电池管理系统国内外现状和未来发展趋势 .pdfVIP

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电池管理系统国外现状与其未来发展趋势

一、前言

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，国外均投入大量的人力物力开

展广泛深入的研究。例如，日本青森工业研究中心从1997年开

始至今，仍在持续进行（BMS）实际应用的研究[1]；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[2]；丰田、本田以与通用汽车公司等都

把BMS纳入技术开发的重点。

我国在十五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

分别有理工大学承担的EQ7200HEV混合动力轿车用镍氢动力电

池组与管理模块、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与其管理模块、星恒电源承担的燃料电

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池轿车用高功率型锂离子动力电池组与其管理系统、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与管理模块等

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。

二、BMS的基本结构

BMS的主要工作原理可简单归纳为:数据采

集电路首先采集电池状态信息数据，再由电子控制单元（ECU）

进行数据处理和分析，然后根据分析结果对系统的相关功能模块

发出控制指令，并向外界传递信息。基于上述原理，美国托莱多

大学提出一个典型的BMS基本结构框图（图1）[3]。这个典型

的系统把BMS简化划分为1个ECU和1个均衡电池之间电荷水平

的均衡器（EQU）两大部分。其中ECU的任务主要由4个功能组

成:数据采集、数据处理、数据传送和控制。ECU也控制均衡器、

车载充电器等电池维护设备。

图2是国Ajou大学和先进工程研究院开发

的BMS系统的组成结构与其相互逻辑关系[4]。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

与与PC机的通信联系。另外还增加与电动机控制器的通信联系，

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实现能量制动反馈和最大功率控制。

大学研发的电动汽车（EV23号）采用的集

中式BMS结构示意图见图3。该BMS系统最大的优点是采用电压

隔离开关矩阵提高数据采集的可靠性和系统的安全性。其部多条

隔离的数字与模拟信号输入输出通道不仅可以根据要求灵活使

用，而且有效增强系统的抗干扰能力。

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、模块电池电

量均衡和电池保护等功能[5]。美国Micron公司开发的军用电动

车辆BMS采用的就是这种结构[6]。

三、BMS功能组成部分概述

综合国外的研究工作，目前所设计的电动汽

车用BMS通常包含以下功能组成部分[7]:数据采集、剩余容量

（SOC）的估算、电气控制（充放电控制、均衡充电等）、热管理、

安全管理和数据通信。

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