锂电池管理系统的研究与实现 — 研究目的与意义

环保局指标，USA EPA Schedule）， 145公里高速公路行驶里程（美国环保局指标，USAEPASchedule）。

EV1的电池管理系统概念定义包括四个组成部分：

● 电池模块（用于汽车驱动和其它用电系统）；

● 软件BPM （Battery Pack Module）；

● 电池组热系统；

● 电池组高压断电保护装置（High Voltage Disconnect）。

可见，EVl的电池管理系统的核心是BPM.BPM有以下功能：

● 单电池电压监测；

● 电池组电流分流采样；

● 电池组高压保护（保险丝）；

● 六个热敏电阻进行温度采样；

● 以电池组的平均特性控制充电；

● 过放电报警并降低电动汽车行驶性能；

● 电量或里程计算；

● 高压回流继电器（High Voltage Bus Relays）。

总的说来，EVl的电池管理系统与一般意义上的电池管理系统有区别，它把系统侧重点放在了电池组的可靠性（Safety Features）上。

EVl电池管理系统的可靠性措施有：

● 电池组高压断电保护装置；

● 手动断电开关；

● 地线绝缘失效检测；

● 自动开关与手动开关连锁。

4、SmartGuard系统这个系统的主要特点是在电池上装有一个分布式的管理装置（用了专用IC）来测量电池的电压和温度，在主控部件有信号来时还可起动电流旁路电路。

SmartGuard的主要功能有：

● 过充检测并防止过充；

● 提供放电极性反向报警；

● 电池历史记录和归档；

● 提供最差电池单元的剩余电量信息。

5、BatOpt系统该系统由每个电池上的监控模块和中心控制单元组成一个分布式系统。通过two_wire总线，监控模块向主控单元报告电池电压、温度等信息，主控单元收集单体电池信息后，提供手动和自动充电策略，它有如下特点：

● 每个模块提供5安培的均充电流；

● 模块有温度监控；

● two_wire总线接口。

6、深海领域的电池管理系统随着锂电池在潜水艇、水下机器人等深海领域的广泛应用，一些科研机构和电池供应商成功开发出适合在深海领域应用的电池管理系统。比如Bruce M.Howe等为MARS海洋观测系统研制的锂电池管理系统。系统的监控单元向上级控制单元报告电池的荷电状态，当需要更换电池时便通知上级控制单元返回码头更换电池。监控单元管理电池的电压、电流、温度等信息，通过这些数据可实现以下功能：

● 温度保护功能，只有在0 ~ 45 o o C C才可进行充电；

● 过流保护功能，充电电流低于0.7C（C为电池容量）；

● 短路保护功能；。电池组高压保护（保险丝）；

● 过充保护功能，单体电池电压超过4.3V时停止充电；

● 过放保护功能，单体电池电压低于3.2V时停止放电；

Phoenix公司为海军的无人水下机器人研制的锂电池管理系统采用三级分布式设计，按单体电池、电池模块和电池组三个等级进行管理。每个单体电池上都有最低级别的控制单元，对单体电池进行充放电保护。电池模块可按电压或电流的需要通过串联或者并联构成电池组。

三级之间通过网络连接实时读取每节电池的工作数据，实时控制每节电池和电池组的工作。

该电池管理系统可实现以下功能：

● 短路和过载保护功能；

● 过充和过放保护功能；

● 故障后1秒内自动重启；

● 单节电池关断功能，关断故障电池后，系统内剩余电池仍可正常工作；

● 电压、电流和温度的实时报告功能；

● 过温保护功能，单节电池超过135 ℃自动关断；

电池管理系统如下图所示：

国内电池管理系统研究现状

国内针对电动汽车的电池管理系统，仍然处于起步阶段。目前主要是一些高校，依托自己的科技优势，联合一些大的汽车生产商和电池供应商共同开展研究，如清华大学、北京理工大学、同济大学、北京航天航空大学等等，都取得了丰硕的成果：清华大学为EV-6580轻型电动客车配套的电池管理系统。在行驶过程中可对电池的充放电电流、电压等参数进行实时测量和监控，防止过充电、过放电，提高了电池寿命和效率，同时还开发了与该系统相匹配的充电系统。

同济大学和北京星恒电池有限公司的锂离子电池管理系统主要功能有：

电流电压及电池模块温度的采集，SOC估计，自动均衡，事故处理与记录等。

北京航空航天大学研制的镍氢电池管理系统主要功能有：

电流电压及电池箱温度的采集，SOC估计，运行状态判断和保护功能等。

春兰研究院的HEV-BMS主要功能有：

电流电压及电池箱温度的采集，SOC估计，自动均衡，电池故障诊断和安全保护。

北京理工大学王建群等为纯电动汽车研制的电池管理系统以单片机为核心，采用分布式网络控制系统结构，可以实时检测动力电池的各种运行参数：

电池SOC、总电压、总电流、单体模块电压、电池包内特征温度；

可以根据电池状态进行故障诊断和报警，同时具有热管理功能等；

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