3.1.2 电池管理系统及其必要性

电池管理系统是对动力电池组进行监测、控制和保护的软硬件系统。电池管理系统由主控制器、参数采集和评估系统、均衡管理系统、能量管理系统、热管理系统、安全保护系统、通信与数据存储系统组成。下面分别介绍各个子系统及其重要功能。

电池的参数采集和评估系统实时采集电池组电压、单体电池电压、串联电流、电池工作温度等关键参数。电压、电流和温度等信息是电量估计以及均衡管理等功能的基础。因此，稳定而可靠的参数采集模块，可以为整个BMS提供实时、精确的数据信息BMS的主控制器会根据锂电池的工作特性建立合适的数学模型，适用于各种电池，运用卡尔曼滤波等算法处理数据，对电池SOC进行精确估计，进而实现对电池老化程度（State of Health，SOH）的评判。

电池的均衡管理系统是控制电池单体间差异、减缓电池组容量衰减速度、延长电池组使用寿命的关键系统。对串联动力电池组而言，其性能是由电池组中性能最差的单体电池决定的，因此电池均衡管理是为了确保充放电时各单体电池电量基本相等，以提高动力电池的整体性能，即单体电池均衡充电，使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。均衡技术是目前正在致力研究与开发的一项电池能量管理系统的关键技术。均衡管理系统根据均衡判据，采用主动均衡或者被动均衡的方式，对平均电压存在明显差异的单体电池进行均衡充放电。主动式均衡调节能将电量相对充足的电池的能量向电量相对低的电池转移，在充放电时都能实现；而被动式均衡一般采用并联电阻的方式，将多余的电池能量以热能的形式散发掉，当某节电池需要均衡时，为电池提供一条放电通路，通常用于充电阶段。

电池组的能量管理包括充电控制管理和放电控制管理。充电管理系统设置是否合理，关系到电池充电饱满程度及充电效率，须保证在尽量短的时间内以合理的充电方式和合适的充电倍率将电充满。放电管理系统的功能主要是，匹配纯电动汽车行驶过程中不同工况时的放电倍率，保证尽可能长的续驶里程。纯电动汽车常用多分组能量管理方式进行充放电管理。电池安全保护系统通过判定电池在充放电过程中电压、电流和温度等参数是否超过预设阈值来实现动作，起到对电池的保护作用。

电池在充放电的过程中，除了能量管理系统工作外，热管理系统也将启动，通过对电池组系统进行加热或者散热，调节锂电池的工作温度，尽量使温度环境处在锂电池最适宜的范围，以最大化发挥电池组的能力，延缓电池老化。热管理系统主要有三种形式：空气介质热管理系统、液体介质热管理系统和相变材料热管理系统。热管理系统的作用是让电池处于最佳工作温度区间5～35℃，且电池组最大温差不超过6℃，最大限度地延长电池组使用寿命。

电池的通信与数据存储系统要求BMS必须具备和上位机进行通信的功能，通常采用串口通信方式进行通信。汽车常选用控制器局域网（Control Area Network，CAN）串行通信方式。纯电动汽车动力电池管理系统的CAN由三部分组成：整车CAN、快充CAN和内网CAN。整车CAN是指整车控制器与电池管理单元之间的通信；快充CAN是指充电机管理模块与电池管理单元之间的通信；内网CAN则是指电池管理单元与电机控制管理模块之间的通信。动力电池的电压、电流和温度等参数储存在BMS主控制器芯片的程序存储器中，以方便调用和查找。同时，主控制器中也设置了相关程序周期性地清除历史数据，便于存储实时更新的参数。