)級(jí)CAN總線(xiàn)通訊、高抗電磁干擾的能力(最高級(jí)別的EMI/EMC要求)、在線(xiàn)診斷功能。

其主要功能為：電池電壓和溫度等信息的高速采集；實(shí)現(xiàn)電池高效率均衡，充分發(fā)揮電池集成系統(tǒng)的容量從而提高電池集成系統(tǒng)的壽命，同時(shí)減小熱量的產(chǎn)生；電池的健康狀況和剩余電量的估算和顯示；高可靠的通訊協(xié)議(汽車(chē)級(jí)CAN通訊網(wǎng)絡(luò))；動(dòng)力總成技術(shù)要保證電池發(fā)生任何安全使用的前提下，充分發(fā)揮電池的潛力，保證電池的性能，提高電池的壽命；電池的溫度和散熱管理，是電池系統(tǒng)工作在溫度相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境條件；漏電檢測(cè)以及復(fù)雜的地線(xiàn)設(shè)計(jì)。

由于電動(dòng)汽車(chē)中電池的分布環(huán)境非常復(fù)雜，處于高壓大功率的工作狀態(tài)，對(duì)EMI/EMC要求非常高，這就為電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。

電動(dòng)汽車(chē)電池系統(tǒng)的層次化、模塊化設(shè)計(jì)

由于電動(dòng)車(chē)電池系統(tǒng)是由成百上千個(gè)電芯單元集成，考慮到汽車(chē)的空間、重量的分配和安全的要求，這些電芯單元被劃分成標(biāo)準(zhǔn)的電池模塊，分布在汽車(chē)底盤(pán)不同的位置，由動(dòng)力總成和中央處理單元統(tǒng)一管理；每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電池模塊也是有多個(gè)電芯通過(guò)并聯(lián)和串聯(lián)組成，由模塊的電控單元進(jìn)行管理，通過(guò)CAN總線(xiàn)把電池模塊的信息匯報(bào)給中央處理器和動(dòng)力總成單元，中央處理器和動(dòng)力總成單元把這些信息經(jīng)過(guò)處理以后，把最終的有關(guān)集成系統(tǒng)的信息如剩余電量、健康狀況以及電池的能力相關(guān)信息等通過(guò)CAN總線(xiàn)匯報(bào)給車(chē)輛管理系統(tǒng)。電動(dòng)汽車(chē)電池系統(tǒng)的層次化，模塊化的設(shè)計(jì)就要求電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的層次化、模塊化。