浅谈电动汽车电池管理

浅谈纯电动汽车电池管理

刘鑫宇 蔡培力 冯亮花 白勇 丁春强

（辽宁科技大学 材料与冶金学院 辽宁 鞍山 114051）

摘要：BMS 作为电动汽车的技术核心，其与充电桩和整车控制系统构成了纯电动汽车的大脑。

本文给出了一种易于实现电池管理方案，采用绝热式电池热管理、简易SOC 估算与安全机制，同时也谈及电池组均衡、电池老化程度、与充电方案等有关问题。该系统能保证电池组安全高效的使用的同时，增加了电池组使用寿命，降低纯电动汽车使用成本。

关键词：BMS 电池热管理 纯电动汽车 中图分类号：U469

随着能源危机和环境污染问题的加剧，新能源汽车备受各大企业及各国政府青睐，目前人们普遍认为纯电动汽车潜力巨大。纯电动汽车的性能及成本很大程度上取决于电池组，而电池组又由数千个小电池组成。如何保证每节电池安全高效的使用，成为各界人士关注的焦点。纯电动汽车电池管理系统不但对电池进行合理的充放电管理，而且还要与整车控制系统、电机、充电桩保持良好的通信，可以说是纯电动汽车的技术核心。

1.硬件平台

数据采集原理如图1所示，该系统主要由电池组、传感器、变送器、触摸屏（图２）组成，采用24V 电源供电，CAN 总线通信。电池组由多节磷酸铁锂动力电池串联组成，使用16通道0-5V 电压采集模块实时采集单体电池电压；干路流电流使用霍尔电流传感器采集；温度则选用贴片式热敏电阻，选取进风口、出风口、电池组中部、加热板、环境等典型部位进行温度采集。变送器负责将采集到的信号转换成触摸屏能够识别的信号。其中对电压准确度、电流采样频率及温度实时性要求较高。

图１

2.电池热管理

使用良好的保温材料将电池组包裹好，使其与外界基本实现热隔离，这样有效地减小了在严寒中的热损失与酷暑的热辐射。在

图２

-20~40℃的环境中风冷和电加热基本能够满足电池组对温度的要求。温度过高时，启动风扇对电池组进行散热，当温度低于适宜温度上限3℃时，关闭风扇。温度过低时，入风口侧加热板进行加热，同时启动风扇鼓风，温度每上升5℃停止加热，直至电池组温差小于2℃继续加热，温度高于适宜温度下限3℃，加热过程结束。加热过程中出风口的风经烟雾检查合格后由保温通道留回入风口循环使用，以达到节能目的。当汽车在低温处停留时，使用最低储藏温度避免不必要的电量耗损，保证汽车能够启动。电池组温差大于4℃时风扇也会启动，对电池进行热量均衡。此外，汽车启动时也应启动风扇，对电池组进行换风，避免有害气体聚集。

图３

3.SOC 估算

SOC （电池的剩余电量 State of Charge

）

主要采用电荷积累与开路电压相结合的方式，同时依据电池实际温度、存放时间、老化程度、充放电效率进行修正。当电池静置1h以上，根据开路电压对SOC进行修正；电池正常工作时，剩余电量与采集的电压电流求出消耗电量进行运算。电池每隔10次左右循环，当电池剩余电量不多时，先进行放电再充电，减小误差积累。电池每隔50次左右循环，进行一次完全充放电循环，以便修正电池老化程度与充放电效率。此外，电池长时间不用或者工作温度偏低也要进

行相应修正。

4.安全机制

（1）通信失效：每隔1S上位机会向各变送器发送采集指令，如果3次得不到回复进行报警。

（2）绝缘状态：电池组正负极导线同时穿过同一个霍尔元件，如果电流值大于0.1A则进行报警。

（3）烟雾报警：在出风口处装有烟雾检测装置，当烟雾浓度达到报警值时进行报警。

（4）热失控：电池组温度不在适宜温度范围内时进行预警，当电池组温度已经达到报警值，或者局部温度迅速升高进行报警。

（5）过流：汽车启动时允许有短时间小量过流，其余时间过流时立即切断干路电流，停止供电。

5.均衡性

由于电池加工制造以及使用条件的不同，其必然存在充放电不一致性。选用同一厂商同一批次的电池能有效减小先天不一

致性；合理的电池成组技术、良好的焊接工艺与相同的使用温度保证电池同步老化。电池出现轻微不一致现象时，闭合电量高于平均值电池对应开关，使用均衡电阻进行均衡。不一致现象严重时，将进行完全放电，再充满。如果以上还没有得到有效解决查找出老化程度严重的电池，及时更换。

6.充电方案

充电桩依据BMS提供的信息进行充电，BMS则根据驾驶需要、剩余电量、充电温度确定充电策略。一个完整的充电过程包括涓流预充电、恒压充电与浮冲。正常使用时建议SOC在5%-95%范围内使用，能有效避免电池过冲过放，同时充电速度快，充电效率高。

7.结束语

综上所述，该系统具备电池热管理、SOC 估计与安全机制等功能。但在纯电动汽车中，由于用户缺乏相应知识，大部分功能都进行了智能化处理，应用价值有限。我有以下猜想：1）增加导航、迈速、灯光、空调等构成整车控制系统2）与充电桩联合开发，构成电池一体化控制系统3）开发相应APP 实现远程在线监控与故障处理系统。

参考文献：

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收稿日期：2016-10-25

资金项目：辽宁科技大学大学生创新创业训练计划专项经费资助（DC2016050）

作者简介：丁春强（1995-）男辽宁沈阳人

本科在读主修能源与动力工程辅修机械设计及

其自动化邮箱：lkd.dcq@