摘要：城市环境的污染以及石油资源的枯竭越发严重，近年来，国家正在大力发展新能源汽车，其中特别注重对电动汽车的研究和发展。电动汽车的发展不但减少了环境污染，而且缓解了能源枯竭问题，使得电动汽车得到快速发展。电池管理系统作为电动汽车稳定高效运行的保证，在电动汽车的发展中起着关键作用，其性能决定了电动汽车的行驶表现，因此对电池管理系统的研究很有必要。本文中，介绍了电池管理系统的发展现状，BMS的基本架构及关键技术，并对电池管理系统的未来进行了展望。
关键词：电池管理系统；SOC估算；电池均衡；热处理
引言
汽车的发展带来了便捷的出行，但随着汽车的发展，汽车尾气造成的城市环境污染变得十分严重，油价上涨，能源危机也逐渐出现。出于对能源和环境的思索，电动汽车技术在各国政府以及各大汽车公司的推进下得到了迅速发展。电动汽车动力电池发展的关键是电动汽车电池管理系统（battery management system，BMS）和相关的整车技术的发展。电池管理系统对电动汽车的成本、动力和安全性至关重要。电池管理系统能够监测单体电池的电流、电压，控制单体电池的充放电均衡，观测电池充放电电流及温度，估算电池的剩余电量（state of charge，SOC），与车辆监控系统、车载充电机进行实时总线通讯，协调控制和优化电动车的电量分配。
1电动汽车电池管理系统功用
动力电池组被放在电动汽车的底部封闭的电池箱内，每组动力电池使用接插件牢固连接，电池箱内的电池管理系统实时监测每个电池的电压和温度、电池电解液浓度、电池剩余电量、放电时间、放电电流或放电深度等参数，并根据动力电池组的工作温度要求对电池组温度进行调温控制，计算动力电池系统的总电压值和电流值等，实时监控动力电池系统的电压状态，同时利用CAN数据总线与整车控制单元、车载充电机传递数据，在组合仪表上显示相关信息和报警，实现对动力电池系统工作状态的监控和综合管理。
2国内外电池管理系统的研究状况
国外很早就有对于电池管理系统的开发与使用。国外个别企业早期开发的已应用在汽车上的电池管理系统，比较好的有联电、大陆、德尔福、AVL和FEV等。以往典型的电池管理系统有：德国的BADICHEQ系统与BATTMAN系统；日本丰田汽车开发的用于混动汽车电池管理系统；美国的特斯拉纯电动汽车使用的电池管理系统。
国内开始研究电池管理系统晚于国外，但发展迅速，比较好的公司有奇瑞、比亚迪、江淮、北汽等。国内高校早期也成功研发了用于纯电动汽车的电池管理系统，成功应用于08年奥运会纯电动大巴。国内各大厂商也都各自成功推出自主开发的BMS产品并应用于电动汽车，如奇瑞，比亚迪、北汽等自主研发的电池管理系统成功的应用于各自的车型。国内电池技术和电池管理系统的高速发展必将能够带动中国电动汽车的高速发展，直至超越国外。
3 BMS系统设计关键技术分析
电池管理系统设计关键技术主要包含以下内容：采集单体电池及电池组的电压、电流、温度等参数并进行管理；采集电池信息进行SOC估计；对电池组进行均衡控制；对电池组进行热管理。
3.1 SOC估计的方法
电池荷电状态是电池管理系统最重要的指标，它反映电池的剩余电量，预估续航里程，精度越高，续航里程数越高。下面介绍几种用的较多的SOC估计的方法：
（1）安时积分法，是一种简单常用的SOC估算方法，但它有明显的误差积累需要定期采用其他方法进行校正，且SOC的初始状态对SOC估计的准确性也有很大影响。因此，安时积分法较多应用于对SOC值精度要求不高的场合，如铅酸电池作为动力电池的电动汽车的能量管理。若想用于其它高精度较高的估算，则必须结合其它算法进行改进，如开路电压法和卡尔曼滤波法。
（2）开路电压法，它在测量时需要几个小时恢复时间才能稳定至SOC的对应值。因为它在电池充电的初期和末期效果不错，所以开路电压常常与其它方法配合，较多地应用于对SOC值精度要求较高的场合。
（3）卡尔曼滤波法及其改进算法因为良好适应性得到了越来越广泛的应用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这个方法具有较强的适应性，同时可以给出估计的误差，但对于硬件及电池模型的要求较高，计算量较大，同时卡尔曼滤波吱的前提是假设所有噪声为白噪声，这也是它的一个局限性。
（4）神经网络法，是一种采用非线性映射的神经网络估计SOC的方法。该方法可以应用于各种类型的汽车动力电池，若电池模型的神经网络训练得也较好，SOC估算误差可以达到小于10%。在实际的使用时，神经网络法的估算精度在很大程度上会受到训练样本和训练方法的影响，且易受干扰。
（5）支持向量机，本方法是一种基于支持向量机的荷电状态SOC估算方法，支持向量机是统计学习理论发展的产物。若支持向量机能被很好的优化，则支持向量机算法就能够产生较精确的SOC估算精度。
（6）其它算法。其它算法还有内阻法、负载电压法及放电实验法等在电动汽车电池管理中应用逐年减少。
3.2电池均衡
在电动汽车上应用的单体电池存在着一定的差别，这种差别会缩短电池的使用寿命，以及起火、爆炸等问题，因此均衡管理应运而生。电池的均衡控制主要有主动式均衡和被动式均衡。
（1）被动均衡型：被动均衡的原理是以电池组中单体电池的多余的能量通过热能的形式消耗。这种方法控制逻辑简单、成本较低、硬件上很容易实现，但是能量损耗较大，效率偏低。被动均衡用的方法主要是电阻消耗法。
（2）主动均衡型：主动均衡技术是电池管理技术的重点研究方向，其原理是能量的转移，将单体能量高的转移到单体能量低的或用整组能量补充单体电池。主动均衡主要的方法是电感式主动均衡、开关电容式主动均衡、变压器式主动均衡。开关电容式主动均衡是利用电容作为能量搬运的中间载体，从而实现了不同单体电池之间的能量转移。
3.3电池组热管理
作为新能源汽车重要组成部分的电池热管理系统决定其使用性能、安全性、寿命及使用成本等关键因素。锂离子电池的温度水平直接影响其使用中的能量与功率性能。温度较低时，电池的可用容量将迅速发生衰减，锂离子电池的热相关问题直接影响电池的安全性，电池的内部热量不容易散出，可能会出现电池内部温度不均或者局部温升过高等问题，进一步加速电池衰减，而且会缩短电池寿命，并增加用户的总体拥有成本。因此，需要通过电池热管理系统处理这些问题。
4未来的发展方向
在国家的大力支持下，电动汽车的发展十分迅速，但是还处于初期阶段，而BMS作为电池关键技术之一，现阶段虽有较大的突破和研究成果，但仍有许多地方需要完善和改正。
（1）精确估算电池SOC仍将是今后研究的重点。
（2）电池组均衡问题目前仍是一个难题，迫切需要提出合理的方案，对电池组做一个高效综合的电池均衡。
（3）BMS的安全性能也至关重要，只有具备较好的安全性，才会受到消费者的青睐。其中，热管理系统是保障BMS安全性能的重点，将是今后的研究方向。
（4）目前，国外大多数成熟的BMS都只针对单一特定的电池或电池组研发，通用性较差，所以对更为通用的BMS的研发将成为今后的发展方向。
结束语
电动汽车是未来汽车行业发展的必然趋势，电池管理系统是电动汽车稳定高效运行的保障，在电动汽车的发展中起着关键作用，是推动电动汽车发展的必然动力。在未来的研究中，BMS将更好地服务电动汽车，获得更大的进展。我国对电池管理系统研发扶持力度较强，发展迅猛，大有赶超国外之势，同时国家有意引导电池管理系统朝轻量化、高比能、易拆解与绿色设计方向发展。
参考文献：
[1] 周楚昊.电动汽车的电池管理系统综述[J].通讯世界，2019（01）
[2] 唐溪浩.电动汽车电池管理系统研究进展[J].电源技术，2018（02）
[3] 朱志浩.纯电动汽车动力电池管理系统研究与设计[J].合肥：合肥工业大学，2017
论文作者:崔振兴
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/11/25
标签：电池论文; 管理系统论文; 电动汽车论文; 电池组论文; 方法论文; 电压论文; 能量论文; 《电力设备》2019年第15期论文;