大容量动力锂电池组管理系统研究

摘 要：新能源汽车的关键技术之一是动力电池。作为影响电动汽车整体成本的关键环节，动力电池的质量对电动汽车的续驶里程有直接影响。因此，通过研究开发大容量动力锂电池组管理系统，可实现对电池组的功率、电量、工作环境等多种技术指标的在线检测，对电池组的剩余电量进行动态估计，进而实现高效率、高节能和精准化的电池管理。

关键词：动力锂电池组；SOC；模块设计；石油

中图分类号：TM912 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.08.062

近年来，由于日益严重的环境污染问题和日益增长的石油和能源消耗，作为电动汽车发展关键技术的电源管理系统，受到了政府和世界主要汽车制造商的关注。大容量动力锂电池组管理系统包含多个处理模块：数据信息采集模块、SOC估计模块、电容监控模块、安全保障模块、热效应控制模块、数据通信和显示模块等。其中，多种能源模式综合利用与优化功能是通过SOC估算模块、电气控制模块综合实现的，可提高能源转化效率。延长用电时间功能是通过安全管控模块和热管理模块综合实现的。

1 数据信息采集模块

目前，根据电动车电池的功率、电量、工作环境等技术指标的动态变化等明显特征，有针对性地开展研究工作，以保障该领域数据信息采集的精确度，是主要的途径。在电动车电池管理系统的整体规划与设计中，针对前端感知系统采集到的信息数据进行实时处理，这是对电动车电池实现合理有效管理和控制，可确保其功能的稳定发挥。对于目前市场上现有的主流产品的实际情况，鉴于锂离子电池的安全性要求较高，具有内部阻抗高、工作电压变化较大等缺点，因此，通过提高系统前端设备信息采集精度，实现对每个单体电池电压的实时监测尤为必要。

2 SOC的估计模块

实现对电动车电池剩余容量的精确检测一直是该领域电控系统中的重点和难点。安时法主要是通过记录电池流出能量或输入能量，进而借助电流积分的方法实现在线监测，再结合电池初始记录，就可以计算出电池的电量情况，并及时将信息反馈给系统。该方法简单易行，与其他方法相比，具有成本较低、互动反馈良好等特点，且短时间内信息采集精度较高，但由于其自身的问题，该算法不能实现持久、独立使用。与传统算法相比，各种新型算法目前尚不成熟，甚至有些算法非常复杂，不仅对系统运行环境的要求较高，且在单片机等独立运行的系统上难以实现。受到以上因素的制约，这些新型算法在实际应用中还不多见，目前多数尚处于试验阶段，距离投产还有一段距离，但这是未来发展的方向。

3 电能电量监控模块

目前，动力电池一般由多节较大容量单体电池串联而成，由于单体电池之间存在不一致性，导致其使用环境受到较大的限制，且其配套的电池管理系统的电能电量监控模块也是研发工作的难点，该模块的技术水平直接影响了电池组的使用水平。电能电量监控模块的功能主要是实现充电过程的安全、可靠，通过对电池进行动态均衡充电，实时监测电池的工作状态以及工作环境等影响电池载体性能发挥的外部因素，进而开发和设计相关电池类型和控制电池充电、放电的算法模型，并将其投入到电池的实际生产中，建立电池管理系统的充放电控制规范。

4 安全管理模块

电池动态管理系统在安全管理技术研发方面主要侧重于对电池的保护，通过提高载体的绝缘能力、导电能量等硬件措施以及信息传输效率、前端设备感知能力等软件环境，可实现对高电压和高电流等危险因素的有效管控。为了实现电池在整车中的安全使用，必须通过在电池管理系统中建立完善的安全管理模块，而这方面技术的发展与行业整体发展水平相比仍有一定差距，虽然该模块的研制工作一直都是国内外各大知名汽车生产商和科研机构当前所面临和必须解决的问题，但受限于系统功能整合以及相关软件设计水平等，进展较慢。

5 热管理模块

多年实践发现，电动车电池的工作性能受到工作环境温度影响较大，甚至会影响到电池的使用寿命，进而影响电动车的使用。此外，铅酸电池、锂离子电池和镍氢电池的最佳工作温度为25～40 ℃，虽然现在很多科技企业及研究机构已经通过提升技术水平等将产品工作温度范围进行了扩大，但电池产品一旦工作温度变化超出以上范围，将导致电量均衡管理系统、电容、内阻和内存电量等产生明显差异。同时，温度的变化也是引起电池均衡问题的诱因之一。因此，在电池管理系统中通过增加热管理模块，可实现对产品的工作环境可调，是目前行业内的主流做法。

6 数据通信和显示模块

目前，每个BMS都设置了与计算机相连的通信端口，以实现通过计算机对电池数据信息进行分析控制。在电动汽车电池管理系统中，通过CAN总線通信方式进行数据传输是主流方式，该模块也是电池管理系统的重要组成部分。该系统主要采用LIN总线通信，在采用智能电池模块时，系统可以通过其数据通信和显示模块中的电力微波方法与控制器实现信息交换。与其他方法相比，以上两种通信方式均可以减少电池管理系统的线路总数，对电动汽车的线路进行整体优化，但其数据传输的实时性、可靠性和抗干扰能力与目前新能源汽车行业内普遍采用的CAN总线相比仍存在较大差距。

7 结束语

综上所述，作为制约电动汽车产业化进程的瓶颈技术，动力电池产业的发展受到了各国及相关行业企业的关注，随着电动汽车产业化进程逐步深入，基于新材料和结构的大容量动力锂电池组管理系统技术已经成为各国竞争的焦点，预计拓展车用动力电池使用寿命、工作环境、算法可靠性以及降低生产成本等是相关产业技术发展的主要方向。

〔编辑：张思楠〕