淺談“電動汽車中的電池能量管理系統”

一、前言

電動汽車的應用有效地解決了能源和環境的可持續發展問題。電動汽車的應用前景廣闊。然而，電動汽車，尤其是純電動汽車的應用遇到了動力電池的問題，這體現在兩個方面。首先，動力電池的比能量不高，影響了電動汽車的續航里程要求，價格高直接影響電動汽車的初始成本；

其次，電池性能差，使用壽命低，影響了電動汽車的使用成本。

電動汽車所用電池的性能與電池模塊的性能和電池能量管理系統的功能密切相關，尤其是在電池模塊質量不理想的情況下，功能齊全的電池能量管理體系的功能更加突出。借助電池能量管理系統的正常運行，將充分發揮電池模塊的性能，減少電池模塊的故障，延長電池模塊的使用壽命，提高電動汽車的使用安全性。因此，電動汽車電池能量管理系統的應用引起了電動汽車設計者和用戶的關注。

二、電動汽車電池能量管理系統的功能

電動汽車，尤其是純電動汽車中的電池能量管理系統，是該車非常重要的技術措施，堪稱電動汽車電池的“保護器”。它起到保護電池性能、防止單個電池早期損壞、方便電動汽車運行的作用，并具有各種警告功能。由于它參與了對電池盒中電池模塊的監控，電動汽車的運行和充電等功能與電池的相關參數（電流、電壓、內阻和容量）緊密相連并協調。它具有計算、發布指令、執行指令和發出警告的功能。盡管各種電池模塊在結構和性能上存在差異，但它們都具有一些相同或相似的功能。典型的電池能量管理系統應具有以下功能：

2.1能量檢測功能

在電動汽車行駛過程中，系統可以隨時計算車輛的能耗，最終給出電池盒中電池模塊的剩余電池能量值，并通過剩余能量表顯示數據，讓駕駛員知道車輛的行駛里程，從而決定如何駕駛。在能量允許的情況下，可以將車輛行駛到具有充電功能的地方，并補充電池，防止車輛中途發生故障。

2.2蓄電池工作狀態的監控功能

電池能量管理系統根據安裝在電池盒中的傳感器提供的信號來管理電池。通常情況下，電池箱內有溫度傳感器和電壓、電流和內阻的測量值。由于溫度的變化會影響其他參數，因此通常使用電池模塊的溫度作為控制命令信號，并將測量的溫度值與預設的溫度值進行比較，以決定是否冷卻電池。

電動汽車的能量非常寶貴，應盡可能使用節能部件，因此電池箱內的冷卻風扇通常分階段工作。這可以在保證電池性能的情況下，盡可能使用小排量的風扇。當第一級風扇工作后無法達到所需溫度時，第二級冷卻風扇將參與工作以加強冷卻。此時，如果電池箱內的溫度不能滿足所需的工作條件，溫度將繼續升高，影響電池模塊的正常工作條件。為了保護電池模塊不受損壞，能量管理系統會發出指令，停止電池模塊的供電，并迫使車輛停止。當電池處于充電狀態時，能量管理系統會在不損壞電池的情況下強制充電器停止充電，維護人員會檢測并排除故障。

2.3確保充電功能

電池能量管理系統始終參與車輛檢查，檢測電池的工作狀態，特別是分析每個電池的技術狀態，并在車輛停車充電前將檢測到的數據“通知”給充電器，即車輛與機器之間的對話。告訴充電器電池組的工作狀態和每個電池的技術狀態，以及“落后”電池和“先進”電池的性能差異。這時，充電器應該使用什么樣的充電模式給電池充電，以便……

有足夠的電池，性能好的電池就不會過充電，性能差的電池就足夠保證整車的能量供應。確保性能較差的電池在放電過程中不會過度放電，應該是電池能量管理系統最重要的功能之一。

2.4 DC-DC、DC-AC轉換功能

如果車輛配備了輔助電池，電池能量管理系統應能夠隨時控制動力電池對輔助電池模塊充電，以確保輔助電池模塊的供電功能，即DC-DC轉換功能，并確保低壓系統的正常運行。

當使用異步電機時，電池能量管理系統仍具有DC-AC轉換功能，以確保電動汽車的正常運行。

2.5解決性能一致性的保護功能

如果電池盒的電路中安裝了電池，由于電池性能的一致性偏差，電池的性能發生了很大變化，從而影響了系統的工作，或者如果電池受到損壞的威脅，并且兩個電池和控制模塊之間存在旁路電路，則電池管理系統應指示模塊啟動該功能，進行補償，并確保系統能夠將其工作維持在低電壓狀態下進行維護。

2.6冷卻電池模塊并去除充電過程中產生的氫氣。

電池箱內的冷卻風扇有兩個功能，一個是對電池模塊進行冷卻，特別是在充電過程中參與工作的必要性，另一個是在電池模塊充電過程中排出電池箱內排出的氫氣，防止氫氣積聚導致爆炸的可能。

2.7監控記錄控制功能

監測電池模塊在電池工作狀態（充電和放電）下的工作性能和安全性能，并記錄相關參數。存儲器可以提示、警告或指示停止（充電），即提供過電壓、過電流、欠電壓和絕緣的警告、警告和控制功能。

三、使用電池能源管理系統的必要條件

電池能量管理系統用于管理電池箱內電池模塊的工作。我們認為電池能量管理系統不是一個特殊的儀器，而是一個系統，并不是所有的電池盒都可以使用電池能量管理體系。它應該有一定的條件來發揮作用，否則會帶來不可預測的后果。

3.1電池模塊要求

3.1.1電池模塊應具有足夠的使用壽命、可靠性和工作穩定性。

眾所周知，汽車是一種緊湊型機電一體化產品。電動汽車的緊湊性更為突出，電動汽車安裝電池盒的空間有限，有時會導致可達性較差。此外，電池很重，拆卸和拆卸都不方便，而且不能隨時拆卸。因此，要求所應用的電池具有優異的使用壽命和可靠性，以減少維護頻率和電池拆卸次數，并為安裝電池能量管理系統創造條件。

電池能量管理系統的一個重要功能是計算剩余能量。例如，所應用的電池的性能不穩定，可靠性差，并且難以估計電池模塊在操作中的SOC。此外，各種變化條件（溫度、濕度、放電條件等）對電池模塊的影響對SOC也有影響。因此，從剩余能量估計的角度來看，要求電池模塊的性能應該穩定。

3.1.2蓄電池應為免維護蓄電池。

電池應為免維護或維護時間長的免維護電池。否則，它就不能用于電動汽車。除了第一點提到的原因外，如果將其應用于開電池，除了耗時和繁重的工作量外，工作中電解質的溢出和外滲會嚴重污染周圍環境并影響環境，有時會破壞整個電動汽車的電氣絕緣極限，影響汽車的使用壽命和安全。

3.1.3應對電池充電后期排出的氣體進行控制。

氣體（m……

只有氫氣）應集中控制和處理，以確保工作安全。各種電池排出的氣體是電池箱內的不安全因素，無法收集，必須清除。通常有兩種處理方法：

（1） 每個電池的排氣系統串聯，集中排除電池箱，并擴散到安全的地方；

（2） 盒子里使用強制氣流將電池盒排出。

3.1.4蓄電池性能的一致性符合控制要求。

電池能量管理的控制參數是由電池盒中涉及的電池模塊采樣的，控制參數不是每個電池都采樣的，否則參數較大，管理不方便，安裝困難。通常，最具代表性的電池模塊取在電池盒的不同區域，并使用一些性能參數（如溫度）作為控制參數。在計算和比較之后，發出控制執行指令以執行各種控制功能。因此，所選擇的采樣電池模塊的性能參數應該代表未采樣的其他電池模塊的表現，否則，它將失去其代表性意義。此時發出的指令不合理，無法達到對電池箱內電池模塊進行能量管理的目的。例如，電池盒中電池模塊的性能差異很大，并且很難獲得可靠的控制參數，因為每個電池模塊并不代表整個電池模塊盒的性能。因此，用于電池能量管理的電池模塊之間的性能差異，即電池模塊之間性能一致性差異必須在一定范圍內，以便任何用作采樣電池的電池模塊都是合格的和有代表性的。

3.2電池模塊的電池盒

3.2.1蓄電池箱要求

為了達到電池能量管理的目的，電池模塊必須包裝在一個盒子里，盒子應該滿足一定的條件：

（1） 電池盒必須密封。除了必要的通風孔外，它們無法與大氣相通。密封箱內的要求主要考慮電池冷卻氣流的流動問題，不允許在某處泄漏，以避免冷卻氣流流動性差導致電池模塊工作溫度不一致，從而進一步惡化性能的一致性。

（2） 電池盒的形狀應與電池模塊的布局形狀相適應。當冷卻系統工作時，冷卻風扇提供的冷卻氣流可以均勻地在每個電池模塊周圍流動，盒子內不會形成氣流的“死區”和渦流的存在，從而確保電池模塊在工作過程中溫度均勻、性能一致，防止單個電池模塊的早期損壞。

（3） 電池盒應與電池內部絕緣，與車身外部絕緣，以防止電池與車身之間的低絕緣電阻影響系統的工作，造成不安全事故。

（4） 在電池模塊安裝條件下，盡量減少電池模塊自放電的情況。

3.2.2冷卻風機進風口的選擇

電池能量管理系統具有在充電或放電過程中工作的可能性，即應具有全天候的工作條件。因此，電池能量管理系統冷卻空氣入口的選擇非常重要。需要確保進入電池盒的空氣是清潔的，也就是說，需要防止灰塵和雨水進入電池盒。如果沒有做好防塵防雨措施，灰塵、污垢和雨水會進入電池盒，從而導致電池模塊之間的爬電，增加自放電量，降低電池盒與車身之間的絕緣電阻，嚴重時甚至會導致電池模塊短路，這是非常危險的。此時，管理系統會發出指令，停止車輛行駛或充電，這將影響車輛的運行。實際應用也表明，能源管理系統冷卻進氣口的位置選擇非常重要，具體位置應由汽車設計師根據整車的總體布局來決定。

3.2.3排氣口的選擇

選擇電池盒的插座是非常重要的。插座位置是否正常將影響電池箱內冷卻風扇的性能，正確的選擇將有助于冷卻風扇的工作。如何利用汽車在電池盒的某一部分向前行駛所產生的負壓區，加速電池盒內的氣體排出，也是一個值得考慮的問題。

3.2.4選擇……

為電池提供冷卻空氣的ays（進氣或排氣）

電動汽車動力電池的冷卻通常采用空氣冷卻的形式，而其他冷卻方法由于結構復雜或成本高而很少使用。因此，本文重點討論了如何提供風冷冷卻空氣，即使用吸入空氣還是排出空氣是合適的。供氣方式的選擇應結合電池結構進行分析。

（1） 排氣類型：電動汽車的電池箱內為電池提供冷卻氣體的方式占絕大多數，因為電池在充電過程中會排出一定量的氣體（主要是氫氣），這些氣體會與進入電池箱的冷卻氣體混合后排放到箱外。如上所述，有兩種方法可以處理這種氣體，即將其集中引出箱體或通過冷卻空氣從箱體中取出。如果是后者，則需要排氣，否則這種易燃氣體在電風扇的攪拌下從盒子里流出是危險的。此時，應使用防爆電機驅動冷卻風扇，即使使用防爆電機，也不應使用這種送風方式，以防止發生事故。

（2） 抽吸方式：如上所述，如果電池中的廢氣通過管道引出箱體，并且管道之間的密封可靠，則在布局上可以使用抽吸方式為電池箱提供冷卻空氣。如果總布局允許排氣，出于安全考慮，最好使用排氣。

3.2.5充電條件下的電池模塊冷卻

電動汽車，尤其是純電動汽車，在停車時依靠外部電源充電。從電池的工作狀態分析，最大散熱量是在充電狀態，而不是放電狀態。充電時，經常需要加強電池模塊的冷卻，而此時汽車通常處于停止狀態。當車輛停止時，汽車儀表的通用輔助電源處于斷電狀態。此時，電池管理系統必須供電，使其具有指令功能，以確保電池模塊的冷卻條件。一些電動汽車忽視了這一點。當汽車停止時，輔助電源由鑰匙開關控制，因此不可能停止所有電源。電池管理系統的電源應處于常閉狀態，電動汽車停車時也應提供電源，以確保管理系統的正常工作。

一、前言

電動汽車的應用有效地解決了能源和環境的可持續發展問題。電動汽車的應用前景廣闊。然而，電動汽車，尤其是純電動汽車的應用遇到了動力電池的問題，這體現在兩個方面。首先，動力電池的比能量不高，影響了電動汽車的續航里程要求，價格高直接影響電動汽車的初始成本；

其次，電池性能差，使用壽命低，影響了電動汽車的使用成本。

電動汽車所用電池的性能與電池模塊的性能和電池能量管理系統的功能密切相關，尤其是在電池模塊質量不理想的情況下，功能齊全的電池能量管理體系的功能更加突出。借助電池能量管理系統的正常運行，將充分發揮電池模塊的性能，減少電池模塊的故障，延長電池模塊的使用壽命，提高電動汽車的使用安全性。因此，電動汽車電池能量管理系統的應用引起了電動汽車設計者和用戶的關注。

二、電動汽車電池能量管理系統的功能

電動汽車，尤其是純電動汽車中的電池能量管理系統，是該車非常重要的技術措施，堪稱電動汽車電池的“保護器”。它起到保護電池性能、防止單個電池早期損壞、方便電動汽車運行的作用，并具有各種警告功能。由于它參與了對電池盒中電池模塊的監控，電動汽車的運行和充電等功能與電池的相關參數（電流、電壓、內阻和容量）緊密相連并協調。它具有計算、發布指令、執行指令和發出警告的功能。盡管各種電池模塊在結構和性能上存在差異，但它們都具有一些相同或相似的功能。典型的電池能量管理系統應具有以下功能：

2.1能量檢測功能

在電動汽車行駛過程中，系統可以隨時計算車輛的能耗，最終給出電池盒中電池模塊的剩余電池能量值，并通過剩余能量表顯示數據，讓駕駛員知道車輛的行駛里程，從而決定如何駕駛。在能量允許的情況下，可以將車輛行駛到具有充電功能的地方，并補充電池，防止車輛中途發生故障。

2.2蓄電池工作狀態的監控功能

電池能量管理系統根據安裝在電池盒中的傳感器提供的信號來管理電池。通常情況下，電池箱內有溫度傳感器和電壓、電流和內阻的測量值。由于溫度的變化會影響其他參數，因此通常使用電池模塊的溫度作為控制命令信號，并將測量的溫度值與預設的溫度值進行比較，以決定是否冷卻電池。

電動汽車的能量非常寶貴，應盡可能使用節能部件，因此電池箱內的冷卻風扇通常分階段工作。這可以在保證電池性能的情況下，盡可能使用小排量的風扇。當第一級風扇工作后無法達到所需溫度時，第二級冷卻風扇將參與工作以加強冷卻。此時，如果電池箱內的溫度不能滿足所需的工作條件，溫度將繼續升高，影響電池模塊的正常工作條件。為了保護電池模塊不受損壞，能量管理系統會發出指令，停止電池模塊的供電，并迫使車輛停止。當電池處于充電狀態時，能量管理系統會在不損壞電池的情況下強制充電器停止充電，維護人員會檢測并排除故障。

2.3確保充電功能

電池能量管理系統始終參與車輛檢查，檢測電池的工作狀態，特別是分析每個電池的技術狀態，并在車輛停車充電前將檢測到的數據“通知”給充電器，即車輛與機器之間的對話。告訴充電器電池組的工作狀態和每個電池的技術狀態，以及“落后”電池和“先進”電池的性能差異。這時，充電器應該使用什么樣的充電模式給電池充電，以便……

有足夠的電池，性能好的電池就不會過充電，性能差的電池就足夠保證整車的能量供應。確保性能較差的電池在放電過程中不會過度放電，應該是電池能量管理系統最重要的功能之一。

2.4 DC-DC、DC-AC轉換功能

如果車輛配備了輔助電池，電池能量管理系統應能夠隨時控制動力電池對輔助電池模塊充電，以確保輔助電池模塊的供電功能，即DC-DC轉換功能，并確保低壓系統的正常運行。

當使用異步電機時，電池能量管理系統仍具有DC-AC轉換功能，以確保電動汽車的正常運行。

2.5解決性能一致性的保護功能

如果電池盒的電路中安裝了電池，由于電池性能的一致性偏差，電池的性能發生了很大變化，從而影響了系統的工作，或者如果電池受到損壞的威脅，并且兩個電池和控制模塊之間存在旁路電路，則電池管理系統應指示模塊啟動該功能，進行補償，并確保系統能夠將其工作維持在低電壓狀態下進行維護。

2.6冷卻電池模塊并去除充電過程中產生的氫氣。

電池箱內的冷卻風扇有兩個功能，一個是對電池模塊進行冷卻，特別是在充電過程中參與工作的必要性，另一個是在電池模塊充電過程中排出電池箱內排出的氫氣，防止氫氣積聚導致爆炸的可能。

2.7監控記錄控制功能

監測電池模塊在電池工作狀態（充電和放電）下的工作性能和安全性能，并記錄相關參數。存儲器可以提示、警告或指示停止（充電），即提供過電壓、過電流、欠電壓和絕緣的警告、警告和控制功能。

三、使用電池能源管理系統的必要條件

電池能量管理系統用于管理電池箱內電池模塊的工作。我們認為電池能量管理系統不是一個特殊的儀器，而是一個系統，并不是所有的電池盒都可以使用電池能量管理體系。它應該有一定的條件來發揮作用，否則會帶來不可預測的后果。

3.1電池模塊要求

3.1.1電池模塊應具有足夠的使用壽命、可靠性和工作穩定性。

眾所周知，汽車是一種緊湊型機電一體化產品。電動汽車的緊湊性更為突出，電動汽車安裝電池盒的空間有限，有時會導致可達性較差。此外，電池很重，拆卸和拆卸都不方便，而且不能隨時拆卸。因此，要求所應用的電池具有優異的使用壽命和可靠性，以減少維護頻率和電池拆卸次數，并為安裝電池能量管理系統創造條件。

電池能量管理系統的一個重要功能是計算剩余能量。例如，所應用的電池的性能不穩定，可靠性差，并且難以估計電池模塊在操作中的SOC。此外，各種變化條件（溫度、濕度、放電條件等）對電池模塊的影響對SOC也有影響。因此，從剩余能量估計的角度來看，要求電池模塊的性能應該穩定。

3.1.2蓄電池應為免維護蓄電池。

電池應為免維護或維護時間長的免維護電池。否則，它就不能用于電動汽車。除了第一點提到的原因外，如果將其應用于開電池，除了耗時和繁重的工作量外，工作中電解質的溢出和外滲會嚴重污染周圍環境并影響環境，有時會破壞整個電動汽車的電氣絕緣極限，影響汽車的使用壽命和安全。

3.1.3應對電池充電后期排出的氣體進行控制。

氣體（m……

只有氫氣）應集中控制和處理，以確保工作安全。各種電池排出的氣體是電池箱內的不安全因素，無法收集，必須清除。通常有兩種處理方法：

（1） 每個電池的排氣系統串聯，集中排除電池箱，并擴散到安全的地方；

（2） 盒子里使用強制氣流將電池盒排出。

3.1.4蓄電池性能的一致性符合控制要求。

電池能量管理的控制參數是由電池盒中涉及的電池模塊采樣的，控制參數不是每個電池都采樣的，否則參數較大，管理不方便，安裝困難。通常，最具代表性的電池模塊取在電池盒的不同區域，并使用一些性能參數（如溫度）作為控制參數。在計算和比較之后，發出控制執行指令以執行各種控制功能。因此，所選擇的采樣電池模塊的性能參數應該代表未采樣的其他電池模塊的表現，否則，它將失去其代表性意義。此時發出的指令不合理，無法達到對電池箱內電池模塊進行能量管理的目的。例如，電池盒中電池模塊的性能差異很大，并且很難獲得可靠的控制參數，因為每個電池模塊并不代表整個電池模塊盒的性能。因此，用于電池能量管理的電池模塊之間的性能差異，即電池模塊之間性能一致性差異必須在一定范圍內，以便任何用作采樣電池的電池模塊都是合格的和有代表性的。

3.2電池模塊的電池盒

3.2.1蓄電池箱要求

為了達到電池能量管理的目的，電池模塊必須包裝在一個盒子里，盒子應該滿足一定的條件：

（1） 電池盒必須密封。除了必要的通風孔外，它們無法與大氣相通。密封箱內的要求主要考慮電池冷卻氣流的流動問題，不允許在某處泄漏，以避免冷卻氣流流動性差導致電池模塊工作溫度不一致，從而進一步惡化性能的一致性。

（2） 電池盒的形狀應與電池模塊的布局形狀相適應。當冷卻系統工作時，冷卻風扇提供的冷卻氣流可以均勻地在每個電池模塊周圍流動，盒子內不會形成氣流的“死區”和渦流的存在，從而確保電池模塊在工作過程中溫度均勻、性能一致，防止單個電池模塊的早期損壞。

（3） 電池盒應與電池內部絕緣，與車身外部絕緣，以防止電池與車身之間的低絕緣電阻影響系統的工作，造成不安全事故。

（4） 在電池模塊安裝條件下，盡量減少電池模塊自放電的情況。

3.2.2冷卻風機進風口的選擇

電池能量管理系統具有在充電或放電過程中工作的可能性，即應具有全天候的工作條件。因此，電池能量管理系統冷卻空氣入口的選擇非常重要。需要確保進入電池盒的空氣是清潔的，也就是說，需要防止灰塵和雨水進入電池盒。如果沒有做好防塵防雨措施，灰塵、污垢和雨水會進入電池盒，從而導致電池模塊之間的爬電，增加自放電量，降低電池盒與車身之間的絕緣電阻，嚴重時甚至會導致電池模塊短路，這是非常危險的。此時，管理系統會發出指令，停止車輛行駛或充電，這將影響車輛的運行。實際應用也表明，能源管理系統冷卻進氣口的位置選擇非常重要，具體位置應由汽車設計師根據整車的總體布局來決定。

3.2.3排氣口的選擇

選擇電池盒的插座是非常重要的。插座位置是否正常將影響電池箱內冷卻風扇的性能，正確的選擇將有助于冷卻風扇的工作。如何利用汽車在電池盒的某一部分向前行駛所產生的負壓區，加速電池盒內的氣體排出，也是一個值得考慮的問題。

3.2.4選擇……

為電池提供冷卻空氣的ays（進氣或排氣）

電動汽車動力電池的冷卻通常采用空氣冷卻的形式，而其他冷卻方法由于結構復雜或成本高而很少使用。因此，本文重點討論了如何提供風冷冷卻空氣，即使用吸入空氣還是排出空氣是合適的。供氣方式的選擇應結合電池結構進行分析。

（1） 排氣類型：電動汽車的電池箱內為電池提供冷卻氣體的方式占絕大多數，因為電池在充電過程中會排出一定量的氣體（主要是氫氣），這些氣體會與進入電池箱的冷卻氣體混合后排放到箱外。如上所述，有兩種方法可以處理這種氣體，即將其集中引出箱體或通過冷卻空氣從箱體中取出。如果是后者，則需要排氣，否則這種易燃氣體在電風扇的攪拌下從盒子里流出是危險的。此時，應使用防爆電機驅動冷卻風扇，即使使用防爆電機，也不應使用這種送風方式，以防止發生事故。

（2） 抽吸方式：如上所述，如果電池中的廢氣通過管道引出箱體，并且管道之間的密封可靠，則在布局上可以使用抽吸方式為電池箱提供冷卻空氣。如果總布局允許排氣，出于安全考慮，最好使用排氣。

3.2.5充電條件下的電池模塊冷卻

電動汽車，尤其是純電動汽車，在停車時依靠外部電源充電。從電池的工作狀態分析，最大散熱量是在充電狀態，而不是放電狀態。充電時，經常需要加強電池模塊的冷卻，而此時汽車通常處于停止狀態。當車輛停止時，汽車儀表的通用輔助電源處于斷電狀態。此時，電池管理系統必須供電，使其具有指令功能，以確保電池模塊的冷卻條件。一些電動汽車忽視了這一點。當汽車停止時，輔助電源由鑰匙開關控制，因此不可能停止所有電源。電池管理系統的電源應處于常閉狀態，電動汽車停車時也應提供電源，以確保管理系統的正常工作。

標簽：

汽車資訊熱門資訊