電池管理系統的研究現狀

羅詩韻　汪洋

摘 要：受能源危機和環境污染的影響，作為電動汽車的重要組成部分之一的電池管理系統，逐漸受到重視。文章就電池管理系統在國內外的研究現狀進行了概述，并針對其中較為典型的電池管理系統的性能特點進行了對比分析。

關鍵詞：電池管理系統；電池；電動汽車

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

1 背 景

能源危機和環境污染是當今世界面臨的兩大難題，因此，交通能源的可持續發展和交通領域的節能減排受到各國政府的高度重視。由于電動汽車技術具有節能環保的特點，各國政府和各汽車企業促進其得到了很大的發展，同時也促進了電池技術及其管理技術的發展。電池管理系統是電動車電池系統的重要組成部分之一，在履行保證電池安全穩定運行的職責的同時，還需要優化電池的使用進程和延長電池使用壽命，因此，其重要性日漸彰顯。

2 電池管理系統簡介

電池管理系統（BMS）與電池緊密相關，目前一般指對除電池外的其他部件進行控制，檢測電池的狀態以及電池組中各單體電池的狀態，并根據電池（組）的狀態對電池（組）進行適當的控制策略調整，可以接受上層控制模塊的控制信息并做出必要的響應。電池管理系統能實時檢測動力電池（組）的電壓、電流、溫度等參數，并且對動力電池（組）進行熱管理、均衡管理、絕緣檢測，計算動力電池（組）剩余容量、充放電功率，報告SOC&SOH狀態，通過通訊接口與整車控制器、電機控制器、能量管理系統、車載顯示系統等進行實時通訊，實現對動力電池（組）的充放電管理以保證動力電池（組）安全穩定地運行。

3 國外電池管理系統研究現狀

3.1 美國的研究現狀

國外發達國家電池管理系統的研究起步較早，其中最早的電池管理系統在美國的托萊多大學被提出，因此，以美國研究的電動汽車電池管理系統最為前沿。美國研究較為成熟的電池管理系統目前包括：

①GM生產的電動汽車EVI所采用的電池管理系統，Aerovironment開發的SmartGuard電池管理系統，AC Propulsion開發的BatOpt高性能電池管理系統。

②EVI的電池管理系統由26個單體鉛酸蓄電池串聯而成，能對電池組的電流及單體電池的電壓進行監測，具有過放電報警系統和高壓斷電保護等功能。

③SmartGuard電池管理系統采用了分布式的方式對電池組的溫度和電壓進行采集，能夠對過充電等進行自行監控，并記錄下電池的使用歷史，挑選出狀態最不理想的電池，并提供其信息。

④BatOpt電池管理系統包括主控制模塊和電池監控模塊2個主要模塊，每個單體電池的狀態信息通過監控模塊檢測之后向主控制模塊傳輸，當主控制模塊收到這些信息之后，則控制電池監控模塊進行優化控制。

3.2 歐洲的研究現狀

在歐洲，電動汽車發展較快的當屬德國，德國目前已有的比較成熟的電池管理系統主要有以德國門策電子有限公司和Werner Retzlaff為首設計的BADICHEQ電池管理系統及BADICOaCH電池管理系統，德國的B.Hauck設計的BATTMAN電池管理系統。

①BADICHEQ電池管理系統包含了26個蓄電池，它能夠對電池組工作電流、單體電池端電壓和溫度進行采集，同時BADICHEQ電池管理系統還具有均衡充電控制、數據通信、數據顯示、安全報警燈功能。

②針對BADICHEQ電池管理系統的不足，Mentzer Electronic GmbH公司對其進行了改進，這就是BADICOaCH電池管理系統。BADICOaCH相對于BADICHEQ來說，數據采集和數據通信功能更為強大，反應更為迅速。

③B.Hauck認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電池管理系統通過在軟件上增加選擇參數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，實現對不用型號電池組的管理。

3.3 日本和韓國的研究現狀

自1997年起，日本青森工業研究中心就一直致力于對電池管理系統進行實際應用的研究。為了實現對汽車制動能量反饋以及最大功率控制，韓國先進工程研究院與Ajou大學合作研制了一款電池管理系統，該系統主要由充電管理系統還有SAMSUNG SDI電池管理系統。SAMSUNG SDI電池管理系統的檢測單元能同時對40個單體電池進行電池電壓、電流和溫度信號采集，通過采集的數據，實現對單體電池的均衡控制。

4 我國電池管理系統的研究現狀

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始于第八個五年計劃，在第九個五年計劃期間由于環境等問題因素，“空氣凈化工程”啟動，到了第十個五年計劃，科技部正式提出發展新能源汽車，電動汽車重大專項也被批準為國家第十個五年計劃的重點組織實施的重大專項之一，第十一個五年計劃啟動了“863”計劃，實施新能源汽車重大項目，在“十一五”規劃中，電動汽車行業不僅僅局限于整車動力系統技術平臺，同時也開始向整車產品開發和建立產業化技術配套體系轉型。

根據國家汽車產業發展戰略的發展要求，國家“863”計劃電動汽車重大專項，選擇了新一代電動汽車技術作為國內汽車科技創新的主要研究方向，并將企業、高校和科研機構組織到一起進行聯合攻關。

4.2 我國電池管理發展時期

在全國3 000多名高科技人員、200多家大型汽車企業以及相關零部件企業的共同努力下，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為縱，以驅動電機、多能源動力總成、動力電池關鍵技術為橫的“三縱三橫”的電動汽車研發布局。

2009年公布的《汽車行業產業調整和振興計劃》確立了發展電動汽車產業規模的目標，2012年發布的《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012-2020）》也提出要在未來的10年內以整車為主要方向，并且帶動與新能源車相關的動力電池、電機、電子控制和系統集成等產業鏈的發展。

4.3 我國電池管理創新時期

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

自1999年起，北京交通大學就已經開始了電池管理系統的研究，并且形成了適應不同車型的，不同結構的電池管理系統。

自2000年起，北京航空航天大學也開始了對電池管理系統的研發工作。北京理工大學為北方客車BFC110EV研制出了以單片機為核心的鉛酸電池管理系統。比亞迪公司生產的混合動力汽車同樣采用了分布式的電池管理系統。其電池管理系統能夠對動力電池組的總壓力、總電流、工作溫度等進行采集，并根據采集的數據進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，其電池組為多個電池模組，并使用CAN總線和遠程數據采集模塊進行通信，從而在電池管理模塊下對電池進行安全穩定和優化管理。長安汽車也為其混合動力汽車研制出了電池管理系統，包括主控制電路板和采集電路板兩個主要子系統，實現對電流電壓的采集，并能對單體電池進行熱管理和故障診斷和報警等。

電動汽車行業經過幾年的發展之后，國內的電池管理系統取得的突破較大，目前已經較為接近國際水平。在電動汽車的立項研究課題中，北京理工大學承擔了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等課題。除此之外，清華大學、同濟大學等也承擔了多能源動力總成控制系統和DC/DC變換器等一批相關課題。

5 結 語

電池管理系統的發展目前呈現出良好趨勢，雖然有多個大公司占據了電池管理系統的國內外主流市場，但由于電動汽車的開發市場仍然具有巨大潛力，一些新公司根據電池管理系統的不同要求研發出具有自身特色的技術進入該市場。由于電池本身和電池管理系統之間存在著技術難題，未來如果能合理有效地解決這個難題，電池管理系統將更好地服務電動汽車，從而取得更大的進展。

參考文獻：

[1] 符曉玲，商云龍，崔納新.電動汽車電池管理系統研究現狀及發展趨勢[J].電力電子技術，2011，（12）.

[2] 夏正鵬，汪興興，倪紅軍，等.電動汽車電池管理系統研究進展[J].電源技術，2012，（7）.

[3] 王興興，胡艷峰.我國節能汽車發展前景簡析[J].汽車實用技術，2013， （5）.

[4] 李津津.淺談我國電動汽車產業發展和存在問題[J].科技信息，2010， （18）.

[5] 石舒婭.混合動力汽車市場發展階段研究[J].北京汽車，2010，（3）.

[6] 南金瑞，孫逢春，王建群.純電動汽車電池管理系統的設計及應用[J].清華大學學報：自然科學版，2007，（47）.

[7] 廖曉軍，何莉萍，鐘志華，等.電池管理系統國內外現狀及其未來發展趨勢[J].汽車工程，2006，（10）.