【摘" 要】文章簡要介紹電池管理系統(tǒng)的電芯均衡技術，并結合電池管理器提出優(yōu)化電池管理系統(tǒng)精度的主要做法和措施等。

【關鍵詞】新能源汽車;電池管理系統(tǒng);優(yōu)化

中圖分類號：U469.72" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）06-0010-02

Performance Optimization of Battery Management System for New Energy Vehicles*

Baihetinuer

（Xinjiang Vocational and Technical College of Communications，Urumqi 831401，China）

【Abstract】The paper briefly introduces the cell equalization technology of battery management system，and puts forward the main methods and measures to optimize the precision of battery management system combined with electrical manager.

【Key words】new energy vehicles;battery management system;optimize

作者簡介

百合提努爾（1972—），男，教授，研究方向為新能源汽車電氣與電子系統(tǒng)。

鋰離子電池因其高能量和功率密度、接近100%的庫侖效率（Coulomb Efficiency）、高循環(huán)壽命、無記憶效應和低內部放電容量成為當今新能源汽車儲能和電源的核心零件。然而，鋰離子電池由于其電池電化學特性（過充、過放電和過溫）限制，電池系統(tǒng)易發(fā)生不可逆轉的事故（例如燃燒、熔化、爆炸），因此需要電池管理系統(tǒng)BMS進行優(yōu)化，確保鋰離子儲能系統(tǒng)中的電池安全，延長使用壽命，并通過控制充電和健康狀態(tài)來提高電池性能。

1" 電池管理系統(tǒng)BMS

電池管理系統(tǒng)BMS是在充電和放電過程中監(jiān)控和管理由一個或多節(jié)電芯組成電池包的系統(tǒng)。當監(jiān)測數值（電池包中的電流、電壓、溫度等）超過最佳值時，會對系統(tǒng)進行干預工作。在電池包中，電芯串聯連接決定了電壓，并聯連接決定了可以消耗的電流和容量?？傊?，BMS能當作電池系統(tǒng)中的保護器，是控制和監(jiān)測電池的電子系統(tǒng)，可以檢查電池的當前運行狀態(tài)，并確保它們保持在最佳運行值范圍內。電池管理系統(tǒng)子組件由電量均衡、數據采集和數據估算組成。

在制備電池包時，電池包、電池管理系統(tǒng)和外部數據傳輸系統(tǒng)需一起制備。此外，用BMS管理的電池包應用所需值范圍內運行的充電器來充電。

電芯均衡是電池管理系統(tǒng)的主要任務，也是系統(tǒng)性能優(yōu)化的關鍵技術。因2組電芯達到峰值負載電平的時間不同，導致電池包中電芯會出現不均衡的狀態(tài)。為了避免這種不均衡，電池管理系統(tǒng)通過增加滿電電芯的電阻來啟動電池均衡，以加速負載電平較低的電芯中的電流流動。當負載電平接近95%并且所有用電設備都關閉（例如多媒體系統(tǒng)和空調關閉）時，就會觸發(fā)這種均衡。因此電芯均衡的目的是在充放電過程中將所有電芯保持在相同的電壓水平。電芯均衡過程有兩種類型，即被動電芯均衡和主動電芯均衡。常用的被動電芯均衡方法有固定并聯電阻和可控并聯電阻兩種，而主動電芯均衡方法有電容器、電感器和轉換器3種。

1.1" 被動電芯均衡技術

被動電芯均衡技術是當電池組之間單體電池容量出現差別時進行強制性均衡的一種手段，通常把能量消耗型均衡定義為被動均衡。被動均衡運用電阻器，將高電壓或者高荷電量電芯的能量消耗掉，以達到減小不同電芯之間差距的目的，是一種能量消耗型均衡。即無源均衡電路檢測出電芯的最低電壓電平Vmin和最高電壓電平Vmax，并通過并聯電阻耗散其他電芯的電壓電平，將電芯降低到基準電壓點。

被動電芯均衡的電路連接拓撲結構和電池電壓變化對比如圖1所示。當電芯的電壓水平高于其他電芯，需要充電均衡，通過負載電阻放電，并保持與系統(tǒng)中其他電芯相同的充電狀態(tài)。負載電阻上的熱量消耗的能量會降低系統(tǒng)效率，而這些負載電阻的冷卻需求會產生額外的成本和負擔。被動電芯均衡技術是在軟硬件應用方面最簡單的一種電量均衡技術。被動均衡系統(tǒng)算法流程如圖2所示。

1.2" 主動電芯均衡技術

主動均衡法為有源均衡電路通過在必要時傳輸電壓來平衡其計算的電芯的電壓電平。因此，被動均衡中消耗的能量被轉移到主動均衡中的其他電芯，從而實現更有效的均衡。主動均衡中電芯電壓電平的變化與被動均衡相似。

2" 優(yōu)化電池管理系統(tǒng)的精度

BMS集成電路的關鍵功能之一是準確測量每節(jié)電芯電壓，這直接影響車輛的續(xù)航里程以及電池的整體預期壽命。對于放電曲線平坦的電池類型（如磷酸鐵鋰電池），電池精度尤為重要。系統(tǒng)工程師需要檢查電池放電時電池電壓的微小變化。由于電池精度會影響系統(tǒng)設計問題，因此獲得這些狀態(tài)對于準確計算電池的充電狀態(tài)SOC和健康狀態(tài)SOH變得尤為重要。

對于新能源汽車制造商而言，在系統(tǒng)開發(fā)之初認真選擇多節(jié)電芯均衡集成電路是成功實施BMS的先決條件，為此，必須了解不同集成電路供應商在測量精度和穩(wěn)定性方面的差異。

2.1" 多節(jié)電芯均衡集成電路關鍵元件

每個多節(jié)電芯均衡集成電路的核心都是精密基準電壓源。使用的參考拓撲結構可能有所不同，但由于它們在精度和空間要求之間處于最佳狀態(tài)，因此往往主要使用禁帶寬度（Band Gap）。例如，多節(jié)鋰離子電池管理器ISL78600采用高精度禁帶寬度參考設計。該設計具有良好的跟蹤記錄，且穩(wěn)定、成熟、表征良好，非常適合在要求苛刻的新能源汽車應用中使用，在多年使用中得到了優(yōu)化，并以大量真實應用的性能數據作為基礎。由于其出色的性能特征，禁帶寬度基準電壓源在多節(jié)電芯均衡集成電路的使用壽命內非常穩(wěn)定和線性，這是設計人員在計算電池壽命時最重要的考慮因素之一，它直接影響新能源汽車制造商的保修和其他成本。

2.2" 注意事項

焊接過程對電路板施加壓力，使多節(jié)電芯均衡集成電路在X和Y平面中彎曲，導致硅特性的亞原子變化，會影響集成電路的性能，尤其是基準電路模塊。眾所周知，基準電壓源是測量電路的關鍵部分，其特性的任何變化都與ADC（模擬數字轉換器）的精度有關。因此，集成電路的設計人員需要把芯片中的敏感電路布置在受焊接和其他制造應力影響較小的區(qū)域。

3" 結束語

新能源汽車電池管理系統(tǒng)優(yōu)化的一個重要因素是電池性能，這直接受到多節(jié)電芯均衡集成電路在車輛生命周期內保持其精密測量精度能力的影響。電池檢查出現的任何漂移或不穩(wěn)定情況都會影響車輛的續(xù)航里程和電池壽命，進而影響保修性能和其他成本。因此系統(tǒng)設計人員需要仔細考慮其集成電路的選擇和布置，科學性地選擇對應的電芯均衡集成電路方案，使其具有不同的精度測量拓撲結構和技術。對于BMS應用方面，了解測量、檢查和拓撲結構的根本差異以及它們的相互關系，是選出最合適的集成電路的重要步驟，對各種新能源汽車優(yōu)化電池系統(tǒng)設計都至關重要。

參考文獻：

[1] 瑞佩爾. 新能源汽車結構與原理[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2019.

（編輯" 凌" 波）

收稿日期：2024-01-28;修回日期：2024-04-23

*基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)自然科學基金項目（2021D01A69）。