综合各国的电动汽车研究情况@@，可以发现共同存在的一个现象@@，即电池是整个电动汽车研究中出问题最多的部件@@。在电池生产的过程中@@，电池必须要经过化成检测工序@@，即在电池生产过程中需要对@@电池进行多次充@@放电才能完成整个电池的生产@@。所以化成控制系统的性能直接影响着锂电池的技术@@状态@@、使用寿命@@@@，并决定着放电时@@对@@电网@@的污染程度@@。为了满足电动汽车的实际运行需求@@，电池管理系统@@在功能@@、可靠性@@、实用性@@、安全性@@等@@方面都做出了重要努力@@。
电池管理系统@@简介@@：
电池管理系统@@(Battery Management System，BMS)，电动汽车电池管理系统@@@@(BMS)是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带@@，其主要功能包括@@:电池物理参数@@实时@@监测@@;电池状态估计@@@@;在线诊断与预警@@;充@@、放电与预充@@控制@@;均衡管理和热管理@@等@@@@。
电池管理系统@@的应用@@：
电池管理系统@@（Battery Management System，BMS）的主要任务是保证电池系统的设计性能@@：
1）安全性@@，保护电池单体或@@电池组免受损坏@@，防止出现安全事故@@；
2）耐久性@@，使电池工作在可靠的安全区域内@@，延长电池的使用寿命@@@@@@；
3）动力性@@，维持电池工作在满足车辆要求@@的状态下@@。
动力电池的基本概念@@：
（1）电池容量@@
池容量是蓄电池的一个重要性能参数@@@@，它表示@@在一定放电率@@、温度@@、终止电压等@@的条件下@@，电池放出的电量@@。
电池容量@@用@@ C表示@@，其单位用安时@@@@（Ah）、毫安时@@@@（mAh）表示@@。
（2）充@@电速率和放电速率@@
此概念利用电池额定容量和充@@电时@@间@@（放电时@@间@@）的比值来表示@@@@，可以比较不同电池的充@@放电速度@@。
（3）电池的过充@@@@@@
电池的过充@@@@@@即是对@@电池进行了过度的充@@电@@，过充@@@@会给电池造成一定的损害@@。当快接近充@@电结束的过程时@@@@，即电池电量快满的时@@候@@，只能用小电流对@@电池进行低速率充@@电@@。因为只有小电流充@@电所产生的极化现象较轻@@，在电池内部积聚的气体较少@@，而且给电池散热的时@@间充@@足@@。
（4）充@@电终止电压@@/放电终止电压@@
当蓄电池充@@满电时@@@@，表示@@电池极板上的活性物质已经达到饱和状态@@，所以在这个时@@候即使继续对@@蓄电池充@@电@@，蓄电池的电压再也不会升高@@，此时@@蓄电池的电压称为充@@电终止电压@@@@。类似地@@，放电终止电压@@就是放电时@@候能达到的最低电压@@。
（5）电池的内阻@@
蓄电池两端测得的阻值称为蓄电池的内阻@@@@。
（6）电池的生命周期及老化@@
电池的整个生命周期会经历以下三个阶段@@：在刚开始使用阶段时@@@@，容量会增大@@5%~10%；接下来的阶段@@，容量保持不变@@；最后一个阶段@@，电池容量@@开始慢慢减少@@。这段容量减少的阶段就是电池的老化阶段@@。一般来说@@，当电池容量@@降到额定容量的@@ 80%时@@，则认为电池寿命@@结束@@。
电池管理系统@@的主要组成是@@：
（1）电池终端模块@@（主要进行数@@据采集@@，如@@：电压参数@@@@、电流参数@@@@、温度@@、通信信号等@@@@）；
（2）中间控制模块@@（主要与整车系统进行通讯@@，控制充@@电机等@@@@）；
（3）显示模块@@（主要进行数@@据呈现@@，实现人机交互@@）。
为满足相关的标准或@@规范@@，BMS的这些组成模块要完成的如@@下工作@@：
（1）电池参数@@检测@@。包括总电压@@、总电流@@、单体电池电压检测@@（防止出现过充@@@@@@、过放@@甚至反极现象@@）、温度@@检测@@（最好每串电池@@、关键电缆接头等@@均有温度@@传感器@@）、烟雾探测@@（监测电解液泄漏@@@@）、绝缘检测@@（监测漏电@@）、碰撞检测等@@@@；
（2）电池状态估计@@@@。包括荷电状态@@@@（SOC）或@@放电深度@@（DOD）、健康状态@@（SOH）、功能状态@@（SOF）、能量状态@@（SOE）、故障及安全状态@@（SOS）等@@；
（3）在线故障诊断@@。包括故障检测@@、故障类型判断@@、故障定位@@、故障信息输出等@@@@。故障检测是指通过采集到的传感器信号@@，采用诊断算法@@诊断故障类型@@，并进行早期预警@@。电池故障是指电池组@@、高压电回路@@、热管理@@等@@各个子系统的传感器故障@@、执行器故障@@（如@@接触器@@、风扇@@、泵@@、加热器等@@@@），以及网@@络故障@@、各种控制器软硬件故障等@@@@。电池组本身故障是指过压@@（过充@@@@）、欠压@@（过放@@）、过电流@@、超高温@@、内短路故障@@、接头松动@@、电解液泄漏@@、绝缘降低等@@@@；
（4）电池安全控制与报警@@。包括热系统控制@@、高压电安全控制@@。BMS诊断到故障后@@，通过网@@络通知整车控制器@@，并要求@@整车控制器进行有效处理@@（超过一定阈值时@@@@BMS也可以切断主回路电源@@），以防止高温@@、低温@@、过充@@@@、过放@@、过流@@、漏电等@@对@@电池和人身的损害@@；
（5）充@@电控制@@。BMS中具有一个充@@电管理模块@@，它能够根据电池的特性@@、温度@@高低以及充@@电机的功率等@@级@@，控制充@@电机给电池进行安全充@@电@@；
（6）电池均衡@@。不一致性的存在使得电池组的容量小于组中最小单体的容量@@。电池均衡@@是根据单体电池信息@@，采用主动或@@被动@@、耗散或@@非耗散等@@均衡方式@@，尽可能使电池组容量接近于最小单体的容量@@；
（7）热管理@@。根据电池组内温度@@分布信息及充@@放电需求@@，决定主动加热@@/散热的强度@@，使得电池尽可能工作在最适合的温度@@@@，充@@分发挥电池的性能@@；
（8）网@@络通讯@@。BMS需要与整车控制器等@@网@@络节点通信@@；同时@@@@，BMS在车辆上拆卸不方便@@，需要在不拆壳的情况下进行在线标定@@、监控@@、升级维护等@@@@，一般的车载网@@络均采用@@CAN；
（9）信息存储@@。用于存储关键数@@据@@，如@@SOC、SOH、SOF、SOE、累积充@@放电@@Ah数@@、故障码和一致性等@@@@；
（10）电磁兼容@@。由于电动车使用环境恶劣@@，要求@@BMS具有好的抗电磁干扰能力@@，同时@@@@要求@@@@BMS对@@外辐射小@@。
电池系统的总体研究@@
热量管理@@
在所有的环境因素中@@，温度@@对@@电池的充@@放电性能影响最大@@，对@@蓄电池的很多特性都会产生影响@@。因为电池本身的化学材料比较复杂@@，所以为了计算方便可以将蓄电池结构进行了内部电池@@(热源@@)和电池外壳的模型简化@@，进而进行散热仿真分析@@。
图@@3 蓄电池简化结构示意图@@@@
电压采集@@
一般地@@，为了安全监控@@@@，电池组中的每串电池电压都需要采集@@。电动汽车电池组由上百节的单体电池串联@@，需要众多电压采样通道@@。测量单体电压时@@@@，存在着累积电势@@，且各节单体的累积电势各不相同@@，无法统一补偿或@@消除@@。可以采取@@“先集中后分布@@”的采集方案@@，提高@@可靠性@@@@。
电流采集@@
电流的采样是估计@@电池剩余容量@@(SOC)的主要依据@@，因此必须选用响应速度快@@，具有优良线性度的高精度传感器作为电流采集@@单元@@。
荷电状态@@（SOC）估计@@
目前@@，对@@SOC的研究已经基本成熟@@，SOC算法@@主要分为两大类@@，一类为单一@@@@SOC算法@@，另一类为多种单一@@@@SOC算法@@的融合算法@@@@。单一@@SOC算法@@包括安时@@积分法@@、开路电压法@@、基于电池模型估计@@的开路电压法@@@@、其他基于电池性能的@@SOC估计@@法等@@@@。融合算法@@包括简单的修正@@、加权@@、卡尔曼滤波@@（或@@扩展卡尔曼滤波@@@@）以及滑模变结构方法等@@@@。
电池循环寿命@@@@（SOH）估计@@
SOH(State of Healthy) 为电池的寿命@@@@，定义为标准状况下蓄电池可用容量占标准容量的百分比@@。耐久性@@是当前业界研究热点@@，表征电池寿命@@的主要参数@@是容量和内阻@@。一般地@@，能量型电池的性能衰减用容量衰减表征@@，功率型电池性能衰减用电阻变化表征@@。目前@@SOH估计@@方法主要分为耐久性@@经验模型估计@@法和基于电池模型的参数@@辨识方法@@。
电池一致性与均衡管理@@
电池一致性是指同一规格型号的电池组成电池组后@@，各单体电池的电压@@、荷电量@@、容量及其衰退率@@、内阻及其随时@@间变化率@@、寿命@@、自放电率及其随时@@间变化率等@@参数@@存在一定的差别@@。在电池生产与成组过程中@@，特别是车用@@动力电池@@，如@@果制造环境较差@@，质量控制不得当@@，单体电池间会出现较大差异@@。随着使用时@@间的变化@@，车用@@动力电池的不一致性会变得越来越差@@，最终影响电池组的使用寿命@@@@@@。
电池不一致性主要是由单体电池容量@@衰减差异和荷电量@@差异两者造成@@。单体电池容量@@的衰减是不能恢复的@@。而荷电量@@差异可以通过均衡方法来补偿@@。
故障诊断与失效处理@@
故障诊断功能是@@ BMS 的重要组成部分@@，混合动力汽车的故障诊断程序可以诊断和处理@@ 400 多种各类故障@@。故障诊断可以在电池工作过程中@@，实时@@掌握电池的各种状态@@，甚至在停机状态下也能将电池故障信息定位到蓄电池系统的各个部分@@（包括电池模块@@）。BMS 根据故障原因对@@各种故障诊断分别设置了诊断程序的进入与退出条件@@，采用分时@@诊断流程@@，节约@@ CPU 的时@@间资源@@。
小结@@
综上所述@@，成熟的电池管理系统@@应该对@@电池组进行安全监控@@及有效管理@@，提高@@电池的使用效率@@，增加续驶里程@@、延长电池使用寿命@@@@@@、降低运行成本@@。电池管理系统@@在电动汽车发展的同时@@@@@@，其技术@@也取得了长足的进步@@。
来源@@： 新能源前线@@