動力鋰電池管理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

　　受到能源危機和環(huán)境保護等因素影響，純電動汽車做為一種新興的交通工具，由于其能源利用率高、無排放、噪聲小以及能量來源多樣化等優(yōu)點成為汽車工業(yè)一個重要的研究領域。傳統(tǒng)的電動汽車存在續(xù)航里程有限、蓄電池使用壽命太短以及蓄電池尺寸和質量的制約等缺點，而鋰離子電池具有高能量密度、高工作電壓、無記憶效應、循環(huán)壽命長、無污染、質量輕、自放電小等特點，可以很好地解決以上問題，所以基于鋰離子電池的電動汽車受到越來越多人們的關注，鋰離子電池已經成為純電動汽車的候選能源之一。目前，包括本田、豐田、通用等世界主要的汽車制造商都有在2010年推出鋰離子電動汽車的計劃，國內的比亞迪、吉利、奇瑞也都有類似的計劃。

　　純電動汽車的電壓要求一般在100V以上，為了達到這個工作電壓，必須把幾十個乃至上百個單體電池串并在一起，比如文獻[5]所報道的萬向電動汽車，使用了84只鋰離子電池單體串聯(lián)。電動自行車一般要求電壓在48V左右，所以用于電動自行車的鋰離子電池組一般由12～13個單體電池組成。

　　由于鋰離子電池的生產工藝限制，鋰離子電池單體之間存在容量、電壓、內阻等等的不一致，即使在同一批電池中也會存在差異。另外，即使是電池組在出廠的時候一致性比較好，在以后的使用過程中，這種不一致會隨著電池組的循環(huán)次數(shù)的增加而增加。

　　鋰離子電池組中，單體不一致會造成電池組無法發(fā)揮最大容量，而且會極大地縮短電池組的使用壽命。另外，由于鋰離子電池的特殊性，在使用中如果發(fā)生過充、過放及過流等，會對電池造成不可逆的損壞，甚至造成安全事故。所以，在鋰離子電池組用于電動汽車之前，首先要解決的問題之一就是對電池組的管理。

　　1、動力鋰離子電池管理系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

　　早期的鋰離子電池管理系統(tǒng)一般只具有監(jiān)測電池電壓、溫度、電流以及保護等簡單功能，隨著鋰電池越來越多地應用于大功率設備，如電動汽車，對電池管理系統(tǒng)的要求越來越高，鋰離子電池管理系統(tǒng)的功能也越來越強。一般認為，鋰離子電池組管理系統(tǒng)應具有以下幾個功能電池組外部參數(shù)的檢測、電池狀況判斷和剩余電量的估計、電池組的充放電控制、電池電量均衡、提供與外部設備通信的功能。目前電池外部參數(shù)的檢測技術己趨于成熟，現(xiàn)在鋰離子電池管理系統(tǒng)研究的重點是電池剩余電量估計和電池組的均衡。

　　1.1電池外部參數(shù)的檢測

　　電池外部參數(shù)的檢測主要包括電池組中單體電池電壓、工作電流和電池溫度的檢測。通過這些參數(shù)可以判斷電池的工作狀態(tài)。

　　1.1.1電壓的檢測

　　在所有的電池參數(shù)中，鋰離子電池的電壓最能體現(xiàn)電池的狀況。鋰離子電池過充過放的依據(jù)即是鋰離子電池的端電壓，也可以通過測量端電壓初步估計鋰離子電池的SOC。所以對鋰離子電池的電壓進行實時檢測是非常重要的。鋰離子電池組的檢測方法主要有四種。傳統(tǒng)的測試方法是用繼電器和電容做隔離處理。

　　其測試原理是首先通過電容對電池電壓進行取樣，再通過檢測電容的電壓就可以得到電池的電壓。第二種方法是浮動地技術測量電池端電壓，測量時窗口比較器自動判斷當前地電位是否合適，如果正好，啟動A/D進行測量，如果太高或太低，則通過控制器經D/A對地，對電位進行浮動控制。第三種方法是共模檢測法，共模測量是相對同一參考點，利用精密電阻等比例衰減測量各點電壓，然后依次相減得到各節(jié)電池電壓。第四種方法是差模檢測法，采用運算放大器消除電池兩端的共模電壓，完成對電池電壓的采樣。

　　第一種測量方法原理簡單，但是檢測精度低，且檢測時間長。浮動地技術測量由于地電位經常受現(xiàn)場干擾發(fā)生變化，不能對地電位進行精確控制，因此會影響整個系統(tǒng)的測量精度。共模測量法電路簡單，測量精度低，只適合于串聯(lián)電池數(shù)較少或者對測量精度要求不高的場合。差模測量法精度比其他三種方法都好，如圖1所示的差模檢測電路，適用于12節(jié)以下的串聯(lián)電池組。在電池組單體電池數(shù)量比較多的情況下，一般是以12節(jié)為一個電壓檢測模塊，再通過總線把所有模塊連接在一起。差模檢測電路中，由于電壓測量電路漏電流的影響，會造成電池組靠近負極的電池的電量消耗過多，導致電池組的不一致。

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