电动车电池管理系统的三个重要因素

电动汽车的关键组件之一是电池管理系统（BMS）。为了满足不断增长的功率和电压要求，电动汽车使用的电池组具有数百个串联或并联连接的电池单元——这形成了一个复杂的电池系统。

电动汽车（EV）相对于内燃机汽车具有许多优势，包括性能优越，能量密度高，污染少，加速性好等。但是电动汽车并不完美，其中一个主要缺点就是需要一种具有特定维护要求的昂贵电池系统，还有需要较长的充电时间。

电动汽车的关键组件之一是电池管理系统（BMS）。为了满足不断增长的功率和电压要求，电动汽车使用的电池组具有数百个串联或并联连接的电池单元——这形成了一个复杂的电池系统。

任何低于理想的电池条件（例如，过电流，过电压，过度充电或过度放电）都会导致BMS的损坏和老化。在最坏的情况下，存在着火和爆炸的危险。由于这些原因，需要BMS提供“安全保护”以确保适当的电池性能。

但是，BMS功能（例如充电和放电过程中的电流和电压保护）取决于电池的工作条件（负载，寿命，温度等）。这部分是通过电池建模完成的，电池建模提供了虚拟电池的数学模型，可以验证BMS是否可以针对相应的电池组正常工作。

1、状态监视

电池状态监视对于优化电池的安全性和性能，寿命预测和老化诊断是必不可少的，其中电池设计，电池性能和环境条件是影响电池寿命的众多因素之一。

充电状态（SoC）电池评估可提供有关电池剩余容量（占其总容量的百分比）的信息。SoC评估有两种常用方法：直接评估和基于模型的评估。

直接估算基于对电池参数（电压和电流）的初步测量。所使用的两种计算方法是基于安培小时（Ah）和基于开路电压（OCV）的系统。但是，在为SOC估计算法调整Ah方法时，规划初始SoC和测量精度可能是一个具有挑战性的过程。

这种方法高度依赖于测量的电流，随着时间的流逝，累积的误差会严重影响SoC估算的准确性。在现实世界中确定准确的初始SoC也具有挑战性（例如，在电池仅在不足10％到90％的范围内充电的情况下）。

另一方面，基于OCV的方法具有很高的估计精度，已被公认为是SoC计算的一种有效且流行的方法。电池的SoC和OCV之间存在非线性关系。该过程需要足够的电池搁置（需要将电池与充电器和负载断开连接）。这种方法的主要缺点是安静时间。断开电池充电后，通常需要很长时间才能达到稳定性（在低温情况下可能需要两个小时以上）。

OCV-SoC关系还取决于电池的寿命和温度。

2、电池温度

电池温度是影响电池性能，寿命，性能和安全性的重要因素。热传感器适用于测量电池的外部温度。

但是，仅此信息是不够的，因为电池的内部温度是正确管理电池的关键参数。内部高温会刺激电池老化，并引起安全隐患（例如火灾）。内部电池温度通常会比表面温度发生明显变化（在高功率应用中最高为12°C）。

为内部电池温度评估提供适当的方法可防止电池加速老化，并支持BMS算法优化电池能量放电。

3、电池模型分类

通常，电池模型可分为三种主要类型：

电气

热学

耦合模型（BMS设计中很少使用其他模型，例如动力学模型）

所述电池电模型涉及电化学模式，降阶模型，相称电路模型，并且数据驱动模型。电化学模型提供有关电池电化学行为的信息。该模型可以非常精确，但是需要进行高级仿真和计算。结果，在实时应用程序中完全采用此模型是一个挑战。

因此，将降阶电模型生成为简化的基于物理的电化学模型，以确定锂离子电池的充电状态（SoC）。简单的降阶电模型提供的见解较少，但对于实时电池应用很方便。

关键是要监视电池温度，这是成功的BMS的一部分。如果在更高或更低的温度下操作，电池的性能可能会下降。通常使用独立的冷却系统来维持适当的电池温度。例如，特斯拉使用获得专利的电池组配置和基于板的冷却系统来散热并监视电池温度。

电池耦合电热模型同时考虑电池的电（电流，电压，SoC）和热（表面和内部温度）操作。现在已经开发了几种耦合的电热模型。

例如，一个3D电热模型可测量电池SoC，并计算连续电流和动态电流下的热量产生和分布。该模型包含2D电位传递模型和3D温度分布模型。电池已使用三种正极材料验证了降低的低温电热模型。该模型非常适合在低温条件下实现快速加热和最佳充电要求。