電動汽車的電池管理系統（上）

◆文/廣東　郭棟

電動汽車的電池管理系統（上）

◆文/廣東郭棟

一.電池管理系統的定義

深圳市派司德科技有限公司開發的電動車輛電池管理系統（BMS）采用模塊式結構，由主控模塊、采集模塊和高壓模塊構成，每個主控模塊可連接20個采集模塊和一個高壓模塊，最多管理電池數量為600個單體電池。

主控模塊通過內部CAN獲取高壓模塊的總電壓、電流、絕緣電阻數據和采集模塊的單體電池電壓與溫度數據；根據獲取的數據計算SOC（剩余電量），單體電池欠壓與過壓報警（可切斷充放電回路），電池組欠壓與過壓報警（可切斷充放電回路），溫度過高與過低報警（可切斷充放電回路），SOC過高與過低報警（可切斷充放電回路），絕緣電阻過高與過低報警（可切斷充放電回路），充放電電流過高報警（可切斷充放電回路）；通過I/O口檢測輸入信息（比如鑰匙狀態）進行輸出控制；通過整車CAN總線給EVC（整車控制器）或組合儀表發送電池組工作狀態參數（報警狀態、電池組電壓、充放電電流、SOC、最大單體電池電壓等）；通過充電CAN總線控制充電機充電（設置充電電流與充電電壓），通過內部CAN向遠程監控模塊發送監控數據。

高壓模塊負責總電流、總電壓采集與絕緣電阻計算（可選），及給主控模塊上傳數據。

采集單元用于采集單體電池的電壓及溫度、散熱與加熱控制、均衡控制及給主控模塊上傳數據，其中電池管理系統BMS主要功能與技術參數如圖1所示。

二.電池管理系統的分類

電池管理系統管理辦法常見有兩種方式，一種數字式，一種模擬式，他們之間的區別如表1所示。

表1　模擬式和數字式管理方式區別

有人問，是否可以由電池保護板代替電池管理系統，我們根據經常被問到的問題做個總結，希望對大家有所幫助。

1.保護板只是電池包的一個組成部分，它起到防止電池過壓、欠壓、過流、過溫（溫度過高）的保護作用，隨電池一起更換，一般的壽命在3年以內，而電池管理系統是整個動力系統的一個組成部分，它的壽命一般在12年以內。電池保護板一般用于電動工具，電動玩具，電池供電的照明設備，電池管理系統應用于要求比較高端的用電設備，電池管理系統也有消費類電子產片用的（如智能手機）和動力系統用的之分，其中10Ah以上大容量動力電池的電池管理系統和10Ah以下的消費類電子的電池管理系統有著本質區別，不能互相代替使用。

2.保護板有承擔安全保護功能，但是沒有保護功能硬件備份（完全依賴于硬件電路），一旦保護板失效或者保護MOS管（場效應管）損壞，保護功能就失效。而電池管理承擔安全保護功能和信息管理、能量管理、效率管理功能，電池管理系統的安全保護功能也不單單依賴于硬件和軟件，而且還有保險管（熔斷器）進行有極差配合的保護（當工作溫度、電流、電壓超出極限時自動終止當前工作），電池管理系統和電池保護板的功能對比如表2所示。

表2　電池管理系統與保護板的區別

3.保護板的保護門檻值一般是根據電池廠推薦的值在電路設計時設置好的，不允許生產人員標定和編輯修改，而電池管理系統允許生產人員和維修人員修改報警參數。

4.電池管理系統和電池保護板的使用環境和可靠性要求均不一樣，它們之間的區別如表3所示。

表3　電池管理系統與保護板的技術要求區別

5.保護板設計和生產無需遵從行業設計規范，電池管理系統必須遵從行業設計規范，比如元器件選型要遵從ROHS和ASE認證，軟件編寫要遵從MISRA規范，硬件設計要進行FMEA分析，生產和品質控制要遵從TS16949規范。

6.電池管理系統設計中有功耗的要求，待機功耗和工作功耗必須要滿足客戶的要求。

7.考慮到電動自行車、通訊備電源的電池控制要求比較簡單，可以對大容量電池管理系統進行簡化以降低成本，降低對運算數度、存儲能力、通訊能力和控制輸出的能力的要求，但是對環境的要求、對機械負荷、電氣負荷的要求、對可靠性要求和對EMC的要求不能降低標準，否則會引起重大的責任事故。

三.電池的安全管理

實際上電池是在一個被各種條件限制區域內工作，這個區域受溫度大小、充放電電流大小和電荷電狀態等影響，其中鋰電池充電“區域環境”如圖2所示。

圖3顯示出北汽EV200電動汽車磷酸鐵鋰電池的安全工作區域。當電池的工作技術參數超出這個區域時電池管理系統將對其進行保護。

四.電池工作優化

設計時應把電池控制在最佳效率、最佳壽命區工作，如圖4、5所示。

（未完待續）