电动车蓄电池包电池管理及其状态测试

摘要：电动车蓄电池包的工作状态紧要指各电池在工作时的端电压、工作电流和温度5个参数的变化情况。对电池工作状态的测试通常有聚集式测试法和分布式测试法，采用“部分”聚集、“整体”分布的思路，将电池分成若干分组，每个分组聚集测试，各分组分布测试，同时，采用“桥电容”技术处理了蓄电池包单体端电压测试中存在的参考点选择和被测电池与测试设备隔离的问题，形成了一种具有完全隔离功能的聚集／分布式测试法。经过实验，该测试法电压、电流和温度采集功能正常，数据准确、可靠。关键词：电动车；汽车工程；电池；聚集／分布测试

0引言蓄电池技术是下一代汽车――电动车的核心技术之一。蓄电池是复杂的电化学系统，国内外对电池管理技术都进行了大量的研究，取得了许多成果。一般认为电池管理系统紧要有如下功能：电池状态参数采集(包括温度、电压、电流等)；电池荷电状态(Stateofcharge，SOC)的准确估计；不健康电池的早期诊断；对电池包安全运行全面监控，如戒备电池的过充电和过放电等等。由于电动车蓄电池包通常是由几十个(上百个)单体电池包成，所以，每一个单体电池的工作状态正常与否不仅反映电池包性能的好坏，而且影响电池包的容量及剩余能量。践行声明，在电动车运行过程中，如不及时测试，找出老化电池给予调整，电池包的容量将变小，寿命将缩短，影响整个电池包的高效安全运行。电池工作状态的测试由电池管理系统(BatteryManagementSystem，BMS)完成，而电池管理系统的其他功能(包括剩余能量的计算)都是建立在电池工作状态测试的基础之上的，研究蓄电池包工作状态测试办法对电动车的发展具有非常紧要的意义。

lBMS的基本结构湖南大学研发的电动车(EV一3号)采用的BMS结构示意图见图1。该BMS由电池监测系统、电池核电状态、(SOC)系统、数据显示系统3部分构成。传感器、电池监控系统和SOC系统构成底层系统，数据显示系统为上层系统，系统之间通过内部CAN总线通信。

2蓄电池包工作状态测试办法电动车蓄电池包一般都采用串联方式工作，工作电流与单体电池是相同的，测试比较容易，而端电压的测试则比较麻烦。若只测试电池包的端电压，办法很简单，只需在电池包的两端接上测试电路即可，但这样做是不行的，因为虽然可以得到总的工作电压，但无法判断详尽单体电池的端电压，而只要有一块电池出问题就会影响整组电池的正常工作和性能；另外，对测试电路精度要求高。一个单体电池端电压的正常工作范围比较小，比如12V铅酸蓄电池的终止电压在10V左右，电压变化范围在2～3V之间，测试电路只要10％的精度即可测试出1V的变化量。若24块12V铅酸蓄电池串联，额定电压是288V，放电终止电压是240V，电压的正常变化范围是48V，倘若一块电池的端电压降至9V，那么反映在总电压上为285V，只变化了约莫1％。可见，测试电路的精度至少要达到1％以上才能测试出几伏电压的变化。而整组电池测试很难发现单体电池的缓慢变化，包括单体电池本身的老化和因单体电池一致性问题而带来的积累效应。整组测试无法测试电池及电池包实际容量，无法筛选其中已老化的电池。实用的办法是测试每一个单体电池。但关于串联形成的电池包，要自动测试每个单体电池的端电压所遇到的紧要问题是测量参考点的选择以及测试电路与被测试电池包的电隔离问题。电位参考点的选择不仅如上所述影响测量精度，还对测量电路的测量范围提出了很高的要求。而被测试电池包与测试电路的隔离不仅涉及到系统的安全还影响测试电路的复杂度和可实现性。目前采用的紧要是分布测试和聚集测试两种办法。1)分布测试法所谓分布式隔离测试技术，就是将单体电池电压及温度的测试模块化、本地化，然后再通过一定的通讯手段将这些测试模块测试的数据聚集起来，最后统一解决。这样做的目的就是要处理聚集测试办法所存在的种种问题。原理图见图2。

其紧要优势是：(1)连线简单，省去了多路转换开关，性能可靠。(2)测量精度较高，比较符合汽车电器CAN总线化的发展趋势。(3)分布式模块处理了参考点问题，利用总线通信方式(采用光耦器件)处理了主控机与电池包的隔离问题。但使用分布式测试技术还非得处理以下几个问题：(1)由于测试模块笔直从被测电池上继续取电，不利于节能和安全。(2)当电池较多时，模块数量也多，使得成本和复杂度提高，并且要求通信总线有较高的带载能力。从功能上看，测试模块紧要由测试子模块和通信子模块两大部分组成。测试子模块要完成数据的采集和调理任务，而通信子模块则要沟通与主控电路的信息交流，接收主控电路的指令，上传由测试子模块供应的测试数据。因为汽车电器的发展方向是采用CAN总线技术，所以，通信子模块与主控电路之间应当采用CAN总线连接。

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