电动汽车电池管理系统设计

随着能源紧缺、石油涨价、城市环境污染的日益严重，替代石油的新能源的开发利用越来越被各国政府所重视。在新能源体系中，电池系统是其中不可或缺的重要组成部分。近年来，以锂电池为动力的电动自行车、混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车等受到了市场越来越多的关注。动力电池在交通领域的应用，对于减少温室气体的排放、降低大气污染以及新能源的应用有着重要的意义。其中锂电池以高能量密度、高重复循环使用次数、重量轻以及绿色环保等优势越来越受到人们的关注，所以在手机、笔记本电脑、电动工具等便携式手持设备中已经得到广泛的应用，并已经开始进入电动车、电动汽车等大功率的应用中，成为全球电动汽车发展的热点

但是由于锂电池在加热、过充/过放电流、振动、挤压等滥用条件下可能导致电池寿命缩短以致损坏，甚至会发生着火、爆炸等事件，因此安全性问题成为动力锂电池商业化推广的主要制约因素。安全型、低成本、长寿命锂离子电池的安全标准、安全评价方法、电池制造过程的安全与可靠性控制以及通过正负极材料、电解质与隔膜优选改善电池安全与可靠性是实现确保大型动力锂离子电池安全可靠，实用化的关键。而电池管理系统作为电池保护和管理的核心部件，不仅要保证电池安全可靠的使用，而且要充分发挥电池的能力和延长使用寿命，作为电池和车辆管理系统以及驾驶者沟通的桥梁，电池管理系统对于电动汽车性能起着越来越关键的作用。

电池管理系统的主要功能

电池管理系统与电动汽车的动力电池紧密结合在一起，对电池的电压、电流、温度进行时刻检测，同时还进行漏电检测、热管理、电池均衡管理、报警提醒，计算剩余容量、放电功率，报告SOC&SOH状态，还根据电池的电压电流及温度用算法控制最大输出功率以获得最大行驶里程、以及用算法控制充电机进行最佳电流的充电，通过CAN总线接口与车载总控制器、电机控制器、能量控制系统、车载显示系统等进行实时通讯。图1为电池管理系统的简单框图。

图1：为电池管理系统的简单框图。

电池管理系统的基本功能：1）监测单体电芯的工作状况，例如单体电池电压、工作电流、环境温度等。2）保护电池，避免电池工作在极端的条件下发生电池寿命缩短，损坏，甚至发生爆炸、起火等危害人身安全的事故。

一般而言，电池管理系统必须具备以下电路保护功能：过压和欠压保护、过流和短路保护、过高温和过低温保护、为电池提供多重保护以提高保护和管理系统的可靠性(硬件执行的保护具有高可靠性、软件执行的保护具有更高的灵活性、管理系统关键元器件失效的保护为用户提供第三重保护)。这些功能可以满足大部分手机电池、电动工具和电动自行车应用的需要。

电动汽车对电池管理系统提出更高挑战

电动汽车电池集成系统是一个开放的动力系统，它通过汽车级CAN总线进行通信，和车辆管理系统、充电机、电机控制器协同工作，以满足汽车以人为本的安全驾驶理念。因此汽车级电池管理系统必须做到：满足TS16949 和汽车电子的要求、实现高速数据采集和高可靠性、汽车级CAN总线通讯、高抗电磁干扰的能力(最高级别的EMI/EMC要求)、在线诊断功能。