电动汽车电池管理系统

电动汽车传动系统在电动汽车架构方面提供了新的自由度，同时在满足所有要求方面带来了新的挑战。由于电动汽车使用电动机和电池，而不是内燃机和燃料箱，因此该架构在组件级别上变得简单和可控。在电动汽车中定位电池组安全区域的修改需要广泛采用，以安全地集成电池。

纯电动汽车

一个纯电动汽车(BEV)是纯电动汽车、纯电动汽车或全电动汽车的一种类型电动汽车(EV)完全使用储存在可充电电池组中的化学能，没有二次动力来源。因此，纯电动汽车没有内燃机、燃料电池或燃料箱。属于这一类的车辆有卡车、汽车、公共汽车、摩托车、自行车和叉车。

电动汽车使用不同类型的电池，决定哪种电池是最好的取决于它的储能效率、生产成本、结构特性、安全性和寿命。锂离子电池是电动汽车中使用最多的技术。电动汽车使用高压锂离子电池组。与其他化学电池相比，锂离子电池具有更高的能量密度(100-265wh/kg)。在特殊情况下，它们有发生火灾的危险。在预先定义的安全范围内操作电动汽车至关重要，以确保用户和车辆的安全。

电池管理系统

一个电池管理系统(BMS)，它管理可充电电池的电子器件，无论是a细胞或者一个电池组，因此成为确保电动汽车安全的关键因素。它通过确保电池在其安全运行参数内运行来保护用户和电池。BMS监控电池的健康状态(SOH)，收集数据，控制影响电池的环境因素，并平衡这些因素，以确保电池之间的电压相同。

将BMS连接到外部通信数据传输系统或数据总线的电池组称为智能电池组。它可能包括额外的特性和功能，如燃料表集成、智能总线通信协议、通用输入输出(GPIO)选项、电池平衡、无线充电、嵌入式电池充电器和保护电路，所有这些都旨在提供有关电池电源状态的信息。这些信息可以帮助设备智能地节约电力。

智能电池组可以管理自己的充电，生成错误报告，检测并通知设备任何低电量状况，并预测电池的续航时间或剩余运行时间。它还提供有关电池的电流、电压和温度的信息，并不断自我纠正任何错误，以保持预测的准确性。智能电池组通常设计用于便携式设备，如笔记本电脑，并具有嵌入式电子设备，以提高电池的可靠性，安全性，寿命和功能。这些特性使得最终产品的开发更加人性化和可靠。例如，使用嵌入式充电器，电池可以有更长的寿命周期，因为充电器可以在温度限制内将电池充电到最佳、理想的规格。精确的燃料表允许用户放心地将电池放电到极限，而不用担心损坏电池。GPIO，代表通用输入输出(GPIO)，是用于连接电子设备和微控制器的接口，如二极管、传感器、显示器等。

BMS的功能

为电动汽车安装BMS可以提高安全性。电池管理系统主要实现以下四个功能:

1.监控电池参数

这是BMS的主要功能。它监视由参数表示的单元格状态，例如:

• 电压-表示电池的总电压，电池的组合电压，最大和最小电池电压，等等。
• 温度-显示平均电池温度，冷却剂的摄入和输出温度，以及整体电池温度。
• 电池的充电状态，显示电池的电量水平。
• 电池的健康状态显示剩余电池容量占原始容量的百分比。
• 电池的电源状态——显示在给定当前使用情况、温度和其他因素的情况下，在一定时间内可用的电量。
• 电池的安全状态——通过密切关注所有参数来确定使用电池是否会带来危险。
• 冷却剂的流量及其速度。
• 流入和流出电池的电流。

2.管理热温度

温度是影响电池的最大因素。电池的热管理系统密切关注并控制电池的温度。这些系统可以是被动的，也可以是主动的，冷却介质可以是无腐蚀性的液体、空气或某种形式的相变。用空气作为冷却剂是控制电池温度最简单的方法。

空气冷却系统通常是被动的，因为它们依赖于周围空气的对流或使用风扇来诱导气流。然而，主要的缺点是系统的低效率。与基于液体的冷却系统相比，大量的电力用于运行冷却系统。此外，在更大的系统中，如汽车电池，空气系统所需的额外组件，如过滤器，会增加汽车的重量，进一步影响电池的效率。

液冷系统具有比空气更高的冷却潜力，因为它们更导热。电池浸在冷却液中，或者冷却液可以自由流入BMS而不影响电池。然而，由于冷却通道的长度，这种间接形式的热冷却会在BMS之间产生很大的温差。但是可以通过更快地泵送冷却剂来减少它们，因此在泵送速度和热一致性之间产生了一个权衡。

3.进行关键计算

BMS根据最大充放电电流等参数计算各种电池值，以确定电池的充电和放电电流限制。这些包括:

• 能量千瓦时(s)(千瓦时)从上一个充电周期开始交付
• 用于测量电池开路电压的电池内部阻抗
• 在安培每小时(啊)传递或包含在一个电池(称为库仑计数器)，以确定电池的效率
• 自电池开始使用以来的总能量交付和运行时间
• 电池所经历的充放电循环的总数

4.促进内部和外部的沟通

BMS具有控制器，这些控制器在内部与蜂窝级别的硬件通信，并在外部与连接的设备通信。这些外部通信的复杂程度取决于所连接的设备。这种通信通常通过一个中央控制器，可以使用几种方法来实现，包括:

• 不同类型的串行通信
• CAN总线通信器，常用于车辆
• DC-BUS通信，通过电力线进行串行通信
• 各种类型的无线通信，包括无线电、寻呼机、手机等。

只有高电压的BMS才有内部通信;低水平的集中式电位仪只是通过电阻分割来测量电池电压。分布式或模块化BMS必须利用底层内部单元控制器实现模块化体系结构，或实现分布式体系结构的控制器到控制器通信。然而，这种通信是困难的，特别是在高压系统中，由于电池之间的电压漂移。这意味着一个电池的地面信号可能比下一个电池的地面信号高数百伏。

这个问题可以通过使用软件协议或硬件通信来解决。硬件通信有两种方法——使用光隔离器或无线通信。阻碍内部通信的另一个因素是特定BMS体系结构布局中可以使用的最大单元数的限制。例如，对于模块化硬件，最大节点数为255。影响高压系统的另一个限制是所有单元的寻找时间(用于读取电压/电流)，这限制了总线速度并导致一些硬件选项的损失。

最佳能源利用

电池管理系统保证电池安全可靠，不进入损坏状态，增加电池老化。使用不同的监测技术来维持电池、电压、电流和环境温度的状态。BMS与车载充电器通信，以监控和控制电池组的充电。它还有助于最大限度地利用车辆储存的能量。确保电池不过度充电或过放电，从而避免电池损坏和对乘员造成伤害，是电动汽车的关键部件。

电池是电动汽车的基本组成部分，它代表着向可持续移动迈进了一步。电池管理系统是电动汽车和混合动力汽车的关键组成部分。其主要目的是确保电池安全可靠运行。作为一家工程服务提供商，Cyient与行业专家密切合作，关注可持续能源解决方案和电气化这两个大趋势领域。