新型电动汽车锂电池管理系统的研究与实现 — 车载电池管理系统研究现状

2.1电动汽车研究状况及车载电池管理系统的重要性

在电动汽车族中首先发展起来的是纯电动汽车（EV），它的能源完全由车载的电池组提供，目前由于受电池成本高、续驶里程短、充电设施不足的限制，它完全走向市场化还有一定距离。混合电动车（HEV）是电动汽车研制中的后起之秀，它综合了传统汽车引擎驱动与电机驱动的两大优点，HEV的主要能源仍然是汽油、柴油燃料，电池组的能量主要用在汽车启动、爬坡行驶时为汽车提供辅助动力；在刹车时，电动机处于发电状态，能量回收到电池组中。传统汽车相当多的污染是在启动时由发动机产生的，因此HEV既解决了大部分的环境污染问题，又不受EV的行驶里程的限制，而且还降低了能耗，提高了汽车的效率和自动化程度。另一方面，HEV上配备的电池容量和重量都要比EV小得多，其电池成本大幅度降低，目前已小批量生产销售近20万辆。

对电动汽车研究开展得比较早的研究机构、公司多集中在美、日、欧等发达国家。轿车车体的研发主要是集中在2～5座的轿车上；电池以前多采用铅酸电池，现在则用镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池；驱动电机既有直流电机，也有交流电机，电机连续功率多在15KW～50KW之间；快速充电方法及制动能量回收方法的研究也有很大的进展。

目前国内多家汽车厂也已开展了电动汽车的研制和开发，"九五"期间，东风汽车公司联合多家单位成功研制出了一辆电动概念车。"十五"期间，国家已投入大量人力、物力进行对电动车的研制开发。本论文课题就是结合国家"863"混合电动汽车项目展开研究和试验工作的。

针对纯电动汽车，电池管理系统不仅能够正确监测使用过程中消耗的电池能量，而且能够预测电池所剩余的电量即剩余电量，并根据汽车的当前行驶工况，预测汽车的续驶里程，这样可减轻驾驶员的心理负担，以避免半路抛锚。而对于混合电动汽车，电池管理系统不仅要监测电池的剩余电量SOC，还要预测电池的功率强度，以便监控电池的使用工况，在汽车启动和加速时提供足够的输出功率，刹车时电池组能回收更多的能量即提供足够的输入功率，并且不对电池组造成伤害。电池的剩余电量直接决定EV的最大续驶里程；而电池的功率强度则直接影响HEV的加速性能，对他们的状态估计是电动汽车发展的关键技术之一。

电动车上的电池一般都是采用多个电池串联使用的，串联使用的电池的充放电和单体电池的充放电过程相比较要复杂的多，主要原因就是在电池组内电池的不一致性。电池的不一致性会严重影响电动汽车的性能，因此对单体电池进行均衡也十分重要。

当电池出现过充或过放等异常情况时，电池的专家诊断系统给出报警信号并对充电机或用电设备给出控制信号，同时建立电池的历史档案，根据这些历史档案给出每个电池的健康状态即维护信息，起到电池保健医生的作用。

总之，电池管理系统是一个处于监控运行及保护电池关键技术中的核心地位，能给出剩余电量和功率强度预测、进行智能充电和电池诊断安全等功能集合的综合系统。

2.2国外电池管理系统研究状况

随着近十年来电动汽车研究和使用的不断升温，国外一些大的汽车生产商和电池供应商针对各种电池作了大量研究及试验，总结出电池的数学模型，并成功开发出许多电池管理系统装在车上试用。比较有代表性的有：德国Mentzer Electronic GmbH和Werner Retzlaff为首设计的BADICHEQ系统及BADICOaCH系统；德国的B.Hauck设计的BATTMAN系统；美国通用汽车公司生产的电动汽车EV1上的电池管理系统；美国Aerovironment公司开发的SmartGuard系统（Long--Life Battery Using Intelligent Modular Control System）；美国AC Propulsion公司开发的名为BatOpt的高性能电池管理系统；日本丰田的混合车用系统。

电动汽车的蓬勃发展为相关的电池电子技术的发展提供了巨大的契机。电池电子技术就是针对电池这样一个复杂的电化学系统，依托于电力电子技术、单片机技术、智能控制与模糊逻辑和电化学科学等相关学科而兴起的新应用技术领域分支。电池电子技术的目标就是将电池应用推向一个更高的阶段，达到少维护、无人管理、高安全、智能化和无公害，最大限度的优化电池的使用和延长电池的寿命。

2.2.1 BADICHEQ系统及BADICOaCH系

BADICHEQ系统是在1991年开始设计的，并于1991年12月首次装车实验，经过不断的实验和修改，于1992年4月达到如下功能： 能同时对20个电池单元进行电压测量； 能进行电流和温度测量； 能根据电池单元对主充电机的充电电流进行控制； 能用一个小的充电机对单个电池进行均衡充电；