羅詩韻　汪洋

摘 要：受能源危機(jī)和環(huán)境污染的影響，作為電動汽車的重要組成部分之一的電池管理系統(tǒng)，逐漸受到重視。文章就電池管理系統(tǒng)在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，并針對其中較為典型的電池管理系統(tǒng)的性能特點(diǎn)進(jìn)行了對比分析。

關(guān)鍵詞：電池管理系統(tǒng)；電池；電動汽車

中圖分類號：U463.63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）27-0126-02

1 背 景

能源危機(jī)和環(huán)境污染是當(dāng)今世界面臨的兩大難題，因此，交通能源的可持續(xù)發(fā)展和交通領(lǐng)域的節(jié)能減排受到各國政府的高度重視。由于電動汽車技術(shù)具有節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，各國政府和各汽車企業(yè)促進(jìn)其得到了很大的發(fā)展，同時也促進(jìn)了電池技術(shù)及其管理技術(shù)的發(fā)展。電池管理系統(tǒng)是電動車電池系統(tǒng)的重要組成部分之一，在履行保證電池安全穩(wěn)定運(yùn)行的職責(zé)的同時，還需要優(yōu)化電池的使用進(jìn)程和延長電池使用壽命，因此，其重要性日漸彰顯。

2 電池管理系統(tǒng)簡介

電池管理系統(tǒng)（BMS）與電池緊密相關(guān)，目前一般指對除電池外的其他部件進(jìn)行控制，檢測電池的狀態(tài)以及電池組中各單體電池的狀態(tài)，并根據(jù)電池（組）的狀態(tài)對電池（組）進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂撇呗哉{(diào)整，可以接受上層控制模塊的控制信息并做出必要的響應(yīng)。電池管理系統(tǒng)能實(shí)時檢測動力電池（組）的電壓、電流、溫度等參數(shù)，并且對動力電池（組）進(jìn)行熱管理、均衡管理、絕緣檢測，計(jì)算動力電池（組）剩余容量、充放電功率，報(bào)告SOC&SOH狀態(tài)，通過通訊接口與整車控制器、電機(jī)控制器、能量管理系統(tǒng)、車載顯示系統(tǒng)等進(jìn)行實(shí)時通訊，實(shí)現(xiàn)對動力電池（組）的充放電管理以保證動力電池（組）安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

3 國外電池管理系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

3.1 美國的研究現(xiàn)狀

國外發(fā)達(dá)國家電池管理系統(tǒng)的研究起步較早，其中最早的電池管理系統(tǒng)在美國的托萊多大學(xué)被提出，因此，以美國研究的電動汽車電池管理系統(tǒng)最為前沿。美國研究較為成熟的電池管理系統(tǒng)目前包括：

①GM生產(chǎn)的電動汽車EVI所采用的電池管理系統(tǒng)，Aerovironment開發(fā)的SmartGuard電池管理系統(tǒng)，AC Propulsion開發(fā)的BatOpt高性能電池管理系統(tǒng)。

②EVI的電池管理系統(tǒng)由26個單體鉛酸蓄電池串聯(lián)而成，能對電池組的電流及單體電池的電壓進(jìn)行監(jiān)測，具有過放電報(bào)警系統(tǒng)和高壓斷電保護(hù)等功能。

③SmartGuard電池管理系統(tǒng)采用了分布式的方式對電池組的溫度和電壓進(jìn)行采集，能夠?qū)^充電等進(jìn)行自行監(jiān)控，并記錄下電池的使用歷史，挑選出狀態(tài)最不理想的電池，并提供其信息。

④BatOpt電池管理系統(tǒng)包括主控制模塊和電池監(jiān)控模塊2個主要模塊，每個單體電池的狀態(tài)信息通過監(jiān)控模塊檢測之后向主控制模塊傳輸，當(dāng)主控制模塊收到這些信息之后，則控制電池監(jiān)控模塊進(jìn)行優(yōu)化控制。

3.2 歐洲的研究現(xiàn)狀

在歐洲，電動汽車發(fā)展較快的當(dāng)屬德國，德國目前已有的比較成熟的電池管理系統(tǒng)主要有以德國門策電子有限公司和Werner Retzlaff為首設(shè)計(jì)的BADICHEQ電池管理系統(tǒng)及BADICOaCH電池管理系統(tǒng)，德國的B.Hauck設(shè)計(jì)的BATTMAN電池管理系統(tǒng)。

①BADICHEQ電池管理系統(tǒng)包含了26個蓄電池，它能夠?qū)﹄姵亟M工作電流、單體電池端電壓和溫度進(jìn)行采集，同時BADICHEQ電池管理系統(tǒng)還具有均衡充電控制、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)顯示、安全報(bào)警燈功能。

②針對BADICHEQ電池管理系統(tǒng)的不足，Mentzer Electronic GmbH公司對其進(jìn)行了改進(jìn)，這就是BADICOaCH電池管理系統(tǒng)。BADICOaCH相對于BADICHEQ來說，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)通信功能更為強(qiáng)大，反應(yīng)更為迅速。

③B.Hauck認(rèn)為不同型號的電池組的管理可分為共同部分的管理和特殊部分的管理，而且共同管理占很大的比重。因此B.Hauck提出的BATTMAN電池管理系統(tǒng)通過在軟件上增加選擇參數(shù)以及改變硬件跳線的辦法將不同型號的動力電池組做成同一個系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對不用型號電池組的管理。

3.3 日本和韓國的研究現(xiàn)狀

自1997年起，日本青森工業(yè)研究中心就一直致力于對電池管理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的研究。為了實(shí)現(xiàn)對汽車制動能量反饋以及最大功率控制，韓國先進(jìn)工程研究院與Ajou大學(xué)合作研制了一款電池管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由充電管理系統(tǒng)還有SAMSUNG SDI電池管理系統(tǒng)。SAMSUNG SDI電池管理系統(tǒng)的檢測單元能同時對40個單體電池進(jìn)行電池電壓、電流和溫度信號采集，通過采集的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對單體電池的均衡控制。

4 我國電池管理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

4.1 我國電池管理啟蒙時期

我國對于電動車的研究和開發(fā)始于第八個五年計(jì)劃，在第九個五年計(jì)劃期間由于環(huán)境等問題因素，“空氣凈化工程”啟動，到了第十個五年計(jì)劃，科技部正式提出發(fā)展新能源汽車，電動汽車重大專項(xiàng)也被批準(zhǔn)為國家第十個五年計(jì)劃的重點(diǎn)組織實(shí)施的重大專項(xiàng)之一，第十一個五年計(jì)劃啟動了“863”計(jì)劃，實(shí)施新能源汽車重大項(xiàng)目，在“十一五”規(guī)劃中，電動汽車行業(yè)不僅僅局限于整車動力系統(tǒng)技術(shù)平臺，同時也開始向整車產(chǎn)品開發(fā)和建立產(chǎn)業(yè)化技術(shù)配套體系轉(zhuǎn)型。

根據(jù)國家汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的發(fā)展要求，國家“863”計(jì)劃電動汽車重大專項(xiàng)，選擇了新一代電動汽車技術(shù)作為國內(nèi)汽車科技創(chuàng)新的主要研究方向，并將企業(yè)、高校和科研機(jī)構(gòu)組織到一起進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)。

4.2 我國電池管理發(fā)展時期

在全國3 000多名高科技人員、200多家大型汽車企業(yè)以及相關(guān)零部件企業(yè)的共同努力下，我國建立了以混合動力汽車、燃料電池汽車、純電動汽車整車技術(shù)為縱，以驅(qū)動電機(jī)、多能源動力總成、動力電池關(guān)鍵技術(shù)為橫的“三縱三橫”的電動汽車研發(fā)布局。

2009年公布的《汽車行業(yè)產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興計(jì)劃》確立了發(fā)展電動汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)模的目標(biāo)，2012年發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020）》也提出要在未來的10年內(nèi)以整車為主要方向，并且?guī)优c新能源車相關(guān)的動力電池、電機(jī)、電子控制和系統(tǒng)集成等產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

4.3 我國電池管理創(chuàng)新時期

在國家第十一個五年計(jì)劃以及“863”計(jì)劃的支持下，到2011年，我國在電動汽車以及混合動力汽車電池管理系統(tǒng)方面的研究已經(jīng)取得了較大的成就。

自1999年起，北京交通大學(xué)就已經(jīng)開始了電池管理系統(tǒng)的研究，并且形成了適應(yīng)不同車型的，不同結(jié)構(gòu)的電池管理系統(tǒng)。

自2000年起，北京航空航天大學(xué)也開始了對電池管理系統(tǒng)的研發(fā)工作。北京理工大學(xué)為北方客車BFC110EV研制出了以單片機(jī)為核心的鉛酸電池管理系統(tǒng)。比亞迪公司生產(chǎn)的混合動力汽車同樣采用了分布式的電池管理系統(tǒng)。其電池管理系統(tǒng)能夠?qū)恿﹄姵亟M的總壓力、總電流、工作溫度等進(jìn)行采集，并根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行電池組的安全管理以及熱管理等，并估算電池組的SOC。奇瑞汽車也采用分布式的電池管理系統(tǒng)，其電池組為多個電池模組，并使用CAN總線和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行通信，從而在電池管理模塊下對電池進(jìn)行安全穩(wěn)定和優(yōu)化管理。長安汽車也為其混合動力汽車研制出了電池管理系統(tǒng)，包括主控制電路板和采集電路板兩個主要子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對電流電壓的采集，并能對單體電池進(jìn)行熱管理和故障診斷和報(bào)警等。

電動汽車行業(yè)經(jīng)過幾年的發(fā)展之后，國內(nèi)的電池管理系統(tǒng)取得的突破較大，目前已經(jīng)較為接近國際水平。在電動汽車的立項(xiàng)研究課題中，北京理工大學(xué)承擔(dān)了EQ7200HEV混合動力轎車用鎳氫動力電池組及管理模塊、湖南神州公司承擔(dān)了EQ110HEV混合動力城市公交車用大功率鎳氫動力電池組及其管理模塊、蘇州星恒電源有限公司承擔(dān)了燃料電池轎車用高功率型鋰電池動力電池組及其管理系統(tǒng)等課題。除此之外，清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等也承擔(dān)了多能源動力總成控制系統(tǒng)和DC/DC變換器等一批相關(guān)課題。

5 結(jié) 語

電池管理系統(tǒng)的發(fā)展目前呈現(xiàn)出良好趨勢，雖然有多個大公司占據(jù)了電池管理系統(tǒng)的國內(nèi)外主流市場，但由于電動汽車的開發(fā)市場仍然具有巨大潛力，一些新公司根據(jù)電池管理系統(tǒng)的不同要求研發(fā)出具有自身特色的技術(shù)進(jìn)入該市場。由于電池本身和電池管理系統(tǒng)之間存在著技術(shù)難題，未來如果能合理有效地解決這個難題，電池管理系統(tǒng)將更好地服務(wù)電動汽車，從而取得更大的進(jìn)展。

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