【文章內容簡介】 公司，法國的雷 諾、標致、雪鐵龍公司，意大利的菲亞特公司以及瑞士的荷拉奇和埃蘇拉公司等 )不惜投入巨額資金，研究開發(fā)新一代電動汽車。美國國會在 1976 年 7 月通過《電動汽車和復合汽車的研究開發(fā)和樣車試用法令》，以立法的形式、政府資助和財政補貼等手段加速發(fā)展電動汽車。此后，美國國會和地方政府制定了一系列強制性法規(guī)和政策，特別是 1990 年 9 月美國加利福尼亞州大氣資源局頒布了對全球普及電動汽車有著重要影響的“加州立法”，規(guī)定在該立法正式生效的 1998 年加州境內銷售的零排放汽車要占汽車銷售總額的 2%，在 2020 年要達到 10%。 在德國 包括戴姆勒、奔馳、 BMW 和大眾汽車在內的多家汽車公司正在積極研制電動汽車，預計最晚在 2020 年，系列化的電動汽車將推向市場。法國雷諾在巴黎車展 2020 上展出了電動汽車概念車“ . Concept”。這是展示該公司電動汽車發(fā)展方向的一款汽車。該車的目標是通過高效控制車燈及空調等能耗大的車載設備，實現環(huán)保及舒適性能。 美國克萊斯勒公司針對公司三大品牌克萊斯勒、 Jeep 和道奇，已與旗下 ENVI 機構推出 3 套全新的以量產為目標的先進電力驅動技術，日前克萊斯勒在其全球總部揭開了這 3 款電動汽車樣車 —— 道奇 EV、 JeepEV 和克萊斯勒 EV 的面紗，并展示了各款樣車的性能。據悉，克萊斯勒將選擇其中一款在 2020 年投產，漸次推向北美和歐洲市場。同時，將在隨后幾年把電力驅動技術應用到公司的前輪驅動、后輪驅動和非承載式車身結構的四輪驅動平臺中去。 國際上涌動的電動汽車熱，為我國汽車工業(yè)實現技術跨越發(fā)展提供了空前的機遇。因為電動汽車與傳統(tǒng)的汽油汽車對比，它不單純是發(fā)動機的簡單替換，其設計、加工、材料以及電氣、控制系統(tǒng)都要相應地做出改變，使整車參數合理匹配。這意味著以汽車工業(yè)為國民經濟支柱的世界發(fā)達國6 家的工業(yè)體系面臨著重大的調整，選擇 發(fā)展電動汽車為我國汽車工業(yè)發(fā)展的新的增長點，對于改變我國汽車工業(yè)的落伍狀況、促進經濟發(fā)展、增強國 家實力具有現實的戰(zhàn)略意義，而不僅僅只是環(huán)境保護和節(jié)約能源的問題。 目前，我國部分城市及地區(qū) (武漢、北京、天津、上海、長春、廣東等 )以及三大汽車集團都在進行電動汽車的相關項目的開發(fā)及課題的研究，全國承擔該項目的企業(yè)約有 70 多家。奇瑞汽車有限公司長期致力于純電動轎車的研究開發(fā)工作，并與上海交通大學等國內十多家單位共同承擔了國家863 電動汽車重大專項“ QP 純電動轎車”項目。該項目解決了一些電動汽車相關的共性技術問題，取 得了一些具有自主知識產權的成果。天津市清源電動車輛有限責任公司和一汽天津夏利股份有限公司牽頭，中國汽車技術研究中心、天津大學、天津和平海灣公司和天津藍天高科公司等十幾個單位共同承擔的國家 863 計劃一電動汽車重大專項純電動轎車項目，該項目在全國首批開發(fā)了 5 輛國際先進水平的純電動轎車，并將在兩年內實現產業(yè)化。汽車新貴深圳比亞迪有限公司在股神巴菲特 億美元入股剛過一周后即宣布以近 2 億元人民幣的代價收購了一家半導體制造企業(yè) —— 寧波中緯。這標志比亞迪電動汽車產業(yè)化的大幕已逐步開啟。此舉將整合電動汽車上游產業(yè)鏈，加 速比亞迪電動車商業(yè)化步伐。 2020 北京奧運會期間為彰顯“綠色奧運、科技奧運、人文奧運”理念，北京市兌現了自己的承諾，實現了電動汽車的規(guī)?；瘧?，投入了 50 輛純電動大客車，做到了奧林匹克公園核心區(qū)內的零排放。而這 50輛純電動大客車在奧運會上的應用，大部分關鍵技術出自北京理工大學、清華大學。 電池管理系統(tǒng)概述 電池管理系統(tǒng)的意義 電池管理系統(tǒng) (battery management system /BMS)是用來對蓄電池組進行安全監(jiān)控及有效管理，提高蓄電池的使用效率，達到增加續(xù)駛里程，延長其使用壽命，降低運行成本的目的，進一步提高電池組的可靠性，已經成為電動汽車的不可少的核心部件。 電池是電動汽車的動力源，在電動汽車中占有重要的地位。如何有效管理和監(jiān)控電池一直是電動汽車的關鍵技術之一，而拋開純單體電池的性能不談，降低電池造價以及提高電池系統(tǒng)的管理水平也是提高電動汽車整體競爭力的關鍵因素。電池組的使用壽命由單體電池的使用壽命和單體電池的均 衡 性、可靠性決定。一方面是隨著電池技術的發(fā)展，提高單體電池的7 性能 指標和一致性；另一方面就是提高電池管理水平，建立完善可靠的電池管理系統(tǒng)。 因此電動汽車的電池管理系統(tǒng)是電動汽車必不可少的重要組成部分，研究電池管理系統(tǒng)對電動汽車的發(fā)展起到極為重要的作用。 電池管理系統(tǒng)的 現狀 隨著近幾年電動汽車研究和應用的不斷升溫，國外一些大的汽車生產企業(yè)和蓄 電池生產廠家針對各種電動汽車車載電池作了大量研究及試驗，構建出了各自的數學模型，成功地開發(fā)出電池管理系統(tǒng)，并在車上試用。其中較典型的電池管理系統(tǒng)有 :美國通用汽車公司生產的“ EVI”型電動汽車上應用的電池管理系統(tǒng) ； 美國 Aerovironment 公司研發(fā)的 LongLife Battery Using Intelligent Modulare Control system(通常稱為 :SmartGuard電池管理系統(tǒng) )； 德國 Mentzer Electronic GmbH和 Wemer Retzlaff研發(fā)的 BADICOaCH電池管理系統(tǒng)和 BADIC0aCH電池管理系統(tǒng) 。德國 BATTMAN系統(tǒng) 。美國 ACpropulsion公司開發(fā)的名為 BatOPt 的高性能電池管理系統(tǒng)。 通用汽車公司推出的“ EVI”電池管理系統(tǒng)采用了一個微型計算機對電池組進行管理，監(jiān)測和控制蓄電池的充放電工作狀態(tài)，預測蓄電池組的荷電狀態(tài)和剩余能量。該電動汽車由 26個鉛酸蓄電池串聯供電，放電深度可達 80%，電池壽命約為 450個深放電周期， 113公里市內行駛里程 (美國環(huán)保局指標， USA EPA Schedule)， EVI的電池管理系統(tǒng)功能與特點包括 :單電池電壓監(jiān)測 。電池組電流采用分流采樣 。電池組高壓斷電保護、過放電報警系統(tǒng)、電量里程計算、地線絕緣失效檢測及保護。 2. SmartGuard系統(tǒng) SmartGuard系統(tǒng)主要特點是在電池上裝有一分布式的管理裝置來測量電池的電壓和溫度。該系統(tǒng)的主要功能是 :過充電監(jiān)測與控制，電池歷史紀錄，提供最差供電電池單元的信息。 3. BADICOaCH系統(tǒng) 該系統(tǒng)的主要特點是在每個電池單元上有一非線性電路來測量電壓，并將電池組各個單元電壓通過一條信號線傳輸給 BADICOaCH系統(tǒng) 。最差的電池單元的剩余電量被顯示 。對最近 24個充放電周期的詳細數據進行存儲，根據該數據對電池工作狀況好壞做出判斷，并快速查找電池基本信息和錯誤使用情況。 8 4. BATTNIAN系統(tǒng) BATTMAN電池管理 系統(tǒng)的最大特點是將所有的不同型號動力電池組的管理做成一個系統(tǒng)，通過改變硬件的跳線和在軟件上增加選擇參數的辦法，來實現對不同型號電池組的管理。 5. BatOPt系統(tǒng) 該系統(tǒng)是一個分布式系統(tǒng)，有中心控制單元和各電池的監(jiān)控模塊構成。利用 two wire總線，監(jiān)控模塊向中心控制單元傳輸各個電池工作信息，中心控制單元收集信息后進行優(yōu)化控制。 此外，日本、法國的汽車企業(yè)也研制了各自的電池能量管理系統(tǒng)，在這里就不再作介紹。電動汽車的快速發(fā)展為與其相關的電子技術發(fā)展提供了巨大的契機。電池電子技術就是針對電池的復雜的電化學 系統(tǒng)，依托于電力電子技術、單片機技術、智能控制與最優(yōu)控制和電化學科學等相關學科而興起的新應用技術領域分支。電池電子技術的目標就是將電池應用推向一個更高的階段，達到少維護、無人管理、高安全、智能化和無公害，最大限度的優(yōu)化電池的使用和延長電池的壽命。 我國在十五期間設立電動汽車重大專門研究項目，經過幾年的發(fā)展之后，在電池管理系統(tǒng) (BMS)技術方面取得很大的突破，與國外水平也較為接近。在國家 863計劃 2020年第一批立項研究課題中，就分別有北京理工大學承擔的 EQ7200HEV混合動力轎車用鎳氫動力電池組及管理模 塊、湖南神舟公司承擔的 EQ611OHEV混合動力城市公交車用大功率鎳氫動力電池及其管理模塊、蘇州星恒電源有限公司承擔的燃料電池轎車用高功率型鋰離子動力電池組及其管理系統(tǒng)、北京有色金屬總院承擔的解放牌混合動力城市客車用鋰離子電池及管理模塊等課題。此外還有清華大學、同濟大學等承擔的多能源動力總成控制系統(tǒng)和 DC/DC變換器等一大批相關課題?？傮w來講，電池管理系統(tǒng) (BMS)與電機、電機控制技術、電池技術相比，還不是很成熟。電池管理系統(tǒng)作為電動汽車最關鍵的技術之一，在近年來雖然有很大的提高，很多方面都已經進入實際 應用階段，但有些部分仍然不夠完善，尤其是在采集數據的可靠性、 SOC的估算精度和安全管理等方面都有待進一步改進和提高。 綜合電動車研究情況，我們發(fā)現各國都存在著同一個現象，即電池是整個電動車研究中出問題最多的部件，嚴重的甚至威脅到整車安全，大大影響了電動車的研究進程。主要原因有 : ，目前很難產業(yè)化，目前常用的蓄電池可9 存儲的能量有限，導致電動車續(xù)駛里程短，還遠達不到普通燃油汽車的水平，如何合理利用這些有限能源也成了一個不小的問題。 ，如果在使用當中不正確 的操作，如對電的過充電和過放電等，將會損傷電池從而進一步減短電池壽命，嚴重的會使電池報廢。 串聯起來為電池汽車提供能量的，由于單電池之間存在個體差異，且在運行中可能由于運行狀態(tài)的不一樣，導致單電池的性能不一致，即會出現有些電池變成落后電池而有些電池狀態(tài)還比較好的現象。這種情況下，這些落后的單體電池或模塊電池的性能決定著整個蓄電池組的性能，即整個電池組的性能也下降，而且由于落后電池與健康電池是串聯使用，會使健康電池的性能受到影響，縮短使用壽命，所以要及時準確的判斷出蓄電池組中落后電池。 ，不至 于半路拋錨，在燃油汽車中通過油表來提示，在電動車上是通過提示剩余電量來完成的。另外剩余電量還是電池狀態(tài)的一個重要參數，是用來診斷電池的健康狀態(tài)和判斷電池是否過充放電等的重要依據之一。但是由于蓄電池本身是個復雜的電化學反應系統(tǒng)，且影響電量估測的因素很多，并且在使用中，蓄電池是封閉的，所以對于電量準確估測的難度較大，是個國際性的問題。 所以，在目前情況下，大力發(fā)展電池的應用技術，尤其是發(fā)展電池管理系統(tǒng)是目前電動汽車發(fā)展的主要方向。 國家“十一五” 863燃料電池客車項目在性能上對電池管理系統(tǒng)提出了以下具體要求：電池 管理系統(tǒng)工作穩(wěn)定；傳輸的數據真實可靠； CAN通訊功能穩(wěn)定；有效的 充 放電保護措施和散熱環(huán)境；通過國家權威機構電磁兼容性試驗及振動實驗；保證電池與電池箱之間的絕緣電阻；工作溫度范圍為 20~60℃；電壓檢測精度為 177。 %；電流檢測精度為 177。 %；溫度檢測精度為 177。 ℃； SOC估計精度為 6%； 電池管理系統(tǒng)的 發(fā)展趨勢 與電機、電機控制技術、電池技術相比 , BMS還不是很成熟。 BMS作為電動汽車最關鍵的技術之一 ,近年來已經有很大的提高 ,很多方面都已經進入實際應用階段 ,但有些部分仍然不夠完善 ,尤其是在采集數據的可靠性、 SOC的估算精度和安全管理等方面都有待進一步改進和提高。 (1) BMS的設計主要有如下技術難點 :需要采集的數據量大 ,精度要求高 。10 電池狀態(tài)的非線性變化嚴重制約了 SOC 的預測精度 。內部電路復雜 ,安全性差 ,抗干擾能力要求高。 (2) 根據對 BMS的功能要求和目前研究中的問題可知 ,如何把握電池內部狀態(tài)的變化規(guī)律 ,用更有效的方式和采用更適當的算法來正確估算 SOC,減小 SOC的估算誤差 ,仍將是今后研究的重點。 (3) 在 BMS的安全管理和控制功能模塊設計中 ,如何解決電池自身的安全性問題 ,例如 :實現電池組均衡充電、避免高電壓和高電流的泄漏、防止對人體造成傷害 ,尤其是在沖力作用條件下 (發(fā)生碰撞時 )對電池安全性的控制等 ,還需要進行大量的試驗研究。 (4) 目前的很多 BMS應用某一類型的電池時效果很理想 ,但卻難以應用到其它類型的電池上。因此 ,研究更具有通用性的 BMS已經成為目前的發(fā)展方向。 研究目的和意義 與其他種類的汽車相比，電動車能給中國汽車制造商創(chuàng)造趕超跨國競爭對手的最好機會。目前中國已成為世界第二大汽車市場。但與跨國同行相比，中國汽車制造商在發(fā)動機和傳動系等關鍵零部件上仍較落后 ， 即便是在混合動力傳動系這類相對較新的發(fā)動機技術上，中國企業(yè)也遠遠落后于跨國公司。 而在電動汽車技術方面和國外基本在同一起跑線上。對我國這樣人口眾多的國家，發(fā)展微型電動汽車尤其重要。胡錦濤總書記在“十七大”報告中強調，堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境是基本國策，“必須把建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會放在工業(yè)化、現代化發(fā)展戰(zhàn)略的突出位置，落實到每個單位、每個家庭”。在我國，加大節(jié)能減排力度已列入《國務院2020 年工作要點》中，并制定了相關政策，提出 “十一五”期間，中國汽車工業(yè)將重點研究開發(fā)和掌握純電動汽車等新能源汽車整車 和零部件的關鍵技術。 2020 年 10 月 9 日路透社報道，全球知名電池生產商 Johnson Controls的負責人認為，中國將比世界其他國家更快接受電動汽車，因為中國人口眾多、而交通相對較少依賴于汽油。該公司旗下的電池生產部門 Power Solutions的負責人 Alex Molinaroli表示，中國政府可能會通過