电动汽车BMS关键技术研究进展
摘要：近年来国家大力发展新能源汽车。电池管理系统(BMS)是电动汽车的核心技术之一，它能够对电池的基本物理量进行监测，通过监测到的信息对电池荷电状态(stateofcharge，SOC)、健康状况以及故障状况进行分析，从而协调控制和优化电动汽车的电量分配。本文主要介绍了BMS关键技术的最新研究进展，对电池均衡、荷电状态和热管理等BMS关键技术进行详细介绍，并结合国内BMS应用实例，对未来进行展望。
关键词：电动汽车；BMS关键技术；研究进展
引言
近年来，随着新能源汽车发展，从市场规模来看,我国已经成为全球最大的新能源汽车市场,2021年新能源汽车产销突破350万辆,实现同比1.6倍的大幅增长。从技术水平来看,我国已基本攻克了动力电池等主流电动化关键核心技术,建立了结构完整、自主可控的内循环产业体系。而新能源汽车的电池分为压蓄电池和低压蓄电池，均为直流电源，目前在新能源纯电动汽车的生产中，汽车电池的故障出现是较为常见的问题，如果低压电池出现故障问题，故障
会引起整辆车的控制器故障灯变亮。在这样的情况下，会影响汽车的安全出行。因此，在电动汽车控制器故障灯变亮后，应及时对这样的情况进行维修，对于汽车故障的排除较为重要。
一、BMS系统概述
电池、电机和电气技术是电动汽车的核心技术，统称为“三电”，直接影响电动汽车的速度、范围等。电动汽车的安全运行只有在三种技术有效协调和结合的情况下才能得到保证。一旦其中一种技术有了短平板，车辆的性能就会直接受到影响。发动机和电池技术对电动汽车性能的影响尤为突出。例如，发动机性能取决于发动机的大小，电池容量直接决定汽车的寿命。为什么“三重力”能够与电池技术和电机技术相协调，是研究者需要探讨和分析的主要课题。电池续航时间尤其是电池管理系统(也称为BMS)的重要功能之一。没有此系统，电池充电、电池续航时间都将大大降低。因此BMS（电池管理系统）作为电控系统中的重要部分，肩负着电池均衡，信息采集及电池充放电管理等功能。
二、新能源汽车动力电池关键技术分析
2.1工作参数检测
在动力电池管理系统运行时，需要设置多项参数保障系统正常工作。其中，主要包括：（1）电池电压；（2）工作电流；（3）温度等。通常在对此类工作参数进行具体检测时，往往集中在数据采集与分析方面，旨在借助数据管理达到对其所处状态的预判目的。例如，在对上述工作参数进行测量时，需要先完成对单体电池电压测量数据的采集，再通过对该数据的分析，预判动力电池所处的工作状态。再如，在荷电状态估算方面，只有对单体电池使用时的电压数据进行精准采集与有效分析，才能为其估算提供必要条件。
2.2SOC算法
对动力电池SOC初始值进行计算时，一般会借助静态学习方式选择残余电量计算方法（静态自学习剩余功率算法），动态电流测量方法，以及在SOC算法方面选择扩展卡尔曼滤波法。实践经验表明，应用静态自学习剩余功率算法计算SOC初始值时，需要积累大量的实验数据才能得到相对精准的电池使用信息。同时，要求计算人员对电池电压值与电池两端温度信息进行有效控制与关联使用。由于运算时使用的公式属于非线性方程，因而在使用扩展卡尔曼滤波算法的实践过程中，计算人员还需要对其进行线性化处理并结合估算值与误差协方差矩阵完成对误差范围的估算，从而达到对SOC估算值的校准。
三、电动汽车BMS关键技术研究进展
3.1SOC估算方法
(1)安时积分法(AH)。AH法是一种最常用的方法，但是在使用AH法时存在一些问题，比如累积误差，由于电流传感器精度不足，随时间的推移，误差变大。另外，基本上二次电池都有自放电的现象，由于自放电的电流小，普通的电流传感器难以准确测量，并且有一部分自放电电流不会经过工作电流的回路，无法检测。(2)开路电压法(OCV)。由于OCV和SOC之间有函数关系，所以可用来估计SOC。OCV操作方便、易于实现，但需在电池工作后，等待一段时间静置至稳定，才会有较高精确度，因此该方法通常离线使用。(3)扩展卡尔曼滤波(EKF)。该方法最大的优点在于可以有效解决AH法随时间推移带来累积误差的问题，能够不断地修正初始误差；其缺点在于对电池等效模型十分依赖。由于电池模型具有时变特性和非线性，以及存在噪声近似处理的问题，卡尔曼滤波估算SOC值的精确度会受到影响。(4)神经网络法。类似于大脑，能够接收、传导和处理信 息。神经网络法不关心电池内部结构，只需根据实际情况确 定输入量与输出量，通过大量样本数据进行学习，并记忆输 入-输出模式映射关系，来处理 SOC 估算这一非线性动态过 程。其优点在于能够迅速
、高精度地估算电池 SOC；但需庞大 的数据实验做基础，估算结果受训练方法和数据影响[8]。由于 神经网络算法的计算量很大，对硬件设备有更高的要求。
3.2构建电池组及冷却结构计算模型电动汽车技术网
在新能源汽车锂电池的冷却系统之中，热量首先出现于电池的位置，之后能够向冷却扁管位置进行转移，在由扁管中流动的冷却液将热量带走。在对边界条件进行选择以及进行初始化时，冷却液的入口速度即为入口边界条件，冷却液的出口压力则为出口边界条件，流体和固体的耦合界面，属于非滑移移动界面，进行热传递的过程即属于自然对流。基于此，在环境温度处于25℃的状态之下，可以采用要松弛法以及有限体积法对离散模型进行求解。在此过程中，为了保障结果准确，还需要应用二阶迎风格式，并且迭代精度的主要影响因素为相邻两次计算之间的结果差异，若两次计算结果之间不具有差异性，则该算法精度较高，但是在实际开展测试工作的过程中，并不能实现该精度，所以还需以残差值为基础，对算法收敛性进行合理判断，并在允许的范围内尽可能提升计算结果的精确度。
3.3ＢＭＵ模块
BMU模块是电池管理系统中最重要的系统，由多种电路控制控件组成，例如b .微控制系统(MCU)、CAN通信电路、电压降电路、总电流通道等。BMU模块主要设计为:① CAN电路设计。网络通信通过高速CAN收发器进行。收发器旨在隔离多个通信节点之间的铜线，以避免节点电压过高，并确保通信质量和可靠性。②绝缘电阻电路的构造。现阶段有两种电阻检测方法:直流电压检测。或者，可以通过输入低频信号来确定绝缘状态，方法是分析实时应用和监视信号的传入信号的电压幅度，而不更改测试电池的绝缘值。③高压保护电路的设计。对于输入端100次的恒定输出电路，通过MCU采集相应电阻处的压力，以便对高压电路进行安全检测。④总电压和总电流采集电路设计。电压通过差分采样功能发出信号，同时用双通道霍尔传感器采集电流，当电压进入传感器时，该传感器会增强信号，MCU直接采集模拟信号，可分为小电流和大电流负载。⑤高压控制元件和温度控制的电路板设计。该设计主要控制散热器开关、冷却风扇开关、高压运行等零件。并且通常具有用于精确控制的控制驱动芯片。
结束语：
当前我国涉及到ＢＭＳ的企业越来越多，在一定程度上增加了市场竞争的压力。结合企业
发展情况来看，呈现出两级分化严重的问题，并且大部分企业同质化现象严重。对此，需要企业加大创新力度，进一步创新ＢＭＳ系统，使其在电动汽车中发挥更大作用。
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