电池管理

传统的电子化采用一个高压电池，电压通常在300~400 V之间的，耦合至高性能电动机。这些“全混合动力”汽车可显著提高燃油效率，但也会大大增加成本和车身重量。而“插电式”混合动力汽车，即电池通过交流电源插座充电，也具有类似的缺点。

电子工程师只要和电动汽车（包括纯电动和混合电动）打交道，往往都要在工作中运用各种电池技术，它们一般都属于某种形式的锂离子化学。然而，如果要管理构成电池组的大量电池，仅凭这些技术是力不从心的，因此设计人员必须实施电池管理系统 （BMS），以此来：

● 保护单个电池和整个电池组不受损坏
● 延长电池寿命

一旦把这些目标具体化，你将会收获一份冗长的清单，包含电池保护、充电控制、充电状态确定、健康状态确定和电池平衡等功能。本文着眼于BMS的功能之一——电池平衡，它在电动汽车设计人员必须解决的严峻挑战中非常具有代表性。

电动汽车设计必须面对这样一个现实——所有BMS问题在某种程度上都是相互关联而非孤立的（图1）。因此，当BMS随着电池的状况或状态发生变化而处理相应的问题时，便会产生一种「涟漪效应」。BMS体系结构的一大目标是尽可能地把这些子功能分离开，让每一项子功能都可以独立优化，从而有助于实现全局优化设计。

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<strong>电池管理系统</strong>

新一代特斯拉Model 3在电池管理的ECU单元在演化的过程中做了不少简化，本文将从EE系统的改变切入，以几个方面进行讨论。

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<strong>01、电池管理系统接口：概览</strong>

图1，是通过线路原理图做了分解，整个电池管理系统面向内部主要连接快充连接器、温度传感器、正负接触器、电流传感器、可控熔丝、内部的PCS（DCDC和OBC）的单元菊花链CMU控制器，还有面向外部的供电单元、外部HVIL电路、充电控制板和动力总成CAN。

除去许多其他功能之外，电池管理系统(BMS)还必须密切监视电池和电池组的电压、电流和温度。温度测量对于保证电池和BMS正常工作，以及最佳健康状态（SOH），防止性能下降非常重要，尤其是快速充放电期间。

<strong>1、温测技术简介</strong>

温测一般读取随温度变化器件的电压–大多数情况下是电阻器件，如热敏电阻或电阻温度检测器（RTD。热电偶等其他技术需要冷结补偿和适当屏蔽毫伏读数，而基于二极管/BJT的温度传感器则需要恒定电流激励。使用NTC热敏电阻的主要优点是灵敏度高，精度、性价比出色，通用性强。这类器件具有便于接触测量的特点，是监测每个点或面的最佳温度传感选择。不同接触温测技术对比参见表1。热电耦往往在设计阶段使用。

如图1所示，电动汽车（EV）的基本传动系统由三个系统模块组成。

电池组是由多个电池（通常是纯电动汽车中的锂离子电池）组成的阵列，可产生高达数百伏的电压。电池组的电压取决于电动汽车的系统需求。

系统的第二个组成部分是逆变器。电动汽车采用的交流牵引电机可在汽车完全停止状态提供加速度，而且非常可靠。电池组的电压为直流（DC），通过逆变器转换成交流（AC）（通常为三相）。与电压一样，相数取决于系统需求和所用电机的类型，但通常为三相。

所用的电机通常为感应电动机，需使用交流电压。此类电机常用于电动汽车，因为它们易于驱动、性能可靠且具有成本效益。电机的外层组件是定子，上面缠绕着三个线圈。内层通常是由铜条或铝条构成的转子。