采用電能替代化石燃料作為動力，是將來交通的唯一長遠(yuǎn)處理辦法。動力鋰離子電池系統(tǒng)作為電動汽車的心臟，惟有對其進(jìn)行充足的了解，才能實(shí)現(xiàn)電動汽車的順利推廣。本文從國內(nèi)外電動汽車緊要車載動力鋰離子電池的發(fā)展趨勢角度出發(fā)，比較較有發(fā)展前景的及其電池管理系統(tǒng)進(jìn)行了重點(diǎn)分解。

鋰離子電池包充電機(jī)充電不均衡易使其出現(xiàn)過充放電問題，嚴(yán)重?fù)p害其使用壽命。本文提出了一種新型智能充電機(jī)充電模式，使電池包更加安全、可靠地充電機(jī)充電，能夠延長其使用壽命，新增安全性，降低使用成本。

1車載鋰離子電池管理系統(tǒng)

作為電動汽車電池的監(jiān)測大腦，電池管理系統(tǒng)(bMS)在混合動力電動汽車中可以實(shí)現(xiàn)對電池剩余電量的監(jiān)測，預(yù)測電池的功率強(qiáng)度，便于對整個(gè)電池系統(tǒng)的了解和整車系統(tǒng)的掌控。

在純電動汽車中，bMS具有預(yù)測電池剩余電量、預(yù)測行駛里程和故障診斷等智能調(diào)節(jié)功能。bMS對鋰離子電池的用途尤為分明，可以改善電池的使用狀態(tài)、延長電池使用壽命、新增電池安全性。bMS將是將來電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

過針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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如圖1所示，bMS中數(shù)據(jù)采集模塊對電池包的電壓、電流和溫度進(jìn)行測量，然后將采集的數(shù)據(jù)分別傳送到熱管理模塊、安全管理模塊并進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。熱管理模塊對電池單體溫度進(jìn)行控制，確保電池包處于最優(yōu)溫度范圍內(nèi)。

安全管理模塊對電池包的電壓、電流、溫度及荷電狀態(tài)(SOC)估算結(jié)果進(jìn)行判斷，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)出故障報(bào)警并及時(shí)采取斷路等緊急保護(hù)措施。狀態(tài)估計(jì)模塊依據(jù)采集的電池狀態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行SOC和健康狀態(tài)(SOH)估算。

目前緊要是SOC估算，SOH估算技術(shù)尚不成熟。能量管理模塊對電池的充放電過程進(jìn)行控制，其中包括電池電量均衡管理，用來消除電池包中各單體的電量不一致問題。數(shù)據(jù)通信模塊采用CAN通信的方式，實(shí)現(xiàn)bMS與車載設(shè)備和非車載設(shè)備之間的通信。

bMS的核心功能是SOC估計(jì)、均衡管理和熱管理，此外還具有其他功能比如充放電管理、預(yù)充電機(jī)充電管理等。在電池充放電過程中，要依據(jù)環(huán)境狀態(tài)、電池狀態(tài)等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行管理，設(shè)置電池的最佳充放電曲線，例如設(shè)置充電機(jī)充電電流、充電機(jī)充電上限電壓值、放電下限電壓值等。電動汽車的高壓系統(tǒng)電路存在的容性負(fù)載在上電瞬間相當(dāng)于短路，因此要進(jìn)行預(yù)充電機(jī)充電管理來戒備高壓電路上電瞬態(tài)電流沖擊。

2電池管理系統(tǒng)的核心功能

無人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備

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2.1SOC估算

SOC用來描述電池剩余電量，是電池使用過程中最緊要的參數(shù)之一。SOC估計(jì)是判斷電池過充過放的基礎(chǔ)，精確的估計(jì)可以最大限度的戒備電池包的過充放電問題，使其更加可靠地運(yùn)行。

電池SOC的估算在內(nèi)部工作環(huán)境和外界使用環(huán)境變換的影響下呈現(xiàn)出非常強(qiáng)烈的非線性。影響電池容量的內(nèi)外因素有多種，如電池溫度、電池壽命、電池內(nèi)阻等，要準(zhǔn)確完成SOC估算有很大困難。

現(xiàn)有的SOC估算辦法如下：

(1)安時(shí)計(jì)量法。安時(shí)計(jì)量法不考慮電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)、狀態(tài)等方面的變化，因而有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的優(yōu)勢，但是該辦法的精度不高。若電流測量精度不高，那么隨著時(shí)間的推移，SOC累計(jì)誤差將不斷加大，影響最終結(jié)果。該辦法適合計(jì)量電動汽車上的電池SOC，若能提高測量精度，不失為一種簡單可靠的SOC計(jì)量辦法。

(2)開路電壓法。鋰離子電池開路電壓與SOC有近似線性關(guān)系，可用來判斷電池內(nèi)部的狀態(tài)。但因測量要求較為嚴(yán)格，要電池靜置時(shí)間至少在1h以上，不適合單獨(dú)使用于電動汽車內(nèi)電池的在線實(shí)時(shí)測試。一般情況下，因開路電壓法在充電機(jī)充電初、末期估算值準(zhǔn)確率較高，常常將開路電壓法與安時(shí)計(jì)量法結(jié)合使用。

(3)卡爾曼濾波法?？柭鼮V波法憑借出色的糾正誤差能力，特別適合于電流波動劇烈的混合動力鋰離子電池，該估算法的缺點(diǎn)在于對系統(tǒng)解決速度的要求較高。

(4)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有分布并行解決、非線性映射和自適應(yīng)學(xué)習(xí)等特性，因此可以用于模擬電池動態(tài)特性，估算SOC。但是此辦法要大量參考數(shù)據(jù)供神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)，且數(shù)據(jù)和訓(xùn)練辦法要求較高，否則會造成不可接受的誤差。

2.2均衡管理

在加工電池過程中要經(jīng)過很多道工序，差異化會造成不一致的狀態(tài)。電池單體的差異緊要表今朝隨著時(shí)間推移和溫度變化，其內(nèi)阻和容量都會有差異。單體之間大的差異更容易引起過充或過放現(xiàn)象，造成電池?fù)p壞。實(shí)現(xiàn)電池均衡能夠最大限度地發(fā)揮動力鋰離子電池的效用，延長電池使用壽命，新增安全性?，F(xiàn)階段國內(nèi)外主流均衡辦法如下：

(1)電阻均衡法。此辦法是能量耗散型均衡法的緊要代表，辦法簡單，成本低，但是能量損耗比較大，效率較低，只適用于小電流充放電的系統(tǒng)中。

(2)開關(guān)電容法。此辦法是非能量耗散型均衡法的緊要代表，它彌補(bǔ)了電阻均衡的缺點(diǎn)。但它控制電路復(fù)雜，均衡速度較慢，用時(shí)較長，不適合大電流使用。

(3)變壓器均衡法。此辦法是基于對稱多繞組變壓器結(jié)構(gòu)的串聯(lián)電池包主動均衡控制辦法。它的缺點(diǎn)是電路復(fù)雜、器件多，體積太龐大，不易于電池包的擴(kuò)展。一般適用于大電流的充放電中。

(4)聚集式均衡。該辦法能迅速地使整個(gè)電池包為電池單體轉(zhuǎn)移能量，聚集式均衡模塊的體積更小。但多個(gè)電池的均衡操作不能并行進(jìn)行，而且要大量線纜連接，不適用于電池?cái)?shù)量較大的電池包。

2.3熱量管理

溫度對電池各方面的性能都有影響。溫度場的不平均性將加劇電池包的不一致性，故對其進(jìn)行管理非常必要。熱管理的目的是通過加熱或者散熱措施將電池系統(tǒng)的溫度維持在一定的范圍內(nèi)，并且盡量保持電池包內(nèi)的溫度一致性。

溫度管理緊要完成以下4項(xiàng)功能：(1)快速加熱低電阻條件下的電池包;(2)保證電池溫度場的平均分布;(3)電池溫度的準(zhǔn)確測量和監(jiān)控;(4)在電池包溫度過高時(shí)，有效地疏散熱量。常用的冷卻辦法有自然對流法、強(qiáng)迫空氣對流法、液體流法、相變材料法和熱管理法等，常用的加熱辦法有電池內(nèi)部加熱法、加熱板法、加熱套法和熱泵法等。

3鋰離子電池充電機(jī)充電技術(shù)

3.1現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

實(shí)際使用中，依據(jù)電池容量的限制選擇不同的充電機(jī)充電模式是延長蓄電池使用壽命的必然選擇。鋰離子電池充電機(jī)充電辦法較多，最簡單的是恒定電壓充電機(jī)充電法。鋰離子電池包一般由大量的單體串聯(lián)組成,由于每個(gè)單體制造工藝的差別，存在內(nèi)阻、電壓、容量和溫度的不一致性，易造成充放電過程中的不均衡，即大容量單體淺放、小容量單體過放，這會對電池包造成嚴(yán)重?fù)p傷。處理不均衡充放電問題是鋰離子電池包的研究重點(diǎn)。

電動汽車對電池充電機(jī)充電技術(shù)的要求包括：

(1)充電機(jī)充電過程快速化。動力鋰離子電池比能量低導(dǎo)致一次性充電機(jī)充電續(xù)航里程短，這一直是限制電動汽車發(fā)展的緊要因素。只要讓蓄電池更快速更加有效地充電機(jī)充電，就可以間接彌補(bǔ)電動汽車?yán)m(xù)航里程短這一大弱點(diǎn)。

(2)充電機(jī)充電設(shè)備通用化。為了追求相關(guān)學(xué)術(shù)前沿、優(yōu)化自身產(chǎn)品爭取盡可能多的市場份額，各種新型的蓄電池層出不窮，并共存于這個(gè)市場中。在不同種類、不同電壓等級蓄電池并存的情況下，公共場所中的充電機(jī)充電設(shè)備要擁有更廣泛的適應(yīng)性，一方面充電機(jī)充電機(jī)要適用于盡可能多的蓄電池，另一方面有關(guān)不同的電壓等級，充電機(jī)充電機(jī)都要滿足客戶的要求。

(3)充電機(jī)充電策略智能化。為了盡可能實(shí)現(xiàn)蓄電池的無損充電機(jī)充電，監(jiān)控其充放電狀態(tài)，戒備過放電，達(dá)到既節(jié)能又延緩老化的目的，要更智能的充電機(jī)充電策略。即針對不同的蓄電池供應(yīng)不同的充電機(jī)充電策略，以吻合該電池充電機(jī)充電曲線。

(4)電能變換高效化。電動汽車能量損耗與運(yùn)行成本相關(guān)甚密，要想進(jìn)一步推廣電動汽車，非得盡可能地平衡其性價(jià)比，降低能耗。

(5)充電機(jī)充電系統(tǒng)集成化。隨著系統(tǒng)小型化和多功能化的要求，以及電池可靠性和穩(wěn)定性要求的提高，充電機(jī)充電系統(tǒng)將和電動汽車能源管理系統(tǒng)集成為一個(gè)整體，集成電流測試和反向放電保護(hù)等功能，無需外部組件即可實(shí)現(xiàn)體積更小、集成化更高的充電機(jī)充電處理辦法，從而為電動汽車其余部件節(jié)約出布置空間，大大降低系統(tǒng)成本，并可優(yōu)化充電機(jī)充電效果，延長電池壽命。

3.2智能充電機(jī)充電技術(shù)

基于以上對鋰離子電池包及其充電機(jī)充電現(xiàn)狀的分解，針對鋰離子電池包充電機(jī)充電過程中易出現(xiàn)的不均衡性和安全性問題，本文總結(jié)出一種基于電動汽車bMS的智能充電機(jī)充電模式，如圖2所示。

在整個(gè)充電機(jī)充電過程中，bMS系統(tǒng)緊要針對鋰離子電池包進(jìn)行電池電壓、電流信號的監(jiān)測和溫度、連接狀態(tài)等的測試;充電機(jī)充電機(jī)中的智能管理系統(tǒng)針對充電機(jī)充電設(shè)備的輸出模式進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。bMS系統(tǒng)與充電機(jī)充電設(shè)備智能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能通訊，進(jìn)行電池包與充電機(jī)充電設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)模式比對，為電池包選擇最優(yōu)的充電機(jī)充電模式。

在充電機(jī)充電初始過程中，bMS對鋰離子電池包進(jìn)行準(zhǔn)許最大充電機(jī)充電量估計(jì)，即對整個(gè)電池包的單體進(jìn)行SOC評估，測出電池包最大可充電機(jī)充電量。并結(jié)合預(yù)先設(shè)定的充電機(jī)充電量安全系數(shù)，計(jì)算出電池包最大準(zhǔn)許充電機(jī)充電量。

充電機(jī)充電過程中，按照最大準(zhǔn)許充電機(jī)充電量對鋰離子電池包進(jìn)行充電機(jī)充電。充足利用bMS的能量管理模塊，對電池包單體進(jìn)行充電機(jī)充電均衡控制，保證單體參數(shù)一致性。同時(shí)在充電機(jī)充電過程中，要對SOC值進(jìn)行周期性(測試周期依據(jù)電池荷電量的新增梯度制定)測試。

利用bMS系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能，結(jié)合安全管理，最大限度戒備電池包的過充電機(jī)充電。在達(dá)到電池包最大充電機(jī)充電量之后，bMS和充電機(jī)充電設(shè)備智能管理系統(tǒng)均可以智能控制充電機(jī)充電控制器，結(jié)束充電機(jī)充電過程。同時(shí)，bMS斷開與充電機(jī)充電機(jī)智能監(jiān)測系統(tǒng)的通訊。

智能充電機(jī)充電方式不僅能夠處理鋰離子電池包充電機(jī)充電不均衡問題，也能最大限度地保證電池包充電機(jī)充電安全性，延長鋰離子電池包使用壽命，保證其使用安全性。

4鋰離子電池測試技術(shù)

我國大力發(fā)展電動汽車產(chǎn)業(yè)，并且積極推動相關(guān)充電機(jī)充電設(shè)施建設(shè)。但是這些示范性設(shè)備在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)很多問題，如電池的篩選匹配、設(shè)備的發(fā)熱、連接裝置的插拔接口接觸不良等。在少量裝置時(shí)出現(xiàn)的這些問題倘若不能處理，在電動汽車大量使用后，將出現(xiàn)目不暇接的局面，勢必對其發(fā)展出現(xiàn)不利影響。

隨著電動汽車基礎(chǔ)設(shè)施大量建設(shè)，急需相關(guān)配套測試辦法。天津市電力公司開展《移動式電動汽車充電機(jī)充電關(guān)鍵設(shè)備測試技術(shù)研究》項(xiàng)目，其中針對電動汽車換電站最緊要的是對電池包的測試。

電動汽車換電站中緊要包括電池故障診斷，篩選維護(hù)和基于bMS監(jiān)測的分箱充電機(jī)充電技術(shù)，將針對電池篩選裝置和充電機(jī)充電機(jī)的性能進(jìn)行重點(diǎn)測試。對鋰離子電池特性的研究和掌握，有利于對換電站中篩選裝置精確度進(jìn)行判斷，提高電池使用壽命。

通過對大量已投入運(yùn)行的充電機(jī)充電關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行調(diào)研，有利于掌握其運(yùn)行特性和故障特性，提高測試效率，形成簡便快捷的移動式測試辦法。這將是一道強(qiáng)有力的核心技術(shù)保障，有助于電動汽車的全面發(fā)展。

5結(jié)語

本文對鋰離子電池系統(tǒng)進(jìn)行了分解，對bMS的構(gòu)成和核心功能進(jìn)行了重點(diǎn)解析，針對電池包充電機(jī)充電不均衡問題提出了一種智能充電機(jī)充電模式。一套完善的智能充電機(jī)充電系統(tǒng)可以協(xié)調(diào)充電機(jī)充電機(jī)與電池包之間的供求關(guān)系，為電池包供應(yīng)更加安全可靠的充電機(jī)充電模式，延長其壽命，新增電池包可靠性且降低運(yùn)行成本，將成為將來電動汽車技術(shù)的研究重點(diǎn)。與智能充電機(jī)充電技術(shù)相匹配的便捷的、快速的移動式充電機(jī)充電關(guān)鍵設(shè)備測試裝置的研發(fā)勢在必行。