电动汽车的电池管理系统控制

纯电动汽车（EV）和混合动力电动汽车（HEV）正作为新能源车的主力，得到国家的大力推动和财政支持，这包括了“十城千辆”工程的启动和国家对电动汽车终端用户高额财政补贴等一系列重大政策的实施。特别是最近公布的新能源汽车试点城市由20个增至25个，以及《节能与新能源汽车产业发展规划》里提到，未来10年国家将拿出超过1000亿元的资金，用以扶持新能源汽车产业链的发展。在众多厂家的努力下，将可使电动汽车产业的规模化和市场化尽早形成。

目前，动力总成控制系统和电机及驱动系统有很多厂家正在研发和改进中，动力电池的能量密度、可充放电次数也已基本达到电动汽车的要求。因此，如何有效地让电动汽车的动力系统工作在最有效的状态，电池管理系统做为动力电池系统的监控者，其关键的作用就是在保证电池安全使用和寿命的前提下，充分发挥电池能力。

什么是电池管理系统

电池管理系统与电动汽车的动力电池紧密结合在一起，对电池的电压、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&SOH状态，还根据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、电机控制器、能量控制系统、车载显示系统等进行实时通讯。



电池管理系统的基本功能如下，这些功能可以满足大部分手机电池、电动工具、电动自行车的应用。

·监测单体电芯的工作状况，例如单体电池电压、工作电流、环境温度等。

·保护电池，避免电池工作在极端的条件下发生电池寿命缩短，损坏，甚至发生爆炸、起火等危害人身安全的事故。

– HW 过压（OV）和欠压（UV）保护

– HW过流（OC）和短路（SC）保护

– HW 过高温（OT）和过低温（UT）的保护

– 为电池提供多重保护以提高保护和管理系统的可靠性

– 硬件执行的保护具有高可靠性

– 软件执行的保护具有高的灵活性

– 管理系统关键元器件失效的保护为用户提供第三重保护

电池管理系统的设计要求

电动汽车必须满足“以人为本”的安全理念以及汽车电子高可靠性的要求。由于电动汽车处在高速行驶（＞80km/hr），车辆的安全驾驶及各种保护动作必须由驾驶员、车辆管理系统，充电器和电池集成系统共同决定，而电池管理系统不仅要为电机提供足够的动力，已满足汽车各种工况行驶的要求，而且要采集自身电池的各种信息，对自身工作状态有一个精确的计算和判断，然后要把这些信息准确无误地传递给车辆管理系统和驾驶员，使车辆管理系统和驾驶员做出正确的驾驶动作，以便在保证电池安全的前提下，充分发挥电池的潜力，延长电池的寿命。

汽车级电池集成系统必须满足汽车电子的要求，支持在线检测和故障诊断等功能，通过TS16949的认证。因此电动汽车用电池集成系统对电池的管理提出了更高的要求：

· 电源及动力系统的集总分布式、层次化，模块，从而提高电池集成系统的寿命

· 电池的温度检测和热管理

· 电池的健康状况和剩余电量的估算和显示

· 在电动汽车应用中，告诉驾驶员还可以行驶的距离，并及时通知驾驶员进行电池的充电、维护和更换。由于电池的充放电过程是一个化学过程，电池的健康和荷电状态的估计算法必须具备很深的理论功底和使用电池的经验，具有很高的技术含量

· 动力总成技术就是在保证电池在安全使用的前提下，充分发挥电池的潜力，保证电池的性能，提高电池的寿命

· 高可靠的通讯协议

表：电动自行车和电动汽车电池管理方案的介绍和比较





电池管理系统的芯片集成技术

汽车电池系统的可靠性要求极高，特别是高压监控部分，电池均衡部分。由于集成的解决方案少，很多方案采用分立元件搭配而成，从而导致：

· 元件匹配度不好，信号采集的精度下降

· 外部节点增多，难以做到自动化测试，提高测试成本，降低测试覆盖率，系统可靠性低

· 外部元件的功耗很难控制

· 系统尺寸大，成本高

凹凸科技(O2Micro)在动力锂电池的保护和管理技术已经有十年以上的经验，是全球领先的动力电池管理芯片的供应商。值得关注的是，凹凸科技(O2Micro)是全球第一家提供支持13节电池单芯片前端检测的方案提供商，该芯片OZ890最多支持16颗串联可以支持到208节的应用，目前采用该芯片的电池管理系统方案已成功用于纯电动车和混合动力车中。随着电动汽车领域的发展，凹凸科技(O2Micro)的电动汽车电池管理芯片集成了O2Micro在动力电池的最新科技和管理的成果，如高速、高精度数据采样、高压通讯技术以及支持全面的系统诊断，使得管理系统性能更加强大，更加可靠。

表：以标准电池模块为例介绍分立元件的方案和集成方案的比较



由此可见，集成芯片的解决方案对提高系统的可靠性、降低成本具有十分重要的作用，是电池集成技术中硬件设计技术的核心。