電動汽車采用電能替代化石燃料作為動力，是將來交通的唯一長遠處理方法。動力鋰離子電池系統(tǒng)作為電動汽車的心臟，惟有對其進行充足的了解，才能實現(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)展前景的鋰離子電池及其電池管理系統(tǒng)進行了重點分解。

鋰離子電池包充電機充電不均衡易使其萌生過充放電問題，嚴重損害其使用壽命。本文提出了一種新型智能充電機充電模式，使電池包更加安全、可靠地充電機充電，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現(xiàn)對電池剩余電量的監(jiān)測，預(yù)測電池的功率強度，便于對整個電池系統(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)。

車載動力鋰離子電池系統(tǒng)及充電機充電技術(shù)介紹

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、安全管理模塊并進行數(shù)據(jù)顯示。熱管理模塊對電池單體溫度進行控制，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)果進行判斷，當出現(xiàn)故障時發(fā)出故障報警并及時采取斷路等緊急保護措施。狀態(tài)估計模塊依據(jù)采集的電池狀態(tài)數(shù)據(jù)，進行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、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)進行管理，設(shè)置電池的最佳充放電曲線，例如設(shè)置充電機充電電流、充電機充電上限電壓值、放電下限電壓值等。電動汽車的高壓系統(tǒng)電路存在的容性負載在上電瞬間相當于短路，因此要進行預(yù)充電機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

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估計是判斷電池過充過放的基礎(chǔ)，精確的估計可以最大限度的防止電池包的過充放電問題，使其更加可靠地運行。

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)安時計量法。安時計量法不考慮電池內(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，那么隨著時間的推移，SOC累計誤差將不斷加大，影響最終結(jié)果。該辦法適合計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格，要電池靜置時間至少在1h以上，不適合單獨使用于電動汽車內(nèi)電池的在線實時測試。一般情況下，因開路電壓法在充電機充電初、末期估算值準確率較高，常常將開路電壓法與安時計量法結(jié)合使用。

(3)卡爾曼濾波法。卡爾曼濾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，造成電池損壞。實現(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。現(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，它彌補了電阻均衡的缺點。但它控制電路復(fù)雜，均衡速度較慢，用時較長，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。它的缺點是電路復(fù)雜、器件多，體積太龐大，不易于電池包的擴展。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。但多個電池的均衡操作不能并行進行，而且要大量線纜連接，不適用于電池數(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)電池溫度的準確測量和監(jiān)控；(4)在電池包溫度過高時，有效地疏散熱量。常用的冷卻辦法有自然對流法、強迫空氣對流法、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、鋰離子電池充電機充電技術(shù)

3.1現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

實際使用中，依據(jù)電池容量的限制選擇不同的充電機充電模式是延長蓄電池使用壽命的必然選擇。鋰離子電池充電機充電辦法較多，最簡單的是恒定電壓充電機充電法。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重損傷。處理不均衡充放電問題是鋰離子電池包的研究重點。

電動汽車對電池充電機充電技術(shù)的要求包括：

(1)充電機充電過程快速化。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充電，就可以間接彌補電動汽車續(xù)航里程短這一大弱點。

(2)充電機充電設(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充電設(shè)備要擁有更廣泛的適應(yīng)性，一方面充電機充電機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，充電機充電機都要滿足客戶的要求。

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

(4)電能變換高效化。電動汽車能量損耗與運行成本相關(guān)甚密，要想進一步推廣電動汽車，非得盡可能地平衡其性價比，降低能耗。

(5)充電機充電系統(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，充電機充電系統(tǒng)將和電動汽車能源管理系統(tǒng)集成為一個整體，集成電流測試和反向放電保護等功能，無需外部組件即可實現(xiàn)體積更小、集成化更高的充電機充電處理方法，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)化充電機充電效果，延長電池壽命。

3.2智能充電機充電技術(shù)

基于以上對鋰離子電池包及其充電機充電現(xiàn)狀的分解，針對鋰離子電池包充電機充電過程中易萌生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的智能充電機充電模式，如圖2所示。

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

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

充電機充電過程中，按照最大準許充電機充電量對鋰離子電池包進行充電機充電。充足利用bMS的能量管理模塊，對電池包單體進行充電機充電均衡控制，保證單體參數(shù)一致性。同時在充電機充電過程中，要對SOC值進行周期性(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)估計功能，結(jié)合安全管理，最大限度戒備電池包的過充電機充電。在達到電池包最大充電機充電量之后，bMS和充電機充電設(shè)備智能管理系統(tǒng)均可以智能控制充電機充電控制器，結(jié)束充電機充電過程。同時，bMS斷開與充電機充電機智能監(jiān)測系統(tǒng)的通訊。

智能充電機充電方式不僅能夠處理鋰離子電池包充電機充電不均衡問題，也能最大限度地保證電池包充電機充電安全性，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)充電機充電設(shè)施建設(shè)。但是這些示范性設(shè)備在運行中發(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)展萌生不利影響。

隨著電動汽車基礎(chǔ)設(shè)施大量建設(shè)，急需相關(guān)配套測試方法。天津市電力公司開展《移動式電動汽車充電機充電關(guān)鍵設(shè)備測試技術(shù)研究》項目，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，篩選維護和基于bMS監(jiān)測的分箱充電機充電技術(shù)，將針對電池篩選裝置和充電機充電機的性能進行重點測試。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行判斷，提高電池使用壽命。

通過對大量已投入運行的充電機充電關(guān)鍵設(shè)備進行調(diào)研，有利于掌握其運行特性和故障特性，提高測試效率，形成簡便快捷的移動式測試方法。這將是一道強有力的核心技術(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)進行了分解，對bMS的構(gòu)成和核心功能進行了重點解析，針對電池包充電機充電不均衡問題提出了一種智能充電機充電模式。

一套完善的智能充電機充電系統(tǒng)可以協(xié)調(diào)充電機充電機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充電模式，延長其壽命，新增電池包可靠性且降低運行成本，將成為將來電動汽車技術(shù)的研究重點。與智能充電機充電技術(shù)相匹配的便捷的、快速的移動式充電機充電關(guān)鍵設(shè)備測試裝置的研發(fā)勢在必行。