国内外汽车动力电池管理系统(BMS)发展概况.doc

引言电池的性能和使用寿命直接决定了电动汽车的性能和成本,因此,如何提高电池的性能和寿命得到了各方面的重视。电动汽车上使用的动力电池是由多个电池单体通过串并联方式组成电池组,电池单体都紧密地布置在一起,在进行充放电时,各个电池单体所产生的热量互相影响,如果散热不均匀,将造成电池组局部温度快速上升,使电池的一致性恶化,使用寿命大大缩短,严重时会造成某些电池单体热失控,产生比较严重的事故。当动力电池处于低温环境中,电池的充放电性能会大大降低,导致电池无法正常工作。为了使动力电池组保持在合理的温度范围内工作,电池组必须拥有科学和高效的热管理系统。目前,国内外的许多研究人员对电池组的热管理系统做了大量的研究,进行了一些新的探索,以期提高热管理系统的控制效果,从而提高电动汽车电池组的性能和使用寿命。国内外汽车动力电池管理系统( BMS )发展概况目前,影响电动汽车推广应用的主要因素包括动力电池的安全性和使用成本问题,延长电池的使用寿命是降低使用成本的有效途径之一为确保电池性能良好,延长电池使用寿命,必须对电池进行合理有效的管理和控制,为此,国内外均投入大量的人力物力开展广泛深入的研究。日本青森工业研究中心从 1997 年开始至今,持续进行( BMS )实际应用的研究,丰田、本田以及通用汽车公司等都把 BMS 纳入技术开发的重点;美国 Villanova 大学和 USNanocorp 公司已经合作多年对各种类型的电池 SOC 进行基于模糊逻辑的预测;韩国 Ajou 大学和先进工程研究院开发的 BMS 系统的组成结构及其相互逻辑关系。该系统在上述结构中进行功能扩展,即增设热管理系统、安全装置、充电系统以及与 PC机的通信联系。另外还增加与电动机控制器的通信联系,实现能量制动反馈和最大功率控制。我国在十二五期间设立电动汽车重大专门研究项目,经过几年的发展之后, 在BMS 方面取得很大的突破,与国外水平也较为接近。在国家 863 计划 2005 年第一批立项研究课题中,就分别有北京理工大学承担的 EQ7200HEV 混合动力轿车用镍氢动力电池组及管理模块、湖南神舟公司承担的 EQ6110HEV 混合动力城市公交车用大功率镍氢动力电池及其管理模块、苏州星恒电源有限公司承担的燃料电池轿车用高功率型锂离子动力电池组及其管理系统、北京有色金属总院承担的解放牌混合动力城市客车用锂离子电池及管理模块等课题。此外还有清华大学、同济大学等承担的多能源动力总成控制系统和 DC/DC 变换器等一大批相关课题。现在国外正在开展基于智能电池模块(SBM )的BMS 研究,即在 1个电池模块中装入 1个微控制器并集成相关电路,然后封装为一个整体,多个智能电池模块再与 1个主控制模块相连,加以其它辅助设备,就构成 1个基于智能电池的管理系统。该BMS 成功实现对每个电池模块的状态监测、模块内电池电量均衡和电池保护等功能。美国 Micron 公司开发的军用电动车辆 BMS 采用的就是这种结构。电动汽车电池组热管理系统结构一、热管理方式电池组中有电解液、电极、隔板等各种材料,由于高温会加速它们的老化速率,而且当电池组中温差较大时,高温部分的老化速率会明显快于低温部分,随着时间的积累不同电池之间的物性差异将越加明显,从而破坏了电池组的一致性,最终使整组电池提前失效。所以,电池热管理设计对于维持电池正常工作, 延长使用寿命从而减少售后使用成本具有重要作用。从控制性的角度,热管理系统可以分为主动式、被动式两类。从传热介质的角度,热管理系统又可以分为: 空气冷却式热管理、液体冷却式热管理,以及相变蓄热式热管理。 1、动力电池组的冷却方法早在上世纪 70年代,就已有文献提出了铅酸动力电池组的热管理问题。动力电池组布置比较紧凑,如果没有合理的冷却措施,将导致电池组局部温度上升, 电池组充放电性能下降,部分电池过充或过放电,造成电池使用寿命缩短。电池组冷却的方法主要有空气冷却、液体冷却、相变材料冷却以及热管冷却。 空气冷却空气冷却是利用空气作为冷却介质对电池组进行冷却。空气冷却按照冷却系统所采用的结构不同,分为串行和并行冷却方式;按照是否使用风扇,分为自然和强制两种冷却方式。 串行和并行冷却方式 1999 年,Ahmad 等人[1-2] 提出了串行和并行冷却方式,如图 1所示。图1(a) 是串行式冷却,空气从电池包的一侧吹入,从另一侧吹出,容易造成电池包散热不均匀;图1(b) 是并行式冷却,空气从电池包底部吹入,从上部吹出, 几乎相同的空气量流过各个电池模块的表面,能够使电池包散热均匀。文献[2] 中用二维模型模拟了串行和并行的冷却效果,如图 2所示,在相同条件下,并行冷却比较均匀,电池包中最大值温度差为 8℃,采用串行冷却时,虽然电池包的最低温度有所