由于动力电池能量和端电压的限制，电动汽车需要采用多块电池进行串、并联组合，但是由于动力电池特性的非线性和时变性，以及复杂的使用条件和苛刻的使用环境，在电动汽车使用过程中，要使动力电池工作在合理的电压、电流、温度范围内，电动汽车上动力电池的使用都需要进行有效管理，对于镍氢电池和锉离子电池，有效的管理尤其需要，如果管理不善，不仅可能会显著缩短动力电池的使用寿命，还可能引起着火等严重安全事故，因此，动力电池管理系统（BMS-Battery Management System）成为电动汽车的必备装置。

1 动力电池管理系统的主要任务
    动力电池管理系统与电动汽车的动力电池紧密结合在一起，对动力电池的电压、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 （State Of Charge，荷电状态），SOH（State of Health，性能状态，也称健康状态）状态，还根据动力电池的电压、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、电动机控制器、能量控制系统、车载显示系统等进行实时通讯。如图1所示，常见动力电池管理系统的功能主要包括数据采集、数据显示、状态估计、热管理、数据通讯、安全管理、能量管理（包括动力电池电量均衡功能）和故障诊断，其中前6项为动力电池管理系统的基本功能。数据采集是动力电池管理系统所有功能的基础，需要采集的数据信息有电池组总电压、电流、电池模块电压和温度；电池状态估计包括SOC估计和SOH估计，SOC提供电池剩余电量的信息，SOH提供电池健康状态的信息，目前的动力电池管理系统都实现了SOC估计功能，SOH估计技术尚不成熟；热管理指BMS根据热管理控制策略进行工作，以使电池组处于最优工作温度范围；数据通讯是指电池管理系统与整车控制器、电动机控制器等车载设备及上位机等非车载设备进行数据交换的功能；安全管理指电池管理系统在电池组的电压、电流、温度、SOC等出现不安全状态时给予及时报警并进行断路等紧急处理；能量管理是指对电池组充放电过程的控制，其中包括对电池组内单体或模块进行电量均衡；故障诊断是使用相关技术及时发现电池组内出现故障的单体或模块。

    BMS最基本的功能是监控与动力电池自身安全运行相关的状态参数（动力电池的电压、电流和温度）、预测动力系统优化控制有关的运行状态参数（SOC、SOH）和相应的剩余行驶里程、进行与工作环境适应性有关的热管理等，进行动力电池管理以避免出现过放电、过充、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象，最大限度地利用动力电池存储能力和循环寿命。BMS的主要任务及相应的传感器输入和输出控制如表1所列。

    通常在车辆运行过程中，能够通过传感器直接测量得到的参数仅有动力电池端电压U、动力电池工作电流I、动力电池的温度T，而车辆动力系统控制需要用到的物理量包括电池当前的SOC、电池当前的SOH、最大可充放电功率等，动力电池管理系统内部各物理量之间的关系如图2所示。

    在车载动力电池管理系统中，热管理技术、准确的荷电状态（SOC）和性能状态（SOH）在线实时估计技术具有较大的难度，是其核心技术。

2 动力电池管理系统的组成及工作模式
    动力电池管理系统一般包括动力电池组、动力电池管理系统控制单元（MCU）、动力电池单体电压和温度信号采集模块（BMU模块）、总电流及总电压信号采集模块（Ul模块）、整车通讯模块（模块1）、高压电安全系统（高压接触器、熔断器）及电流均衡模块（模块2）、热管理系统和检测单元（电流传感器、电压传感器和温度传感器｝等组成。图3所示为两种典型的动力电池管理系统方案。如图4所示，高压接触器包括B+接触器、B-接触器、预充接触器、直流转换器（用于向低压电池及车载低压设备供电）接触器及车载充电器接触器。均衡功能包括电池单体电压及温度均衡两个方面，附带有监测并响应碰撞及电池渗漏的功能，当监测到影响妥全的信号时，管理系统则立即切断高压电供给。BMU主要用于采集电池单体的电压及温度信息，通过相应接口传至高压接触器控制及电流均衡模块，经过控制策略算法，实现各接触器的动作，从而使动力电池管理系统进入不同的工作模式。动力电池管理系统可工作于下电模式、准备模式、放电模式、充电模式和故障处理模式等5种工作模式下。

    （1）下电模式。下电模式是整个系统的低压与高压处于不工作状态的模式。在下电模式下，动力电池管理系统控制的所有高压接触器均处于断开状态；低压控制电源处于不供电状态。下电模式属于省电模式。
    （2）准备模式。在准备模式下，系统所有的接触器均处于未吸合状态。在该模式下，系统可接受外界的点火开关、整车控制器、电动机控制器、充电插头开关等部件发出的硬线信号或受CAN报文控制的低压信号来驱动控制各高压接触器，从而使动力电池管理系统进入所需工作模式。
      （3）放电模式。当动力电池管理系统监测到点火开关的高压上电信号（Key-ST信号）后，系统首先闭合B-接触器，由于电动机是感性负载，为防止过大的电流冲击，B-接触器闭合后即闭合预充接触器进入预充电状态；当预充电容两端电压达到母线电压的90%时，立即闭合B＋接触器并断开预充接触器进入放电模式。目前轿车常用低压电源由12V的铅酸蓄电池提供，不仅可为低压控制系统供电，还需为助力转向电动机、刮水器电动机、安全气囊及后视镜调节电动机等提供电源。为保证低压蓄电池能持续为整车控制系统供电，低压蓄电池需有充电电源，而直流转换器接触器的开启即可满足这一需求，因此，当动力电池系统处于放电状态时，B＋接触器闭合后即闭合直流转换器接触器，以保证低压电源持续供电。

    （4）充电模式。当动力电池管理系统检测到充电唤醒信号（Charge Wake Up）时，系统即进入充电模式。在该模式下B-接触器与车载充电器接触器闭合，同时为保证低压控制电源持续供电，直流转换器接触器仍需处于工作状态。在充电模式下，系统不响应点火开关发出的任何指令，充电插头提供的充电唤醒信号可作为充电模式的判定依据。对于磷酸铁锂电池，由于其低温下不具备有很好的充电特性，甚至还伴随有一定的危险性，因此基于安全考虑，还应在系统进入充电模式之前对系统进行一次温度判别。当电池温度低于0 0C时，系统进入充电预热模式，此时可通过接通直流转换器接触器对低压蓄电池进行供电，并为预热装置供电以对电池组进预热；当电池组内的温度高于0℃时，系统可进入充电模式，即闭合B-接触器。

    无论在充电状态还是在放电状态，电池的电压不均衡与温度不均衡将极大地妨碍动力电池性能的发挥。在充电状态下，极易出现电压、温度不均衡的状态，充电过程中可通过电压比较及控制电路使得电压较低的单体电池充电电流增大，而让电压较高的电池单体充电电流减小，进而实现电压均衡的目的。温度的不均匀性会大大降低动力电池组的使用寿命，因此，当电池单体温度传感器监测出各单体电池温度不均衡时，可选择强制风冷的方式，实现电池组内气流的循环流动，以达到温度均衡的目标。

    （5）故障模式。故障模式是控制系统中常出现的一种状态。由于车用动力电池的使用关系到用户的人身安全，因而系统对于各种相应模式总是采取“安全第一”的原则。动力电池管理系统对于故障的响应还需根据故障等级而定，当其故障级别较低时，系统可采取报错或者发出报警信号的方式告知驾驶人；而当故障级别较高，甚至伴随有危险时，系统将采取断开高压接触器的控制策略。

    低压蓄电池是整车控制系统的供电来源，无论是处于充电模式、放电模式还是故障模式，直流转换器接触器的闭合都可使低压蓄电池处于充电模式，从而保证低压控制系统工作正常。

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