在保證電池系統(tǒng)安全的設(shè)計過程中，除了電池單體特性、電池模組設(shè)計、電池包的結(jié)構(gòu)和排氣設(shè)計以外，就要數(shù)電池管理系統(tǒng)最有主控性。這里想做一個系列文章，分別介紹電池管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)、乘用車管理系統(tǒng)、電動大巴管理系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)的發(fā)展四個部分，這是第一篇。

從鎳氫電池開始，電池由于其本身的特性，需要電池管理系統(tǒng)來管理，它也是新能源汽車整體架構(gòu)中的要素之一。從總體來看，電池管理系統(tǒng)的主要目的是測量電池狀態(tài)、延長電池的使用壽命。電池管理系統(tǒng)的常見功能模塊根據(jù)初步劃分，也可以分為測量功能、狀態(tài)計算功能、系統(tǒng)輔助功能和通信與診斷。

第一部分測量功能

1)基本信息測量：電池電壓，電流信號的監(jiān)測，電池包溫度的檢測

電池管理系統(tǒng)有著最基本功能就是測量電池單體的電壓，電流和溫度，這是所有電池管理系統(tǒng)頂層計算、控制邏輯的基礎(chǔ)。如圖1所示，電池管理系統(tǒng)目前從電池這里獲取的直接物理參數(shù)就是只有電壓、溫度和電流。

圖1電池管理單元概覽

1.1單體電壓測量和電壓監(jiān)控

單體的電壓，對于電池管理系統(tǒng)有幾種意義，一是可以用來累加獲取整個電壓，二是可以根據(jù)單體電壓壓差來判斷單體差異性，三是可以用來檢測單體的運行狀態(tài)。單體的電壓的采集和保護(hù)，目前都用ASIC來完成，而考慮采集電壓的精度不僅僅需要考慮ASIC電路本身的精度，也需要考慮單體電壓采樣線束、線束保護(hù)用熔絲、均衡狀態(tài)等多項內(nèi)容。由于對電壓采集精度的敏感度，與電池化學(xué)體系和SOC范圍(SOC兩端的需求往往較高)都有關(guān)系，實際上的ASIC采集得到的電壓數(shù)據(jù)需要經(jīng)過還原成接近電池本身的電壓。

圖2單體采集電路模型

1.2電池包電壓測量

在后續(xù)計算SOC的時候，往往會用電池組的總電壓來核算，這是計算電池包參數(shù)重要參量之一;如果由單體電壓累加計量而成本身電池單體電壓采樣有一定的時間差異性，也沒辦法與電池傳感器的數(shù)據(jù)實現(xiàn)精確對齊，因此往往采集電池包電壓來作為主參數(shù)來進(jìn)行運算。在診斷繼電器的時候，是需要電池包內(nèi)外電壓一起比較的，所以這里一般測量電池包電壓至少有兩路V0和V1，如圖3所示。

圖3BMS高壓采集

由于這里牽涉到了高壓采集，需要進(jìn)行隔離，所以一般的辦法有兩種，光隔如AVGAO的芯片方案或者通過電阻分壓，然后配置工作點，再加上汽車級運放所組成的儀表運放電路，如下圖4所示。

圖4三運放組成的儀表運放

1.3電池溫度

溫度對電池的參數(shù)有著很大的意義，這里也是引起爭議的地方。在設(shè)計電池和模組的時候，電池內(nèi)外的溫度差異、電池極耳和母線焊接處、模組內(nèi)電池溫度差異和電池包內(nèi)最大溫度差，這些參數(shù)在設(shè)計整個電池包的時候都是屬于已經(jīng)進(jìn)行先期控制了。BMS在設(shè)計溫度傳感器的放置點，以及放置多少溫度點和最后采集得到的溫度點表征整個電池包的運行情況，這里并不是BMS能管理的范疇。溫度檢測的精度也是頗有講究的，如在-40度的時候，檢測精度不需要特別高，因為使用電池系統(tǒng)本身就需要加熱，而在-10度～10度對電池性能有重大影響的區(qū)域，還有40度高溫臨近點，這些都是需要重點關(guān)心的區(qū)域。在設(shè)計的過程中，可以用上拉電阻、濾波電阻和溫度傳感器的本身的數(shù)值進(jìn)行蒙特卡羅分析。

需要注意的是，在一個電池包內(nèi)放置太多的溫度傳感器并不是好主意，有了太多不僅涉及到診斷問題，而且通過分析需要選取較多的高精度電阻，于成本無益。目前ASIC電路也會將溫度采集的功能涵蓋進(jìn)去。

1.4電池包流體溫度檢測

電池管理系統(tǒng)在整個電池包熱控制里面，一般的作用是匯報溫度，以及流體入口和出口的溫度，檢測電路與單體檢測類似。

1.5電流測量

電池包的往往僅在單體這一層級做并聯(lián)(最極端的是特斯拉的小電池的75個并聯(lián))，電池包內(nèi)的單體串聯(lián)給整車提供電能，所以一般只需要測量一個電流。電流測量手段主要分兩種智能分流器或霍爾電流傳感器。由于電池系統(tǒng)需要處理的電流數(shù)值，往往瞬時很大，比如車輛加速所需要的放電電流和能量回收時候的充電電流，因此評估測量電池包的輸出電流(放電)和輸入電流(充電)的量程和精度，這是一件需要仔細(xì)檢查的工作。電流是引起單體溫度變化的主要原因，作用在內(nèi)阻和化學(xué)發(fā)熱一起構(gòu)成了電池發(fā)熱;電流變化的時候也會引起電壓的變化，與時間一起，這三項是核算電池狀態(tài)的必備元素。

霍爾傳感器一開始日系混合動力車上用的較多，現(xiàn)在慢慢有智能的分流器完成電壓和電流的采樣，通過串行總線傳輸，甚至可以在里面實現(xiàn)SOC的估算。

2)絕緣電阻檢測

電池管理系統(tǒng)內(nèi)，一般需要對整個電池系統(tǒng)和高壓系統(tǒng)進(jìn)行絕緣檢測，比較簡單的是依靠電橋來測量總線正極和負(fù)極對地線的絕緣電阻?，F(xiàn)在在電池包里面用的比較多的是主動信號注入，主要是可以檢測電池單體對系統(tǒng)的絕緣電阻。

3)高壓互鎖檢測(HVIL)

高壓互鎖的目的是，用來確認(rèn)整個高壓系統(tǒng)的完整性的，當(dāng)高壓系統(tǒng)回路斷開或者完整性受到破壞的時候，就需要啟動安全措施了。

a)HVIL的存在，可以使得在高壓總線上電之前，就知道整個系統(tǒng)的完整性，也就是說在電池系統(tǒng)主、負(fù)繼電器閉合給電之前就防患于未然

b)HVIL的存在，是需要整個系統(tǒng)構(gòu)成的，主要通過連接器的低壓連接回路上完成的，電池管理單元一般需要提供電路的檢測回路。

HVIL源有三種不同的方式，5V、12V和PWM波。