6.6蓄電池管理系統(tǒng)
    1．混合動力汽車的動力電池組管理系統(tǒng)簡介
    混合動力汽車的整車性能很大程度上依賴于動力蓄電池，高性能、高可靠性的電池管理系統(tǒng)能使電池在各種工作條件下獲得最佳的性能，通過蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）來實(shí)時監(jiān)測電池狀態(tài)，如電池電壓、充放電電流等，預(yù)測電池，最大允許充放電電流，以提升電池性能和壽命，提高混合動力汽車的可靠性和安全性。
    根據(jù)電動車輛所采用的電池的類型和動力電池組的組合方法，電池組管理系統(tǒng)主要包括：熱（溫度）管理子系統(tǒng)、電池組管理子系統(tǒng)、線路管理子系統(tǒng)，如圖68所示。

    （1）熱管理子系統(tǒng)。溫度是直接影響電池性能和壽命的關(guān)鍵性因素，混而合動力汽車上使用的動力電池組在工作時都會有發(fā)熱現(xiàn)象，不同的蓄電池的發(fā)熱程度各不相同，有的蓄電池采用自然通風(fēng)即可滿足電池組的散熱要求，但有的蓄電池則必須采取強(qiáng)制通風(fēng)來進(jìn)行冷卻，才能保證電池組正常工作并延長蓄電池的壽命。另外，在混合動力汽車上由于動力電池組的各個蓄電池或各個分電池組布置在車架不同的位置上，各處的散熱條件和周圍環(huán)境都不同，這些差別也會對蓄電池充、放電性能和蓄電池的使用壽命造成影響。為了保證每個蓄電池都能有良好的散熱條件和環(huán)境，將混合動力汽車的動力電池組裝在一個強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)中，使各個蓄電池的溫度保持一致或相接近，以及使各個蓄電池的周邊環(huán)境條件相似。
    根據(jù)動力電池組在電動車輛上的布置，動力電池組的熱管理子系統(tǒng)中，為便于動力電池組或其分組的安裝，首先應(yīng)合理安排動力電池組的支架，要求能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化裝卸，便于各種電線束的連接。在動力電池組的支架位置和形狀確定后設(shè)計通風(fēng)管道、風(fēng)扇、動力電池組ECU和溫度傳感器等，混合動力汽車上水平布置的溫度管理系統(tǒng)如圖69所示，垂直布置的溫度管理系統(tǒng)如圖70所示。



    在某些蓄電池工作時，會產(chǎn)生較高的溫度，這時，可以充分利用其產(chǎn)生的熱量用于取暖和給擋風(fēng)玻璃除霜等，使熱量得到管瑾與應(yīng)用。
    （2）電池組管理子系統(tǒng)。電池組管理子系統(tǒng)的作用是對電池的組合、安裝、充電、放電、電池組中各個電池的不均衡性、電池的熱管理和電池的維護(hù)等進(jìn)行監(jiān)管，使電池組能夠提高工作效率，保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)并達(dá)到最佳狀態(tài)，避免發(fā)生電池的過充電和過放電，可以有效延長電池的壽命，以及對動力電池組的安全管理和保潔等，電池管理系統(tǒng)主要包括以下幾個方面。
    ①電池的技術(shù)性能。不同類型和不同型號、不同使用程度的電池都具有不同的性能，包括電池的容量、工作電壓、終止電壓、質(zhì)量、外形尺寸和電池特性（包括記憶特性）等，因此，要對動力電池組建立技術(shù)檔案，實(shí)際上即使是同一型號、同一批量的電池，由于制造原因、電解質(zhì)的濃度差異和使用情況的不同，性能也不盡相同；如果將性能差異較大的電池組合在一起，會給整個動力電池組的性能帶來影響。因此，在安裝電池組之前，應(yīng)對每個電池進(jìn)行認(rèn)真檢測，將性能差異不大的電池組成動力電池組。
    ②電池狀態(tài)的管理。混合動力汽車的動力電池組由多個單節(jié)電池組成，其基本狀態(tài)包括在充電和放電時雙向作業(yè)時的電壓、電流、溫度、SOC的比例等。在正常情況下動力電池組的電壓、電流、溫度、SOC的比例等應(yīng)能夠進(jìn)行雙向計算和顯示。
    由于多種原因在動力電池組中個別電池會出現(xiàn)性能的改變，使得動力電池組在充電時不能充足，而在放電時很快將電能放盡，這就要求電池管理系統(tǒng)應(yīng)能夠及時自動檢測各個單節(jié)電池的狀態(tài)，當(dāng)檢測出某節(jié)電池出現(xiàn)損壞狀態(tài)時，及時報警，以便將“壞”電池剔出、更換。
    ③動力電池組的安全管理。動力電池組的總電壓可以達(dá)到90～00V，如此高的電壓對人體會造成危害，應(yīng)采取有效的隔離措施，一般是將動力電池組與車輛的乘坐區(qū)分離，將動力電池組在地板下面或車架的兩側(cè)，在正常的情況下，車輛停止使用時，通常會自動切斷電源，只有在混合動力汽車啟動時才接通電源，當(dāng)混合動力汽車發(fā)生碰撞或傾覆時，電池管理系統(tǒng)應(yīng)能立即切斷電源，防止高壓電引起的人身事故和火災(zāi)，并防止電解液造成的傷害，以保證人身安全。
    （3）線路管理子系統(tǒng)。動力電池組是很多節(jié)單節(jié)電池串聯(lián)組成的，如果是鉛酸電池需要8～32節(jié)12V的單節(jié)電池串聯(lián)起來，其他電池需要用更多單節(jié)電池串聯(lián)而成，為了能夠分別安裝在混合動力汽車的不同位置處，通常動力電池組上分為多個小的電池組分散進(jìn)行布置，這樣有利于電池組的機(jī)械化安裝，拆卸和檢修。
    線路管理子系統(tǒng)管理電池與電池、電池組與電池組之間的線路。當(dāng)動力電池組的總電壓較高時，導(dǎo)線的截面積比較小，有利于電線束的連接和固定，但高電壓要求有更可靠的防護(hù)，當(dāng)動力電池組的總電壓較低時，電流比較大，線路損耗也很大，需要的導(dǎo)線截面積也比較大，安裝較不方便。在各個電池組之間還需要安裝連接導(dǎo)線將各個電池組串聯(lián)起來，一般在電池組與電池組之間，裝有手動或自動斷電器，以便在安裝、拆卸和檢修時切斷電流。另外，在電池管理系統(tǒng)中還有各種傳感器線路等，因此在混合動力汽車上有尺寸很長的各種各樣的電線束，要求電線之間有可靠的絕緣，并能快速連接。
    2．動力電池組管理系統(tǒng)功能
    動力電池組管理系統(tǒng)承擔(dān)著動力電池組的全面管理，一方面要保證動力電池組的正常運(yùn)作，顯示動力電池組的動態(tài)響應(yīng)并及時報警，以便使駕駛員隨時都能掌握動力電池組的情況；另一方面要對人身和車輛進(jìn)行安全保護(hù)，避免因電池引起的各種事故。
    （1）動力電池組管理系統(tǒng)的基本功能。動力電池組管理系統(tǒng)采用先進(jìn)的微處理器進(jìn)行控制，通過標(biāo)準(zhǔn)通信接口和控制模塊對動力電池組進(jìn)行管理，一般有以下幾個方面。
    ①動力電池組管理。監(jiān)視動力電池組的雙向總電壓和電流、動力電池組的溫升，并通過液晶屏幕動態(tài)的顯示出總電壓、電流，溫升的變化，避免動力電池組過充電或過放電，使動力電池組不會受到人為的損壞。
    ②單節(jié)電池管理。對動力電池組中的單節(jié)電池的管理，可以監(jiān)測單節(jié)電池的電狀態(tài)，對單節(jié)電池動態(tài)電壓和溫變的變化進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)單節(jié)電池存在的問題，并采取有效預(yù)防措施。
    ③荷電狀態(tài)的估計和故障診斷。動力電池組管理系統(tǒng)應(yīng)具有對荷電狀態(tài)的估計和故障診斷的功能，能夠有效地反映和顯示荷電狀態(tài)（SOC）。目前對荷電狀態(tài)的估計誤差一般控制在10％左右，配備故障診斷專家系統(tǒng)，可以早期預(yù)報動力電池組的故障和隱患。
    （2）動力電池組管理系統(tǒng)組成。綜合動力電池組管理系統(tǒng)的各種功能，動力電池組管理系統(tǒng)的基本組成如圖71所示。

    帶有溫度測量裝置的動力電池組管理系統(tǒng)的基本組成如圖72所示，帶有溫度測量裝置的動力電池組管理系統(tǒng)，是利用損壞的電池在充電過程中電池的溫度高于正常電池溫度的原理，用溫度傳感器來測定和監(jiān)控每一個電池在充電過程中的溫度是否在允許的范圍內(nèi)。如果發(fā)現(xiàn)某個電池的溫度處于異常狀態(tài)，荷電狀態(tài)（SOC）顯示也不正常時，即刻向動力電池組管理系統(tǒng)反饋某個電池在線的響應(yīng)信息，并由故障診斷系統(tǒng)預(yù)報動力電池組的故障。

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