电池管理系统的研究现状

罗诗韵　汪洋

摘 要：受能源危机和环境污染的影响，作为电动汽车的重要组成部分之一的电池管理系统，逐渐受到重视。文章就电池管理系统在国内外的研究现状进行了概述，并针对其中较为典型的电池管理系统的性能特点进行了对比分析。

关键词：电池管理系统；电池；电动汽车

中图分类号：U463.63 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）27-0126-02

1 背 景

能源危机和环境污染是当今世界面临的两大难题，因此，交通能源的可持续发展和交通领域的节能减排受到各国政府的高度重视。由于电动汽车技术具有节能环保的特点，各国政府和各汽车企业促进其得到了很大的发展，同时也促进了电池技术及其管理技术的发展。电池管理系统是电动车电池系统的重要组成部分之一，在履行保证电池安全稳定运行的职责的同时，还需要优化电池的使用进程和延长电池使用寿命，因此，其重要性日渐彰显。

2 电池管理系统简介

电池管理系统（BMS）与电池紧密相关，目前一般指对除电池外的其他部件进行控制，检测电池的状态以及电池组中各单体电池的状态，并根据电池（组）的状态对电池（组）进行适当的控制策略调整，可以接受上层控制模块的控制信息并做出必要的响应。电池管理系统能实时检测动力电池（组）的电压、电流、温度等参数，并且对动力电池（组）进行热管理、均衡管理、绝缘检测，计算动力电池（组）剩余容量、充放电功率，报告SOC&SOH状态，通过通讯接口与整车控制器、电机控制器、能量管理系统、车载显示系统等进行实时通讯，实现对动力电池（组）的充放电管理以保证动力电池（组）安全稳定地运行。

3 国外电池管理系统研究现状

3.1 美国的研究现状

国外发达国家电池管理系统的研究起步较早，其中最早的电池管理系统在美国的托莱多大学被提出，因此，以美国研究的电动汽车电池管理系统最为前沿。美国研究较为成熟的电池管理系统目前包括：

①GM生产的电动汽车EVI所采用的电池管理系统，Aerovironment开发的SmartGuard电池管理系统，AC Propulsion开发的BatOpt高性能电池管理系统。

②EVI的电池管理系统由26个单体铅酸蓄电池串联而成，能对电池组的电流及单体电池的电压进行监测，具有过放电报警系统和高压断电保护等功能。

③SmartGuard电池管理系统采用了分布式的方式对电池组的温度和电压进行采集，能够对过充电等进行自行监控，并记录下电池的使用历史，挑选出状态最不理想的电池，并提供其信息。

④BatOpt电池管理系统包括主控制模块和电池监控模块2个主要模块，每个单体电池的状态信息通过监控模块检测之后向主控制模块传输，当主控制模块收到这些信息之后，则控制电池监控模块进行优化控制。

3.2 欧洲的研究现状

在欧洲，电动汽车发展较快的当属德国，德国目前已有的比较成熟的电池管理系统主要有以德国门策电子有限公司和Werner Retzlaff为首设计的BADICHEQ电池管理系统及BADICOaCH电池管理系统，德国的B.Hauck设计的BATTMAN电池管理系统。

①BADICHEQ电池管理系统包含了26个蓄电池，它能够对电池组工作电流、单体电池端电压和温度进行采集，同时BADICHEQ电池管理系统还具有均衡充电控制、数据通信、数据显示、安全报警灯功能。

②针对BADICHEQ电池管理系统的不足，Mentzer Electronic GmbH公司对其进行了改进，这就是BADICOaCH电池管理系统。BADICOaCH相对于BADICHEQ来说，数据采集和数据通信功能更为强大，反应更为迅速。

③B.Hauck认为不同型号的电池组的管理可分为共同部分的管理和特殊部分的管理，而且共同管理占很大的比重。因此B.Hauck提出的BATTMAN电池管理系统通过在软件上增加选择参数以及改变硬件跳线的办法将不同型号的动力电池组做成同一个系统，实现对不用型号电池组的管理。

3.3 日本和韩国的研究现状

自1997年起，日本青森工业研究中心就一直致力于对电池管理系统进行实际应用的研究。为了实现对汽车制动能量反馈以及最大功率控制，韩国先进工程研究院与Ajou大学合作研制了一款电池管理系统，该系统主要由充电管理系统还有SAMSUNG SDI电池管理系统。SAMSUNG SDI电池管理系统的检测单元能同时对40个单体电池进行电池电压、电流和温度信号采集，通过采集的数据，实现对单体电池的均衡控制。

4 我国电池管理系统的研究现状

4.1 我国电池管理启蒙时期

我国对于电动车的研究和开发始于第八个五年计划，在第九个五年计划期间由于环境等问题因素，“空气净化工程”启动，到了第十个五年计划，科技部正式提出发展新能源汽车，电动汽车重大专项也被批准为国家第十个五年计划的重点组织实施的重大专项之一，第十一个五年计划启动了“863”计划，实施新能源汽车重大项目，在“十一五”规划中，电动汽车行业不仅仅局限于整车动力系统技术平台，同时也开始向整车产品开发和建立产业化技术配套体系转型。

根据国家汽车产业发展战略的发展要求，国家“863”计划电动汽车重大专项，选择了新一代电动汽车技术作为国内汽车科技创新的主要研究方向，并将企业、高校和科研机构组织到一起进行联合攻关。

4.2 我国电池管理发展时期

在全国3 000多名高科技人员、200多家大型汽车企业以及相关零部件企业的共同努力下，我国建立了以混合动力汽车、燃料电池汽车、纯电动汽车整车技术为纵，以驱动电机、多能源动力总成、动力电池关键技术为横的“三纵三横”的电动汽车研发布局。

2009年公布的《汽车行业产业调整和振兴计划》确立了发展电动汽车产业规模的目标，2012年发布的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020）》也提出要在未来的10年内以整车为主要方向，并且带动与新能源车相关的动力电池、电机、电子控制和系统集成等产业链的发展。

4.3 我国电池管理创新时期

在国家第十一个五年计划以及“863”计划的支持下，到2011年，我国在电动汽车以及混合动力汽车电池管理系统方面的研究已经取得了较大的成就。

自1999年起，北京交通大学就已经开始了电池管理系统的研究，并且形成了适应不同车型的，不同结构的电池管理系统。

自2000年起，北京航空航天大学也开始了对电池管理系统的研发工作。北京理工大学为北方客车BFC110EV研制出了以单片机为核心的铅酸电池管理系统。比亚迪公司生产的混合动力汽车同样采用了分布式的电池管理系统。其电池管理系统能够对动力电池组的总压力、总电流、工作温度等进行采集，并根据采集的数据进行电池组的安全管理以及热管理等，并估算电池组的SOC。奇瑞汽车也采用分布式的电池管理系统，其电池组为多个电池模组，并使用CAN总线和远程数据采集模块进行通信，从而在电池管理模块下对电池进行安全稳定和优化管理。长安汽车也为其混合动力汽车研制出了电池管理系统，包括主控制电路板和采集电路板两个主要子系统，实现对电流电压的采集，并能对单体电池进行热管理和故障诊断和报警等。

电动汽车行业经过几年的发展之后，国内的电池管理系统取得的突破较大，目前已经较为接近国际水平。在电动汽车的立项研究课题中，北京理工大学承担了EQ7200HEV混合动力轿车用镍氢动力电池组及管理模块、湖南神州公司承担了EQ110HEV混合动力城市公交车用大功率镍氢动力电池组及其管理模块、苏州星恒电源有限公司承担了燃料电池轿车用高功率型锂电池动力电池组及其管理系统等课题。除此之外，清华大学、同济大学等也承担了多能源动力总成控制系统和DC/DC变换器等一批相关课题。

5 结 语

电池管理系统的发展目前呈现出良好趋势，虽然有多个大公司占据了电池管理系统的国内外主流市场，但由于电动汽车的开发市场仍然具有巨大潜力，一些新公司根据电池管理系统的不同要求研发出具有自身特色的技术进入该市场。由于电池本身和电池管理系统之间存在着技术难题，未来如果能合理有效地解决这个难题，电池管理系统将更好地服务电动汽车，从而取得更大的进展。

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