3 动力电池组的均衡充电管理和热管理
    由于电动汽车动力电池组中众多动力电池之间存在制造工艺、材质、使用环境、接线方式等差异，单个电池之间存在容量、端电压和内阻的不一致在所难免，使用充电机直接为电池组进行整体充电，必然导致单个电池之间不一致性的加剧，出现个别电池的过电压充电。同样，单个电池间不一致性的存在也会导致电池组放电过程中的个别电池的过放电。在车上的布置分散、动力电池单体的使用环境不同，导致电池组单体间不一致性的积累和恶化，严重影响动力电池组的使用寿命，对电池组的均衡充电以及有效的热管理是BMS的主要功能。

3.1动力电池组均衡充电管理
    动力电池组均衡充电具有以下3种方式。
    （1）充电结束后实现单体电池间的自动均衡，工作原理如图5所示，当1号电池的端电压高于2号电池的端电压值，且控制开关处于如图5a所示连接位置时，1号电池向电容器充电，使电容器两端电压与电池端电压相等。然后，控制开关动作，切换到如图5b所示连接位置，这时，电容器向2号电池充电，使2号电池的端电压增大趋向于电容器的端电压，待电容器的端电压与2号电池的端电压相平衡后，再控制开关动作，切换到如图5a所示连接位置，如此反复几次，1号电池的端电压和2号电池的端电压就达到了均衡。同样，当2号电池的端电压高于1号电池的端电压时，开关按如上所述反复动作几次后，也能使两电池的端电压达到平衡。

    （2）充电过程中实现单体电池间的自动均衡，主要有3种方案，如图6所示，充电器均衡充电控制实现了对串联电池组中单个电池的并联充电或独立充电，在完全统一的充电模式和充电策略保证下，可以完全实现电池组的均衡充电，但系统组成比较复杂。

    （3）采用辅助管理装置，对单个电池的电流进行调整。如图7所示，电池均衡充电过程可描述为：按照既定的充电模式和充电策略，根据实测的串联电池组总电压，充电器输出一定的充电电流Ichage，当所有电池端电压均低于充电截止电压时，均衡管理模块不起作用；若有个别电池首先达到充电截止电压，此时该电池的均衡模块起作用，分流一部分电流i，则通过该电池的电流减为Ichage-i，避免了对该电池的过电压充电；当所有电池的端电压均达到充电截止电压时，充电器转为恒电压充电，充电电流逐渐减小，通过电池均衡模块的电流也逐渐减小，直至所有电池均充满电。均衡模块是该均衡充电模式的关键部件，包括功耗型和能量回收型两类，功耗型对通过均衡模块的电流以热耗的方式散掉，能量回收型通过特殊的元件，比如陶瓷储能器，将通过均衡模块的电流反馈到充电主回路中。

3.2动力电池组的热管理
    由于动力电池的充放电特性在很大程度上取决于电池电解液的温度，所以BMS的一个重要作用是在动力电池的充放电过程中将电池组的温度保持在正常的工作温度范围内。

    动力电池的充放电是典型的电化学过程，其伴生的反应热很容易引起动力电池组内部的温升及一定的温差，如果不及时散热，对动力电池的安全性、可靠性及动力电池寿命都有很大的影响。因此在热管理方面主要面临的问题有：充放电时产生的反应热如何散出；电池组模块内部单体之间的温度如何均衡；寒冷环境下，如何将电池预热到设定的温度范围。影响动力电池热管理的因素主要包括产热率、电池形状、冷媒类型、冷媒流速、流道厚度等。目前车载动力电池主要考虑外部散热结构，很少将动力电池内部传热与外部散热过程耦合分析，因此无法从根本上控制电池散热所带来的负面影响。从控制性的角度，目前的动力电池组热管理系统可以分为主动式、被动式两类，从传热介质的角度看，热管理系统主要包括气体冷却法、液体冷却法、相变材料冷却法、热管冷却法及一些带加热的热管理系统。

    （1）气体冷却法。采用空气作为传热介质，直接把空气引入动力电池，使其流过动力电池以达到散热目的，一般需有风扇、进出口风道等部件。气体冷却法主要包括自然对流冷却法和强迫空气对流冷却法。根据进风来凉的不同，一般有以下几种形式：外界空气通风被动式冷却；乘客舱空气通风被动式冷却／加热；外界或乘客舱空气主动式冷却／加热。被动式系统结构相对简单，直接利用现有环境，比如，冬季电池需要加热，可以利用乘客舱的热环境将空气吸入，若行驶中电池温度过高，乘客舱空气的冷却效果不佳，则可将外界冷空气吸入降温。而主动式系统，则需建立单独系统，提供加热或冷却的功能，一般通过安装局部散热器或风扇的方法来强制散热，有的还利用辅助的或汽车自带蒸发器来提供冷风，根据电池状态独立控制，这也增加了整车能源消耗和成本。不同系统的选择主要取决于电池的使用要求。图8所示为几种典型的气体冷却方式。

    （2）液体冷却法。以液体为介质的传热，需在动力电池组与液体介质之间建立传热通道，比如水套，以对流和导热两种形式进行间接式加热和冷却，传热介质可以采用水、乙二醇，甚至制冷剂，也有把动力电池组沉浸在电介质的液体中直接传热，但必须采用绝缘措施以免发生短路。液体冷却法主要由被动式液体冷却系统和主动式液体冷却系统。被动式液体冷却一般是通过液体一环境空气换热后再将其引入动力电池进行二次换热，而主动式则是通过发动机冷却液一液体介质换热器，或者电加热／燃油加热实现一级加热，以乘客舱空勺空调制冷剂一液体介质实现一级冷却。图9所示为一种典型的液体冷却系统的构成。

    （3）相变材料冷却法。近年来在国外和国内出现采用相变材料（PCM）冷却的动力电池热管理系统，针对动力电池在充电时吸热、放电时放热的特点，在全封闭的动力电池单体之间填充相变材料，靠相变材料的融化或凝固来工作。利用PCM进行动力电池冷却原理是：当动力电池进行大电流放电时，PCM吸收动力电池放出的热量，自身发生相变（融化），而使动力电池温度迅速降低，此过程是系统把热量以相变热的形式储存在PCM中；在动力电池进行充电时，特别是在比较冷的天气环境下（亦即大气温度远低于相变温度），PCM把热量排放到环境中去。相变材料用于动力电池热管理系统中不需要在动力电池连接处插入额外的冷却元件，也不需要动力电池组间的冷却通道或封装外部流体循环的冷却系统，更不需要耗费动力电池额外能量，同时对于寒冷环境下给动力电池进行加热也有借鉴作用。

    （4）热管冷却法。T.P.Cotter等人提出了微型热管和小型热管的动力电池热管理理论，M.S.Wu等曾用带一个延展板的冷凝管来使镍氢电池组或锉离子电池得到有效散热。
    （5）带加热的热管理系统。在较冷的环境中，动力电池性能会降低，造成电动汽车整车性能降低，此时需要对动力电池进行加热。在寒冷环境中给动力电池加热比使动力电池散热更困难。福特公司研发出的锉离子电池热管理即包括冷却和加热两种功能。

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