羅詩(shī)韻　汪洋

摘 要：受能源危機(jī)和環(huán)境污染的影響，作為電動(dòng)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(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，并針對(duì)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(duì)比分析。

關(guān)鍵詞：電池管理系統(tǒng)；電池；電動(dòng)汽車

中圖分類號(hào)：U463.63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(guó)政府的高度重視。由于電動(dòng)汽車技術(shù)具有節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，各國(guó)政府和各汽車企業(yè)促進(jìn)其得到了很大的發(fā)展，同時(shí)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(dòng)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(shí)，還需要優(yōu)化電池的使用進(jìn)程和延長(zhǎng)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(jiǎn)介

電池管理系統(tǒng)（BMS）與電池緊密相關(guān)，目前一般指對(duì)除電池外的其他部件進(jìn)行控制，檢測(cè)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(duì)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(shí)檢測(cè)動(dòng)力電池（組）的電壓、電流、溫度等參數(shù)，并且對(duì)動(dòng)力電池（組）進(jìn)行熱管理、均衡管理、絕緣檢測(cè)，計(jì)算動(dòng)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(shí)通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池（組）的充放電管理以保證動(dòng)力電池（組）安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

3 國(guó)外電池管理系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

3.1 美國(guó)的研究現(xiàn)狀

國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)的托萊多大學(xué)被提出，因此，以美國(guó)研究的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)最為前沿。美國(guó)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(dòng)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(gè)單體鉛酸蓄電池串聯(lián)而成，能對(duì)電池組的電流及單體電池的電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，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(duì)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(gè)主要模塊，每個(gè)單體電池的狀態(tài)信息通過監(jiān)控模塊檢測(cè)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(dòng)汽車發(fā)展較快的當(dāng)屬德國(guó)，德國(guó)目前已有的比較成熟的電池管理系統(tǒng)主要有以德國(guó)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(guó)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(gè)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(shí)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(duì)BADICHEQ電池管理系統(tǒng)的不足，Mentzer Electronic GmbH公司對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，這就是BADICOaCH電池管理系統(tǒng)。BADICOaCH相對(duì)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(hào)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(hào)的動(dòng)力電池組做成同一個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不用型號(hào)電池組的管理。

3.3 日本和韓國(guó)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(duì)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(duì)汽車制動(dòng)能量反饋以及最大功率控制，韓國(guó)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(cè)單元能同時(shí)對(duì)40個(gè)單體電池進(jìn)行電池電壓、電流和溫度信號(hào)采集，通過采集的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電池的均衡控制。

4 我國(guó)電池管理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

4.1 我國(guó)電池管理啟蒙時(shí)期

我國(guó)對(duì)于電動(dòng)車的研究和開發(fā)始于第八個(gè)五年計(jì)劃，在第九個(gè)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(dòng)，到了第十個(gè)五年計(jì)劃，科技部正式提出發(fā)展新能源汽車，電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)也被批準(zhǔn)為國(guó)家第十個(gè)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(gè)五年計(jì)劃啟動(dòng)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(dòng)汽車行業(yè)不僅僅局限于整車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)，同時(shí)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(guó)家汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的發(fā)展要求，國(guó)家“863”計(jì)劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)，選擇了新一代電動(dòng)汽車技術(shù)作為國(guó)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(guó)電池管理發(fā)展時(shí)期

在全國(guó)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(guó)建立了以混合動(dòng)力汽車、燃料電池汽車、純電動(dòng)汽車整車技術(shù)為縱，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)、多能源動(dòng)力總成、動(dòng)力電池關(guān)鍵技術(shù)為橫的“三縱三橫”的電動(dòng)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(dòng)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)?dòng)與新能源車相關(guān)的動(dòng)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(guó)電池管理創(chuàng)新時(shí)期

在國(guó)家第十一個(gè)五年計(jì)劃以及“863”計(jì)劃的支持下，到2011年，我國(guó)在電動(dòng)汽車以及混合動(dòng)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(duì)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(dòng)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)?dòng)力電池組的總壓力、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(gè)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(duì)電池進(jìn)行安全穩(wěn)定和優(yōu)化管理。長(zhǎng)安汽車也為其混合動(dòng)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(gè)主要子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流電壓的采集，并能對(duì)單體電池進(jìn)行熱管理和故障診斷和報(bào)警等。

電動(dòng)汽車行業(yè)經(jīng)過幾年的發(fā)展之后，國(guó)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(guó)際水平。在電動(dòng)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(dòng)力轎車用鎳氫動(dòng)力電池組及管理模塊、湖南神州公司承擔(dān)了EQ110HEV混合動(dòng)力城市公交車用大功率鎳氫動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(yǔ)

電池管理系統(tǒng)的發(fā)展目前呈現(xiàn)出良好趨勢(shì)，雖然有多個(gè)大公司占據(jù)了電池管理系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外主流市場(chǎng)，但由于電動(dòng)汽車的開發(fā)市場(chǎng)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(chǎng)。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(gè)難題，電池管理系統(tǒng)將更好地服務(wù)電動(dòng)汽車，從而取得更大的進(jìn)展。

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