高壓互鎖的目的是，用來(lái)確認(rèn)整個(gè)高壓系統(tǒng)的完整性的，當(dāng)高壓系統(tǒng)回路斷開(kāi)或者完整性受到破壞的時(shí)候，就需要啟動(dòng)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(gè)系統(tǒng)的完整性，也就是說(shuō)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(gè)系統(tǒng)構(gòu)成的，主要通過(guò)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(cè)回路。
HVIL源有三種不同的方式，5V、12V和PWM波。
這里的電路很大的一塊是有ASIC完成的，下圖8表征了不同ASIC電路。
圖8 ASIC電路的發(fā)展
第二部分 狀態(tài)估計(jì)功能
1)SOC和SOH估計(jì)
電池系統(tǒng)中最核心也是最難的一部分就是SOC和SOH的估計(jì)。SOC估算常見(jiàn)的有安時(shí)積分法(SOCI)，和開(kāi)路電壓標(biāo)定法(SOCV)，安時(shí)積分最大的問(wèn)題是隨著時(shí)間的推移誤差會(huì)越來(lái)越大，開(kāi)路電壓標(biāo)定的問(wèn)題是，電池需要在靜置很長(zhǎng)時(shí)間以后的開(kāi)路電壓對(duì)應(yīng)的SOC才是準(zhǔn)確的，汽車(chē)在行駛的時(shí)候采集的電壓用來(lái)標(biāo)定SOC那是不準(zhǔn)確的。實(shí)際的使用中，一般以SOCV為主用SOCI，在實(shí)際使用中也在用一定的卡爾曼濾波法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法來(lái)提高SOC的計(jì)算，但是限于MCU的運(yùn)算速度和能力，整個(gè)算法的復(fù)雜度是有限制的。
圖9 SOC和SOH估算
2)均衡
一個(gè)串聯(lián)的電池包，由于電池和電池管理的原因，總是會(huì)出現(xiàn)不均衡的現(xiàn)象。在實(shí)際使用過(guò)程中，每個(gè)串聯(lián)的輸出容量是不一樣的。而電池，不僅有過(guò)放電和過(guò)充電的限制，而且在不同溫度和不同SOC下，輸入和輸出的功率也存在限制。也就是說(shuō)，單個(gè)電池的限制，就會(huì)影響到整個(gè)電池。這里不等于單個(gè)超限，就等于整個(gè)不安全，而是那個(gè)單體電池會(huì)受到損害，進(jìn)行出現(xiàn)持久性的問(wèn)題。
1.電池包內(nèi)各個(gè)單體電池之間的個(gè)體差異：?jiǎn)误w容量差異、單體內(nèi)阻差異、單體自放電差異、工作時(shí)候電流差異和休眠時(shí)候電流差異
2.電池包內(nèi)隨著時(shí)間變化：?jiǎn)误w容量差異、單體內(nèi)阻差異、單體自放電差異
3.客戶使用 充電時(shí)間、放電時(shí)間
4.外部環(huán)境 同溫度下的自放電、不同SOC下的自放電
5.系統(tǒng)相互影響：BMS的工作狀況，這個(gè)因素和BMS的工作狀態(tài)有關(guān)系。
當(dāng)然接下來(lái)我們需要選擇均衡的方法，主要包括硬件拓?fù)浜途馑惴▋刹糠?，在汽?chē)行業(yè)應(yīng)用中，我們還有可靠性、成本和安全等幾方面的限制。
圖10 均衡的方式
3)電池功率限制
新能源汽車(chē)中的電池容量是不同的，鋰電池系統(tǒng)為整車(chē)特別是電機(jī)提供能量，需要滿足電機(jī)的功率要求。而一定容量的電池電池在不同的SOC，不同的溫度下，其輸入和輸出的功率是有一定限制的。實(shí)際的運(yùn)行中，混合動(dòng)力電池包SOC窗口開(kāi)的很小，純電動(dòng)汽車(chē)用的非常寬，用完就結(jié)束使用，而插電式混合動(dòng)力在電池耗盡的時(shí)候，則需要考慮輸出功率的限制。電池管理系統(tǒng)需要發(fā)送給整車(chē)控制器一個(gè)功率限制參數(shù)，這是根據(jù)一個(gè)三維表核算出來(lái)，包含溫度、SOC、電池容量，如圖11所示。
圖11 SOC控制表
第三部分 輔助系統(tǒng)功能
這部分的功能，一般電池管理系統(tǒng)是做輔助使用的，往往與整車(chē)控制系統(tǒng)或者其他相關(guān)的系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合使用。
1)繼電器控制
電池包內(nèi)一般有多個(gè)繼電器，電池管理系統(tǒng)至少要完成對(duì)繼電器的驅(qū)動(dòng)供給和狀態(tài)檢測(cè)，繼電器控制往往是和整車(chē)控制器協(xié)調(diào)后確認(rèn)控制器，而安全氣囊控制器輸出的碰撞信號(hào)一般與繼電器控制器斷開(kāi)直接掛鉤。電池包內(nèi)繼電器一般有主正、主負(fù)、預(yù)充繼電器和充電繼電器，在電池包外還有獨(dú)立的配電盒對(duì)整個(gè)電流分配做個(gè)更細(xì)致的保護(hù)。對(duì)電池包的繼電器控制，閉合、斷開(kāi)的狀態(tài)以及開(kāi)關(guān)的順序都很重要。
2)熱控制
如前所述，電池的化學(xué)性能受環(huán)境的溫度影響非常大，為了保證電池的使用壽命必須讓電池工作在合理的溫度范圍之內(nèi)，并根據(jù)不同的溫度給整車(chē)控制器得出其所能輸出和輸入的最大功率。對(duì)于電池系統(tǒng)的溫度控制主要用到CFD仿真分析，如前所述的溫度傳感器這一單元，如何使用最少的傳感器來(lái)有效的監(jiān)測(cè)整個(gè)電池包的溫度分布，并將監(jiān)測(cè)信息反饋給電池管理系統(tǒng)和整個(gè)電池溫度管理系統(tǒng)。如圖12，電池模組的熱分析結(jié)果，圖13為某液冷系統(tǒng)的，整車(chē)和電池系統(tǒng)的散熱和加熱系統(tǒng)。
圖12 某模組熱分析結(jié)果
圖13 電池系統(tǒng)熱控制
3)充電控制
電池管理系統(tǒng)的一種主要模式是監(jiān)控電池系統(tǒng)在充電過(guò)程中的電池的需求。在交流系統(tǒng)中，BMS需要實(shí)現(xiàn)PWM的控制導(dǎo)引電路的交互；在直流充電過(guò)程中，特別需要注意在較高SOC下允許充電的電流。在國(guó)標(biāo)系統(tǒng)中，電池管理系統(tǒng)被要求直接與外部建立通信，交互充電過(guò)程中的信息。理論上說(shuō)，這塊功能的設(shè)計(jì)，可以遷移到不同的模塊上，否則電池管理系統(tǒng)的睡眠喚醒機(jī)制就會(huì)顯得有些復(fù)雜。
第四部分 通信與故障診斷
1)通信功能
電池管理系統(tǒng)，至少需要給整車(chē)控制器發(fā)送電池系統(tǒng)的相關(guān)信息；在有直流充電的系統(tǒng)之中，特別是在國(guó)標(biāo)系統(tǒng)中需要直接與外部直流充電樁進(jìn)行通信。在某些時(shí)候，可能還有一條備份的診斷和刷新的通信線，用來(lái)在主通信失效的情況下做數(shù)據(jù)傳輸。
2)故障診斷和容錯(cuò)運(yùn)行
故障診斷及容錯(cuò)控制在任何控制器當(dāng)中都是非常重要的部分，電池管理單元的故障會(huì)也需要以故障碼(DTC)來(lái)進(jìn)行報(bào)警，通過(guò)DTC觸發(fā)儀表盤(pán)當(dāng)中的指示燈，在新能源汽車(chē)中電池故障也有相應(yīng)的指示燈來(lái)提醒駕駛員。由于電池的危險(xiǎn)性，往往需要車(chē)聯(lián)系統(tǒng)直接進(jìn)行信息傳送，以應(yīng)對(duì)突然出現(xiàn)的事故處理。比如當(dāng)發(fā)生事故的時(shí)候，當(dāng)安全氣囊彈出，繼電器由整車(chē)控制器直接切斷以后，車(chē)聯(lián)系統(tǒng)通過(guò)定位和預(yù)警來(lái)處理，特別是電池放電。故障診斷包括對(duì)電池單體電壓，電池包電壓，電流，電池包溫度測(cè)量電路的故障進(jìn)行診斷，確定故障位置和故障級(jí)別，并作出相應(yīng)的容錯(cuò)控制。
Fail-Safe的容錯(cuò)運(yùn)行機(jī)制，是指車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中遇到錯(cuò)誤之后，車(chē)輛進(jìn)行的降級(jí)運(yùn)行處理。事實(shí)上，這個(gè)功能更像是對(duì)以上所有功能降級(jí)和備份。
小結(jié)：
1)電池管理系統(tǒng)的功能比較復(fù)雜，這里拋磚引玉，做個(gè)系統(tǒng)性的簡(jiǎn)述，接下來(lái)對(duì)乘用車(chē)和電動(dòng)大巴兩個(gè)內(nèi)容進(jìn)行針對(duì)性舉例和分析。
2)電池系統(tǒng)，做好和做壞，本質(zhì)還是有很大的差異的，這里也只是給出一些基本的要素，容大家參考。
3)寫(xiě)的比較凌亂，后續(xù)把系統(tǒng)分成硬件和軟件單獨(dú)來(lái)看的時(shí)候，會(huì)更清晰一些。
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