狀態(tài)估計(jì)功能

1)SOC和SOH估計(jì)

電池系統(tǒng)中最核心也是最難的一部分就是SOC和SOH的估計(jì)。SOC估算常見的有安時(shí)積分法(SOCI)，和開路電壓標(biāo)定法(SOCV)，安時(shí)積分最大的問題是隨著時(shí)間的推移誤差會(huì)越來越大，開路電壓標(biāo)定的問題是，電池需要在靜置很長時(shí)間以后的開路電壓對應(yīng)的SOC才是準(zhǔn)確的，汽車在行駛的時(shí)候采集的電壓用來標(biāo)定SOC那是不準(zhǔn)確的。實(shí)際的使用中，一般以SOCV為主用SOCI，在實(shí)際使用中也在用一定的卡爾曼濾波法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法來提高SOC的計(jì)算，但是限于MCU的運(yùn)算速度和能力，整個(gè)算法的復(fù)雜度是有限制的。

圖9SOC和SOH估算

2)均衡

一個(gè)串聯(lián)的電池包，由于電池和電池管理的原因，總是會(huì)出現(xiàn)不均衡的現(xiàn)象。在實(shí)際使用過程中，每個(gè)串聯(lián)的輸出容量是不一樣的。而電池，不僅有過放電和過充電的限制，而且在不同溫度和不同SOC下，輸入和輸出的功率也存在限制。也就是說，單個(gè)電池的限制，就會(huì)影響到整個(gè)電池。這里不等于單個(gè)超限，就等于整個(gè)不安全，而是那個(gè)單體電池會(huì)受到損害，進(jìn)行出現(xiàn)持久性的問題。

1.電池包內(nèi)各個(gè)單體電池之間的個(gè)體差異：單體容量差異、單體內(nèi)阻差異、單體自放電差異、工作時(shí)候電流差異和休眠時(shí)候電流差異

2.電池包內(nèi)隨著時(shí)間變化：單體容量差異、單體內(nèi)阻差異、單體自放電差異

3.客戶使用充電時(shí)間、放電時(shí)間

4.外部環(huán)境同溫度下的自放電、不同SOC下的自放電

5.系統(tǒng)相互影響：BMS的工作狀況，這個(gè)因素和BMS的工作狀態(tài)有關(guān)系。

當(dāng)然接下來我們需要選擇均衡的方法，主要包括硬件拓?fù)浜途馑惴▋刹糠郑谄囆袠I(yè)應(yīng)用中，我們還有可靠性、成本和安全等幾方面的限制。

圖10均衡的方式

3)電池功率限制

新能源汽車中的電池容量是不同的，鋰電池系統(tǒng)為整車特別是電機(jī)提供能量，需要滿足電機(jī)的功率要求。而一定容量的電池電池在不同的SOC，不同的溫度下，其輸入和輸出的功率是有一定限制的。實(shí)際的運(yùn)行中，混合動(dòng)力電池包SOC窗口開的很小，純電動(dòng)汽車用的非常寬，用完就結(jié)束使用，而插電式混合動(dòng)力在電池耗盡的時(shí)候，則需要考慮輸出功率的限制。電池管理系統(tǒng)需要發(fā)送給整車控制器一個(gè)功率限制參數(shù)，這是根據(jù)一個(gè)三維表核算出來，包含溫度、SOC、電池容量，如圖11所示。

圖11SOC控制表

第三部分輔助系統(tǒng)功能

這部分的功能，一般電池管理系統(tǒng)是做輔助使用的，往往與整車控制系統(tǒng)或者其他相關(guān)的系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合使用。

1)繼電器控制

電池包內(nèi)一般有多個(gè)繼電器，電池管理系統(tǒng)至少要完成對繼電器的驅(qū)動(dòng)供給和狀態(tài)檢測，繼電器控制往往是和整車控制器協(xié)調(diào)后確認(rèn)控制器，而安全氣囊控制器輸出的碰撞信號一般與繼電器控制器斷開直接掛鉤。電池包內(nèi)繼電器一般有主正、主負(fù)、預(yù)充繼電器和充電繼電器，在電池包外還有獨(dú)立的配電盒對整個(gè)電流分配做個(gè)更細(xì)致的保護(hù)。對電池包的繼電器控制，閉合、斷開的狀態(tài)以及開關(guān)的順序都很重要。

2)熱控制

如前所述，電池的化學(xué)性能受環(huán)境的溫度影響非常大，為了保證電池的使用壽命必須讓電池工作在合理的溫度范圍之內(nèi)，并根據(jù)不同的溫度給整車控制器得出其所能輸出和輸入的最大功率。對于電池系統(tǒng)的溫度控制主要用到CFD仿真分析，如前所述的溫度傳感器這一單元，如何使用最少的傳感器來有效的監(jiān)測整個(gè)電池包的溫度分布，并將監(jiān)測信息反饋給電池管理系統(tǒng)和整個(gè)電池溫度管理系統(tǒng)。

3)充電控制

電池管理系統(tǒng)的一種主要模式是監(jiān)控電池系統(tǒng)在充電過程中的電池的需求。在交流系統(tǒng)中，BMS需要實(shí)現(xiàn)PWM的控特種引電路的交互;在直流充電過程中，特別需要注意在較高SOC下允許充電的電流。在國標(biāo)系統(tǒng)中，電池管理系統(tǒng)被要求直接與外部建立通信，交互充電過程中的信息。理論上說，這塊功能的設(shè)計(jì)，可以遷移到不同的模塊上，否則電池管理系統(tǒng)的睡眠喚醒機(jī)制就會(huì)顯得有些復(fù)雜。

第四部分通信與故障診斷

1)通信功能

電池管理系統(tǒng)，至少需要給整車控制器發(fā)送電池系統(tǒng)的相關(guān)信息;在有直流充電的系統(tǒng)之中，特別是在國標(biāo)系統(tǒng)中需要直接與外部直流充電樁進(jìn)行通信。在某些時(shí)候，可能還有一條備份的診斷和刷新的通信線，用來在主通信失效的情況下做數(shù)據(jù)傳輸。

2)故障診斷和容錯(cuò)運(yùn)行

故障診斷及容錯(cuò)控制在任何控制器當(dāng)中都是非常重要的部分，電池管理單元的故障會(huì)也需要以故障碼(DTC)來進(jìn)行報(bào)警，通過DTC觸發(fā)儀表盤當(dāng)中的指示燈，在新能源汽車中電池故障也有相應(yīng)的指示燈來提醒駕駛員。由于電池的危險(xiǎn)性，往往需要車聯(lián)系統(tǒng)直接進(jìn)行信息傳送，以應(yīng)對突然出現(xiàn)的事故處理。比如當(dāng)發(fā)生事故的時(shí)候，當(dāng)安全氣囊彈出，繼電器由整車控制器直接切斷以后，車聯(lián)系統(tǒng)通過定位和預(yù)警來處理，特別是電池放電。故障診斷包括對電池單體電壓，電池包電壓，電流，電池包溫度測量電路的故障進(jìn)行診斷，確定故障位置和故障級別，并作出相應(yīng)的容錯(cuò)控制。