電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)新方案
隨著能源緊缺、石油漲價(jià)、城市環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，替代石油的新能源的開發(fā)利用越來越被各國政府所重視。在新能源體系中，電池系統(tǒng)是其中不可或缺的重要組成部分。近年來，以鋰電池為動(dòng)力的電動(dòng)自行車、混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車、燃料電池汽車等受到了市場越來越多的關(guān)注。動(dòng)力電池在交通領(lǐng)域的應(yīng)用，對于減少溫室氣體的排放、降低大氣污染以及新能源的應(yīng)用有著重要的意義。其中鋰電池以高能量密度、高重復(fù)循環(huán)使用次數(shù)、重量輕以及綠色環(huán)保等優(yōu)勢越來越受到人們的關(guān)注，所以在手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)工具等便攜式手持設(shè)備中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，并已經(jīng)開始進(jìn)入電動(dòng)車、電動(dòng)汽車等大功率的應(yīng)用中，成為全球電動(dòng)汽車發(fā)展的熱點(diǎn)
但是由于鋰電池在加熱、過充/過放電流、振動(dòng)、擠壓等濫用條件下可能導(dǎo)致電池壽命縮短以致?lián)p壞，甚至?xí)l(fā)生著火、爆炸等事件，因此**性問題成為動(dòng)力鋰電池商業(yè)化推廣的主要制約因素。**型、低成本、長壽命鋰離子電池的**標(biāo)準(zhǔn)、**評價(jià)方法、電池制造過程的**與可靠性控制以及通過正負(fù)極材料、電解質(zhì)與隔膜優(yōu)選改善電池**與可靠性是實(shí)現(xiàn)確保大型動(dòng)力鋰離子電池**可靠，實(shí)用化的關(guān)鍵。而電池管理系統(tǒng)作為電池保護(hù)和管理的核心部件，不僅要保證電池**可靠的使用，而且要充分發(fā)揮電池的能力和延長使用壽命，作為電池和車輛管理系統(tǒng)以及駕駛者溝通的橋梁，電池管理系統(tǒng)對于電動(dòng)汽車性能起著越來越關(guān)鍵的作用。
電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)新方案
電池管理系統(tǒng)的主要功能
電池管理系統(tǒng)與電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池緊密結(jié)合在一起，對電池的電壓、電流、溫度進(jìn)行時(shí)刻檢測，同時(shí)還進(jìn)行漏電檢測、熱管理、電池均衡管理、報(bào)警提醒，計(jì)算剩余容量、放電功率，報(bào)告SOC&SOH狀態(tài)，還根據(jù)電池的電壓電流及溫度用算法控制*大輸出功率以獲得*大行駛里程、以及用算法控制充電機(jī)進(jìn)行*佳電流的充電，通過CAN總線接口與車載總控制器、電機(jī)控制器、能量控制系統(tǒng)、車載顯示系統(tǒng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。圖1為電池管理系統(tǒng)的簡單框圖。
圖1：為電池管理系統(tǒng)的簡單框圖。
電池管理系統(tǒng)的基本功能：1）監(jiān)測單體電芯的工作狀況，例如單體電池電壓、工作電流、環(huán)境溫度等。2）保護(hù)電池，避免電池工作在極端的條件下發(fā)生電池壽命縮短，損壞，甚至發(fā)生爆炸、起火等危害人身**的事故。
一般而言，電池管理系統(tǒng)必須具備以下電路保護(hù)功能：過壓和欠壓保護(hù)、過流和短路保護(hù)、過高溫和過低溫保護(hù)、為電池提供多重保護(hù)以提高保護(hù)和管理系統(tǒng)的可靠性（硬件執(zhí)行的保護(hù)具有高可靠性、軟件執(zhí)行的保護(hù)具有更高的靈活性、管理系統(tǒng)關(guān)鍵元器件失效的保護(hù)為用戶提供第三重保護(hù)）。這些功能可以滿足大部分手機(jī)電池、電動(dòng)工具和電動(dòng)自行車應(yīng)用的需要。
電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)新方案
電動(dòng)汽車對電池管理系統(tǒng)提出更高挑戰(zhàn)
電動(dòng)汽車電池集成系統(tǒng)是一個(gè)開放的動(dòng)力系統(tǒng)，它通過汽車級CAN總線進(jìn)行通信，和車輛管理系統(tǒng)、充電機(jī)、電機(jī)控制器協(xié)同工作，以滿足汽車以人為本的**駕駛理念。因此汽車級電池管理系統(tǒng)必須做到：滿足TS16949和汽車電子的要求、實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集和高可靠性、汽車級CAN總線通訊、高抗電磁干擾的能力（***別的EMI/EMC要求）、在線診斷功能。
其主要功能為：電池電壓和溫度等信息的高速采集；實(shí)現(xiàn)電池高效率均衡，充分發(fā)揮電池集成系統(tǒng)的容量從而提高電池集成系統(tǒng)的壽命，同時(shí)減小熱量的產(chǎn)生；電池的健康狀況和剩余電量的估算和顯示；高可靠的通訊協(xié)議（汽車級CAN通訊網(wǎng)絡(luò)）；動(dòng)力總成技術(shù)要保證電池發(fā)生任何**使用的前提下，充分發(fā)揮電池的潛力，保證電池的性能，提高電池的壽命；電池的溫度和散熱管理，是電池系統(tǒng)工作在溫度相對穩(wěn)定的環(huán)境條件；漏電檢測以及復(fù)雜的地線設(shè)計(jì)。
由于電動(dòng)汽車中電池的分布環(huán)境非常復(fù)雜，處于高壓大功率的工作狀態(tài)，對EMI/EMC要求非常高，這就為電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了更大的挑戰(zhàn)。
電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)的層次化、模塊化設(shè)計(jì)
由于電動(dòng)車電池系統(tǒng)是由成百上千個(gè)電芯單元集成，考慮到汽車的空間、重量的分配和**的要求，這些電芯單元被劃分成標(biāo)準(zhǔn)的電池模塊，分布在汽車底盤不同的位置，由動(dòng)力總成和中央處理單元統(tǒng)一管理；每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電池模塊也是有多個(gè)電芯通過并聯(lián)和串聯(lián)組成，由模塊的電控單元進(jìn)行管理，通過CAN總線把電池模塊的信息匯報(bào)給中央處理器和動(dòng)力總成單元，中央處理器和動(dòng)力總成單元把這些信息經(jīng)過處理以后，把*終的有關(guān)集成系統(tǒng)的信息如剩余電量、健康狀況以及電池的能力相關(guān)信息等通過CAN總線匯報(bào)給車輛管理系統(tǒng)。電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)的層次化，模塊化的設(shè)計(jì)就要求電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的層次化、模塊化（圖2）。
圖2：層次化、模塊化的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
電池管理系統(tǒng)的芯片集成技術(shù)
汽車電池系統(tǒng)的可靠性要求極高，特別是高壓監(jiān)控部分，電池均衡部分，由于集成的解決方案少，很多方案采用分立元件搭配而成，導(dǎo)致：元件匹配度不好，信號(hào)采集的精度下降；外部節(jié)點(diǎn)增多，難以做到自動(dòng)化測試，提高測試成本，降低測試覆蓋率，系統(tǒng)可靠性低；外部元件的功耗很難控制；系統(tǒng)尺寸大，成本高。
凹凸科技（O2Micro）為全球提供首顆支持》5節(jié)電池串聯(lián)單芯片保護(hù)和檢測的方案OZ89xx，該方案還支持多芯片級聯(lián)的應(yīng)用。目前采用該芯片的電池管理系統(tǒng)方案已成功用于純電動(dòng)車和混合動(dòng)力車電池模塊電控單元中。
表1以標(biāo)準(zhǔn)電池模塊為例介紹分立方案和集成方案的比較。
由此可見，集成芯片的解決方案對提高系統(tǒng)的可靠性，降低成本具有十分重要的作用，他是電池集成技術(shù)中硬件設(shè)計(jì)技術(shù)的核心。
未來，動(dòng)力鋰電池在電動(dòng)汽車領(lǐng)域中具有廣闊的前景，而電池管理系統(tǒng)將對于電池**使用，以及和車輛管理的溝通起著關(guān)鍵的橋梁作用。電池管理技術(shù)包括硬件設(shè)計(jì)技術(shù)和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，而其中高壓混合信號(hào)處理技術(shù)及芯片設(shè)計(jì)是硬件設(shè)計(jì)核心，不僅是保證在汽車環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高可靠、高速、高精度信號(hào)采集和處理的關(guān)鍵，也是提高測試覆蓋率、支持在線檢測和降低成本的關(guān)鍵；而軟件的核心則包括電池管理的算法，通訊協(xié)議的支持以及動(dòng)力總成的相關(guān)技術(shù)等。
公安機(jī)關(guān)備案號(hào)：
