一个典型的动力电池管理系统，需要实现哪些功能（完全篇）
电池管理系统，BMS（Battery Management System），是电动汽车动力电池系统的重要组成。它一方面检测收集并初步计算电池实时状态参数，并根据检测值与允许值的比较关系控制供电回路的通断；另一方面，将采集的关键数据上报给整车控制器，并接收控制器的指令，与车辆上的其他系统协调工作。电池管理系统，不同电芯类型，对管理系统的要求往往并不一样。那么，一个典型的动力电池管理系统具体都需要关注哪些功能呢？今天翻译整理了一篇文章，一起看看BMS的关键技术，整体内容分成上中下三个部分。
一个典型的动力电池管理系统，需要实现哪些功能（上篇）
1 简介
电动汽车用锂离子电池容量大、串并联节数多，系统复杂，加之安全性、耐久性、动力性等性能要求高、实现难度大，因此成为影响电动汽车推广普及的瓶颈。锂离子电池安全工作区域受到温度、电压窗口限制，超过该窗口的范围，电池性能就会加速衰减，甚至发生安全问题。目前，大部分车用锂离子电池，要求的可靠工作温度为，放电时-20~55°C，充电时0~45°C（对石墨负极），而对于负极LTO充电时最低温度为-30°C；工作电压一般为1.5~4.2 V左右（对于LiCoO2/C、
LiNi0.8Co0.15Al0.05O2/C、LiCoxNiyMnzO2/C以及LiMn2O4/C等材料体系约2.5~4.2 V，对于LiMn2O4/Li4Ti5O12 材料体系约1.5~2.7 V，对于LiFePO4/C 材料体系约2.0~3.7 V）。
温度对锂电池性能尤其安全性具有决定性的影响，根据电极材料类型的不同，锂电池（C/LiMn2O4 ，C/LMO，C/LiCoxNiyMnzO2 ，C/NCM，C/LiFePO4 ，C/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2，C/NCA）典
型的工作温度如下：放电在-20-55℃，充电在0-45℃；负极材料为Li4Ti5O12 或者LTO时，最低
充电温度往往可以达到-30℃。
当温度过高时，会给电池的寿命造成不利影响。当温度高至一定程度，则可能造成安全问题。如图所
示图1中，当温度为90~120 ℃时，SEI 膜将开始放热分解[1 ~3] ，而一些电解质体系会在较低温
度下分解约69℃[4]。当温度超过120℃，SEI 膜分解后无法保护负碳电极，使得负极与有机电解质直接反应，产生可燃气体将[3] 。当温度为130 ℃，隔膜将开始熔化并关闭离子通道，使得电池的正负极暂时没有电流流动[5,6] 。当温度升高时，正极材料开始分解（LiCoO 2 开始分解约在150 ℃[7] ，LiNi0.8Co0.15Al0.05O2在约160 ℃[8,9]，LiNixCoyMnzO2 在约210℃[8]，LiMn2O4 在约265 ℃[1] ，LiFePO4在约310℃[7] ）并产生氧气。当温度高于200℃时，电解液会分解并产生可燃性气体[3] ，并且与由正极的分解产生的氧气剧烈反应[9] ，进而导致热失控。在0℃以下充电，会造成锂金属在负极表面形成电镀层，这会减少电池的循环寿命。[10]
过低的电压或者过放电，会导致电解液分解并产生可燃气体进而导致潜在安全风险。过高的电压或者过充电，可能导致正极材料失去活性，并产生大量的热；普通电解质在电压高于4.5 V时会分解[12]
为了解决这些问题，人们试图开发能够在非常恶劣的情况下进行工作的新电池系统，另一方面，目前商业化锂离子电池必须连接管理系统，使锂离子电池可以得到有效的控制和管理，每个单电池都在适当的条件下工作，充分保证电池的安全性、耐久性和动力性。
2 电池管理系统定义
电池管理系统的主要任务是保证电池系统的设计性能，可以分解成如下三个方面：
1）安全性，保护电池单体或电池组免受损坏，防止出现安全事故；
2）耐久性，使电池工作在可靠的安全区域内，延长电池的使用寿命；
3）动力性，维持电池工作在满足车辆要求的状态下。锂离子电池的安全工作区域如图1所示。
图1为锂离子电池的安全操作窗口
BMS由各类传感器、执行器、控制器以及信号线等组成，为满足相关的标准或规范，BMS应该具有以下功能。
1）电池参数检测。包括总电压、总电流、单体电池电压检测（防止出现过充、过放甚至反极现象）、温度检测（最好每串电池、关键电缆接头等均有温度传感器）、烟雾探测（监测电解液泄漏等）、绝缘检测（监测漏电）、碰撞检测等。
2）电池状态估计。包括荷电状态（SOC）或放电深度（DOD）、健康状态（SOH）、功能状态（SOF）、能量状态（SOE）、故障及安全状态（SOS）等。
3）在线故障诊断。包括故障检测、故障类型判断、故障定位、故障信息输出等。故障检测是指通过采集到的传感器信号，采用诊断算法诊断故障类型，并进行早期预警。电池故障是指电池组、高压电回路、热管理等各个子系统的传感器故障、执行器故障（如接触器、风扇、泵、加热器等），以及网络故障、各种控制器软硬件故障等。电池组本身故障是指过压（过充）、欠压（过放）、过电流、超高温、内短路故障、接头松动、电解液泄漏、绝缘降低等。
4）电池安全控制与报警。包括热系统控制、高压电安全控制。BMS诊断到故障后，通过网络通知整车控制器，并要求整车控制器进行有效处理（超过一定阈值时BMS也可以切断主回路电源），以防止高温、低温、过充、过放、过流、漏电等对电池和人身的损害。
5）充电控制。BMS中具有一个充电管理模块，它能够根据电池的特性、温度高低以及充电机的功率等级，控制充电机给电池进行安全充电。
6）电池均衡。不一致性的存在使得电池组的容量小于组中最小单体的容量。电池均衡是根据单体电池信息，采用主动或被动、耗散或非耗散等均衡方式，尽可能使电池组容量接近于最小单体的容量。
7）热管理。根据电池组内温度分布信息及充放电需求，决定主动加热/散热的强度，使得电池尽可能工作在最适合的温度，充分发挥电池的性能。
8）网络通讯。BMS需要与整车控制器等网络节点通信；同时，BMS在车辆上拆卸不方便，需要在不拆壳的情况下进行在线标定、监控、自动代码生成和在线程序下载（程序更新而不拆卸产品）等，一般的车载网络均采用CAN总线技术。
9）信息存储。用于存储关键数据，如SOC、SOH、SOF、SOE、累积充放电Ah数、故障码和一致性等。车辆中的真实BMS可能只有上面提到的部分硬件和软件。每个电池单元至少应有一个电池电压传感器和一个温度传感器。对于具有几十个电池的电池系统，可能只有一个BMS控制器，或者甚至将BMS功能集成到车辆的主控制器中。对于具有数百个电池单元的电池系统，可能有一个主控制器和多个仅管理一个电池模块的从属控制器。对于每个具有数十个电池单元的电池模块，可能存在一些模块电路接触器和平衡模块，并且从控制器像测量电压和电流一样管理电池模块，控制接触器，均衡电池单元并与主控制器通信。根据所报告的数据，主控制器将执行电池状态估计，故障诊断，热管理等。
10）电磁兼容。由于电动车使用环境恶劣，要求BMS具有好的抗电磁干扰能力，同时要求BMS对外辐射小。电动汽车BMS软硬件的基本框架如图2所示。
图2 车载BMS的软硬件基本框架
3 BMS的关键问题
尽管BMS有许多功能模块，本文仅分析和总结其关键问题。目前，关键问题涉及电池电压测量，数据采样频率同步性，电池状态估计，电池的均匀性和均衡，和电池故障诊断的精确测量。
3.1 电池电压测量（CVM）
电池电压测量的难点存在于以下几个方面：
（1）电动汽车的电池组有数百个电芯的串联连接，需要许多通道来测量电压。由于被测量的电池电压有累积电势，而每个电池的积累电势都不同，这使得它不可能采用单向补偿方法消除误差。
图3 OCV曲线和每毫伏电压的SOC的变化（在25℃测量，休息时间3小时）
2）电压测量需要高精度（特别是对于C / LiFePO 4 电池）。SOC估算对电池电压精度提出了很高的要求。这里我们以C / LFP和LTO / NCM型电池为例。图3显示了电池C / LiFePO 4 和LTO / NCM 的开路电压（OCV）以及每mV电压对应的SOC变化。从图中我们可以看到LTO / NCM 的OCV曲线的斜率相对陡峭，且大多数SOC范围内，每毫伏的电压变化对应的最大SOC率范围低于0.4％（除了SOC 60~70％）。因此，如果电池电压的测量精度为10mV，那么通过OCV 估计方法获得的SOC误差低于4％。因此，对于LTO / NCM电池，电池电压的测量精度需要小于10 mV。但C / LiFePO 4OCV曲线的斜率相对平缓，并且在大多数范围内（除了SOC < 40％和65 ~80％），每毫伏电压的最大相应SOC变化率达到4％。因此，电池电压的采集精度要求很高，达到1 mV左右。目前，电池电压的大部分采集精度仅达到5 mV。在文献[47]和[48]中，分别总结了锂电池组和燃料电池组的电压测量方法。这些方法包括电阻分压器方法，光耦合隔离放大器方法，离散晶体管的方法[49] ，分布式测量方[50] ，光耦合中继方法[51] 等等。目前，电池的电压和温度采样已形成芯片产业化，表1比较了大多数BMS所用芯片的性能。
3.2数据采样频率同步性
信号的采样频率与同步对数据实时分析和处理有影响。设计BMS时，需要对信号的采样频率和同步精度提出要求。但目前部分BMS设计过程中，对信号采样频率和同步没有明确要求。电池系统信号有多种，同时电池管理系统一般为分布式，如果电流的采样与单片电压采样分别在不同的电路板上；信号采集过程中，不同控制子板信号会存在同步问题，会对内阻的实时监测算法产生影响。同一单片电压采集子板，一般采用巡检方法，单体电压之间也会存在同步问题，影响不一致性分析。系统对不同信号的数据采样频率和同步要求不同，对惯性大的参量要求较低，如纯电动车电池正常放电的温升
数量级为1℃/10 min，考虑到温度的安全监控，同时考虑BMS温度的精度（约为1℃），温度的采样间隔可定为30 s（对混合动力电池，温度采样率需要更高一些）。
电压与电流信号变化较快，采样频率和同步性要求很高。由交流阻抗分析可知，动力电池的欧姆内阻响应在ms级，SEI膜离子传输阻力电压响应为10 ms级，电荷转移（双电容效应）响应为1~10 s 级，扩散过程响应为min级。目前，电动车加速时，驱动电机的电流从最小变化到最大的响应时间约为0.5 s，电流精度要求为1%左右，综合考虑变载工况的情况，电流采样频率应取10~200 Hz。单片信息采集子板电压通道数一般为6 的倍数，目前最多为24 个。一般纯电动乘用车电池由约100 节电池串联组成，单体电池信号采集需要多个采集子板。为了保证电压同步，每个采集子板中单体间的电压采样时间差越小越好，一个巡检周期最好在25 ms内。子板之间的时间同步可以通过发送一帧CAN参考帧来实现。数据更新频率应为10 Hz以上。
一个典型的动力电池管理系统，需要实现哪些功能（中篇）
上篇说到，锂电池系统庞大，需要电池管理系统的监督和优化，以维护其安全性、耐久性和动力性。上篇中提及的BMS功能需求包括电池电压测量、数据采样频率同步性。本文继续，中篇讲述温度估计和SOC估计。预报，明天的下篇中会包括电池状态包括:
SOH（健康状态估计）、
SOS（安全状态估计）、
SOF（功能状态估计）及
SOE（可用能量状态估计）。
这些功能是期望BMS具备的，但实际应用中，出于客户要求、车型要求以及成本等等的考虑，实际设计到系统中的可能只是其中的几个。
3.3 电池状态估计
电池状态包括电池温度、SOC（荷电状态估计）、SOH（健康状态估计）、SOS（安全状态估计）、SOF（功能状态估计）及SOE（可用能量状态估计）。各种状态估计之间的关系如图4所示。电池温度估计是其他状态估计的基础，SOC 估计受到SOH 的影响，SOF 是由SOC、SOH、SOS 以及电池温度共同确定的，SOE 则与SOC、SOH、电池温度、未来工况有关。
图4. BMS状态估计算法框架
3.3.1 电池温度估计
温度对电池性能影响较大，目前一般只能测得电池表面温度，而电池内部温度需要使用热模型进行估计。常用的电池热模型包括零维模型（集总参数模型）、一维乃至三维模型。零维模型可以大致计算电池充放电过程中的温度变化，估计精度有限，但模型计算量小，因此可用于实时的温度估计。一维、二维及三维模型需要使用数值方法对传热微分方程进行求解，对电池进行网格划分，计算电池的温度场分布，同时还需考虑电池结构对传热的影响（结构包括内核、外壳、电解液层等）。一维模型中只考虑电池在一个方向的温度分布，在其他方向视为均匀。二维模型考虑电池在两个方
向的温度分布，对圆柱形电池来说，轴向及径向的温度分布即可反映电池内部的温度场。二维模型一般用于薄片电池的温度分析。三维模型可以完全反映方形电池内部的温度场，仿真精度较高，因而研究较多。但三维模型的计算量大，无法应用于实时温度估计，只能用于在实验室中进行温度场仿真。为了让三维模型的计算结果实时应用，研究人员利用三维模型的温度场计算结果，将电池产热功率和内外温差的关系用传递函数表达，通过产热功率和电池表面温度估计电池内部的温度，具有在BMS 中应用的潜力。图5所示为电池内部温度的估计流程。
图5 电池内部温度估计流程
一般地，锂离子电池适宜的工作温度为15~35℃，而电动汽车的实际工作温度为-30～50℃，因此必须对电池进行热管理，低温时需要加热，高温时需要冷却。热管理包括设计与控制两方面，其中，热管理设计不属于本文内容。温度控制是通过测温元件测得电池组不同位置的温度，综合温度分布情况，热管理系统控制电路进行散热，热管理的执行部件一般有风扇、水/油泵、制冷机等。比如，可以根据温度范围进行分档控制。Volt插电式混合动力电池热管理分为3种模式：主动（制冷散热）、被动（风扇散热）和不冷却模式，当动力电池温度超过某预先设定的被动冷却目标温度后，被动散热模式启动；而当温度继续升高至主动冷却目标温度以上时，主动散热模式启动。
3.2 荷电状态（SOC）估计
SOC（State of Charge），可用电量占据电池最大可用容量的比例，通常以百分比表示，100％表示完全充电，0％表示完全放电。
这是针对单个电池的定义，对于电池模块（或电池组，由于电池组由多个模块组成，因此从模块SOC 计算电池组的SOC就像电池电池单体SOC估计模块SOC一样），情况有一点复杂。在SOC估计方法的最后一节讨论。
目前，对SOC 的研究已经基本成熟，SOC 算法主要分为两大类，一类为单一SOC 算法，另一类为多种单一SOC 算法的融合算法。单一SOC 算法包括安时积分法、开路电压法、基于电池模型估计的开路电压法、其他基于电池性能的SOC估计法等。融合算法包括简单的修正、加权、卡尔曼滤波（或扩展卡尔曼滤波）以及滑模变结构方法等。
1）放电测试方法
确定电池SOC的最可靠方法是在受控条件下进行放电测试，即指定的放电速率和环境温度。这个测试可以准确的计算电池的剩余电量SOC，但所消耗的时间相当长，并且在测试完毕以后电池里面的电量全部放掉，因此这个方法只在实验室中用来标定验证电池的标称容量，无法用于设计BMS做车辆电池电量的在线估计。
2）安时积分法
安时积分计算方法为:
式中，SOC 为荷电状态；SOC0为起始时刻（t0）的荷电状态；CN为额定容量（为电池当时标准状态下的容量，随寿命变化）；η为库仑效率，放电为1，充电小于1；I 为电流，充电为负，放电为正。
在起始荷电状态SOC0比较准确情况下，安时积分法在一段时间内具有相当好的精度（主要与电流传感器采样精度、采样频率有关）。但是，安时积分法的主要缺点为：起始SOC0影响荷电状态的估计精度；库仑效率η受电池的工作状态影响大（如荷电状态、温度、电流大小等），η难于准确测量，会对荷电状态误差有累积效应；电流传感器精度，特别是偏差会导致累计效应，影响荷电状态的精度。因此，单纯采用安时积分法很难满足荷电状态估计的精度要求。
3）开路电压（OCV）法
锂离子电池的荷电状态与锂离子在活性材料中的嵌入量有关，与静态热力学有关，因此充分静置后的开路电压可以认为达到平衡电动势，OCV 与荷电状态具有一一对应的关系，是估计荷电状态的有效方法。但是有些种类电池的OCV 与充放电过程（历史）有关，如LiFePO4/C电池，充电OCV与放电OCV 具有滞回现象（与镍氢电池类似），并且电压曲线平坦，因而SOC估计精度受到传感器精度的影响严重，这些都需要进一步研究。开路电压法最大的优点是荷电状态估计精度高，但是它的显著缺点是需要将电池长时静置以达到平衡，电池从工作状态恢复到平衡状态一般需要一定时间，与荷
电状态、温度等状态有关，低温下需要数小时以上，所以该方法单独使用只适于电动汽车驻车状态，不适合动态估计。
4）基于电池模型的开路电压法
通过电池模型可以估计电池的开路电压，再根据OCV 与SOC 的对应关系可以估计当前电池的SOC。等效电路模型是最常用的电池模型。
对于这种方法，电池模型的精度和复杂性非常重要。华等人收集了12个常用等效电路模型，包括组合模型，Rint模型（简单模型），具有零状态滞后模型的Rint模型，具有单态滞后模型的Rint模型，具有两个低通滤波器增强型自校正（ESC）模型，具有四个低通滤波器的ESC模型，一阶RC模型，一个状态滞后的一阶RC模型，二阶RC模型，具有单态滞后的二阶RC模型，三阶RC模型和具有单态滞后的三阶RC模型。
电化学模型是建立在传质、化学热力学、动力学基础上，涉及电池内部材料的参数较多，而且很难准确获得，模型运算量大，一般用于电池的性能分析与设计。
如果电池模型参数已知，则很容易找到电池OCV。然后使用通过实验得出的OCV-SOC查找表，可以容易地找到电池SOC。研究人员使用这种方法，并分别采取RINT模型，一阶RC，二阶RC模型，发现使用二阶RC模型的最大估计误差是4.3％，而平均误差是1.4％。
图6充放电C /的LiFePO的OCV曲线4（在25℃测量，休息时间3小时）
5）神经网络模型方法
神经网络模型法估计SOC 是利用神经网络的非线性映射特性，在建立模型时不用具体考虑电池的细节问题，方法具有普适性，适用于各种电池的SOC估计，但是需要大量样本数据对网络进行训练，且估算误差受训练数据和训练方法的影响很大，且神经网络法运算量大，需要强大的运算芯片（如DSP等）。
6）模糊逻辑方法
模糊逻辑法基本思路就是根据大量试验曲线、经验及可靠的模糊逻辑理论依据，用模糊逻辑模拟人的模糊思维，最终实现SOC预测，但该算法首先需要对电池本身有足够多的了解，计算量也较大。
7）基于电池性能的SOC 估计法
基于电池性能的SOC估计方法包括交流阻抗法、直流内阻法和放电试验法。交流阻抗法是通过对交流阻抗谱与SOC 的关系进行SOC 估计。直流内阻法通过直流内阻与电池SOC 的关系进行估计。
交流阻抗及直流内阻一般仅用于电池离线诊断，很难直接应用在车用SOC实时估计中，这是因为，采用交流阻抗的方法需要有信号发生器，会增加成本；电池阻抗谱或内阻与SOC 关系复杂，影响因素多（包括内阻一致性）；电池内阻很小，车用电池在毫欧级，很难准确获得；锂离子电池内阻在很宽范围内变化较小，很难识别。
8）融合算法
目前融合算法包括简单修正、加权、卡尔曼滤波或扩展卡尔曼滤波（EKF）、滑模变结构等。简单修正的融合算法主要包括开路电压修正、满电修正的安时积分法等。
对于纯电动车电池，工况较为简单，车辆运行时除了少量制动回馈充电外主要处于放电态，站上充电时电池处于充电态，开路电压的滞回效应比较容易估计；电池容量大，安时积分的误差相对较小；充满电的机率大，因此，采用开路电压标定初值和满电修正的安时积分方法可以满足纯电动车电池SOC 的估计精度要求。
对于混合动力车电池，由于工况复杂，运行中为了维持电量不变，电流有充有放；停车时除了维护外，没有站上充电的机会；电池容量较小，安时积分的相对误差大。因此，简单的开路电压修正方法还不能满足混合动力车电池SOC 的估计精度要求，需要其他融合方法解决。
加权融合算法是将不同方法得到的SOC 按一定权值进行加权估计的方法。Mark Verbrugge等采用安时积分获得SOCc与采用具有滞回的一阶RC模型获得SOCv的加权方法估计SOC，计算公式为
式中，w 为权值。该算法已经在GM混合动力系统中应用。
卡尔曼滤波是一种常用的融合算法。由于SOC不能直接测量，目前一般将两种估计SOC 的方法融合起来估计。SOC被当成电池系统的一个内部状态分析。又由于电池系统为非线性系统，因此采用扩展的卡尔曼滤波方法，通常采用安时积分与电池模型组成系统进行计算。Plett等研究了安时积分
与组合模型、Rint模型（简单模型）、零状态滞回Rint模型、一状态滞回Rint模型、加强自修正模型的卡尔曼滤波融合算法。Wang等研究了安时积分与二阶RC模型的卡尔曼滤波融合算法。
夏超英等研究了安时积分与一阶RC模型的卡尔曼滤波算法，指出EKF作为一个状态观测器，其意义在于用安时积分法计算SOC的同时，估计出电容上的电压，从而得到电池端电压的估计值作为校正SOC 的依据，同时考虑噪声及误差的大小，确定每一步的滤波增益，得到开路电压法在计算SOC 时应占的权重，从而得到SOC 的最优估计。这样就把安时积分法和开路电压有机地结合起来，用开路电压克服了安时积分法有累积误差的缺点，实现了SOC 的闭环估计。同时，由于在计算过程中考虑了噪声的影响，所以算法对噪声有很强的抑制作用。这是当前应用最广的SOC估计方法。
Charkhgard等采用卡尔曼滤波融合了安时积分与神经网络模型，卡尔曼滤波用于SOC 计算的核心是建立合理的电池等效模型，建立一组状态方程，因此算法对电池模型依赖性较强，要获得准确的SOC，需要建立较为准确的电池模型，为了节省计算量，模型还不能太复杂。Ouyang等提出一种实时性好的基于电化学机理的等效电路模型的SOC 卡尔曼滤波算法，在保证计算速度基础上，提高了SOC 的估计效果，尤其是低SOC 区的估计精度。但是卡尔曼滤波法的缺点还有卡尔曼增益不好确定，如果选择不好状态将发散。Kim等提出采用滑模技术克服卡尔曼滤波的缺点，据称该方法对于模型参数不确定和干扰具有较强的鲁棒性。
9）电池组SOC 估计
电池组由多节电池串并联组成，由于电池单体间存在不一致性，成组后的电池组SOC 计算更为复杂。由多个电芯并联连接的电池模块可以被认为是具有高容量的单个电池，并且由于并联连接的自平衡特性，可以像单个电池一样估计SOC。
图7 电池模块的无用容量和剩余容量（以2个电池的电池模块为例）
在串联连接条件下，粗略的估计电池模块的SOC也可以像单体电池一样，但考虑到电池的均匀性，情形会有些不同。假设电池模块中每个单体电池的容量和SOC是已知的。如果有一个非常高效且无损的能量均衡装置，则电池模块的SOC：
其中，SOCM 表示电池模块的SOC，SOCi 表示第i个电池单元的SOC，Ci 表示第i个电池单体的容量。如果平衡装置不是那么有效，真正的电池模块的SOC与该平衡装置的实际性能有关。如果只有耗散式的被动均衡功能或者没有均衡功能，则电芯中存在一部分无法利用的容量如图6所示，并且随着电池差异性的加剧，这种浪费的容量的比例会越来越大。因此，电池模块的容量表示为：
电池模块可用容量表示为：
电池模组的荷电状态表示为：
由此，在每一节电池单体SOC 都可估计的前提下，就可以得到电池组的SOC 值。要获取单体的SOC值，最直接的方法就是应用上述SOC 估计方法中的一种，分别估计每一个单体的SOC，但这种方法的计算量太大。为了减小计算量，部分文献[43~45]在估计电池成组的SOC 方法上做了一些改进研究。Dai 等[44]采用一个EKF 估计电池组平均SOC，用另一个EKF 估计每个单体SOC 与平均SOC 之差ΔSOC。估计ΔSOC 的EKF中需要估计的状态量只有一个，因此算法的计算量较小。另外，考虑到ΔSOC 的变化很慢，采用双时间尺度的方法可以进一步减小计算量。Zheng等提出了一种M+D模型，即一个相对复杂的电池单体平均模型M，和一个简单的单体差异模型D，利用最小二乘法计算单体与“平均单体”之间的差值ΔOCV，通过ΔSOC 与ΔOCV 的关系，可以计算每个单体的SOC 值。
表2 各种SOC估计方法比较
表3不同SOC估计方法的SOC估计误差。
表2中比较了不同的SOC估算算法。表3总结了每种方法的SOC估计误差。
综合比较上述常用的SOC 估计方法，卡尔曼滤波等基于电池模型的SOC 估计方法精确可靠，配合开路电压驻车修正是目前的主流方法。
下篇
上篇和中篇两篇文章中，介绍的BMS功能需求包括电池电压测量、数据采样频率同步性，温度估计和SOC估计。本文，是《一个典型的动力电池管理系统，需要实现哪些功能》的最后一个部分，内涉及SOH（健康状态）估计、SOF（功能状态）估计及SOE（可用能量状态）估计、SOS（安全状态）估计。
3.3 健康状态（SOH）估计
健康状态是指电池当前的性能与正常设计指标的偏离程度。电池老化是电池正常的性能衰减，不能完全代表其健康状态。而目前多数SOH 的定义仅限于电池老化的范畴，没有真正涉及电池的健康状况（如健康、亚健康、轻微问题、严重问题等），因此目前的算法应该称为寿命状态。
耐久性是当前业界研究热点，表征电池寿命的主要参数是容量和内阻。一般地，能量型电池的性能衰减用容量衰减表征，功率型电池性能衰减用电阻变化表征。为了估计电池的衰减性能，首先要了解电池的衰减机理。
锂电池衰减机理。锂离子电池为“摇椅式”电池，正负极的活性材料可以看作容纳锂离子的两个水桶，锂离子相当于桶里的水。电池的性能衰减可以理解为“水”变少（即活性锂离子损失），或“桶”变小（正极或负极活性物质变少），如下图所示。导致活性锂离子损失的主要原因是：电极与电解液副反应形成钝化膜（如SEI膜）；由于充放电电池膨胀收缩疲劳导致电极龟裂，导致电极与电解液副反应形成新的SEI膜，消耗锂离子；不当充电导致的析锂与电解液反应消耗锂离子。导致活性材料损失的主要原因包括：材料中的锰、铁或镍等离子溶解；活性材料颗粒脱落；活性材料晶格塌陷。目前SOH 估计方法主要分为耐久性经验模型估计法和基于电池模型的参数辨识方法。
锂离子电池双水箱模型
1）耐久性经验模型估计法
耐久性经验模型估计法是基于电池耐久性测试数据标定获得的模型，直接预测容量衰减和内阻的变化。电池的耐久性模型可以分为耐久性机理模型和耐久性外特性模型，两者的主要区别在于，前者侧重于对电池内部副反应机理的研究，并以SEI膜内阻、离子浓度等微观量为观测对象；而后者从试验规律出发，重点关注电池循环过程中表现出来的容量衰减与内阻增加。有文献根据正负极衰老机理，基于循环锂离子损失机理以及电池内部的材料腐蚀机理，建立了电池SEI膜内阻增加模型以及循环衰减后的端电压模型。由于详细的锂离子电池衰减机理十分复杂，目前还很难准确确定模型的参数，同时运算量也较大，一般不用于车用电池管理中。
基于电池外特性的模型，已经有较多文献涉及，最常见的性能衰减模型是基于Arrhenius规律的模型。Toshiba的手册中给出了钴酸锂电池贮存寿命模型
式中，Closs为容量损失百分比，%；T 为温度，K；t 为时间，月。Bloom等进行了不同环境温度下电池衰减率的试验与分析，试验了以温度为加速应力的电池容量衰减模型，讨论了电池容量保持率与环境温度和循环时间的关系，提出
式中，Qloss 为阻抗增加率（area specific impedance ，ASI）或最大输出功率，W/s或W；A 为常数；Ea为反应活化能，J；R 是气体常量，J/(mol·K)；T 是绝对温度，K；t 是时间，h；z 是时间模态，简单情况下可取1/2。其中A、Ea/R、z 都可以通过试验数据用拟合的方法得到。
Wang等基于Bloom等的工作，提出了以Ah 循环总量为变量的双因素模型，将放电倍率乘入原有的时间项，得到以温度和放电倍率为加速应力的电池寿命模型，实现了双应力加速下20%以内的预测误差，即
式中，Qloss为容量损失百分比，%；Ah 为安时循环总量，Ah；其他参数的定义与前面公式相同。
Matsushima研究了大型锂离子电池的性能衰减，发现容量的衰减与时间呈1/2次方关系，即
Qloss=Kf×t^(1/2)，并发现容量衰减在30%以内时的系数Kf与容量衰减大于30%时的系数Kf不相同。前者较大，说明前30%容量衰减的速度快。Kf服从阿伦尼乌斯定律。进一步地，基于Arrhenius模型的扩展模型，如黎火林、苏金然根据对钴酸锂电池循环寿命的试验，提出了如下的Arrhenius扩展模型：
动力电池组及管理系统试验方案 型号规格：非标 用途：用于电动汽车用氢镍电池的综合性能测试，在功率允许范围内，可以完成所有充放电项目的性能测试。 一、购置理由： 动力电池及管理技术已经成为制约电动汽车及混合动力汽车发展的瓶颈之一，动力电池台架通过容量测试试验、效率试验、循环工况试验、电池模型参数识别试验以及电池检测精度和荷电状态估计试验等，能够得到动力电池组的工作特性，确定其合理的工作范围，验证电池管理系统的电池检测精度和能量状态估计的准确性，为电池组装车后有效管理提供试验依据。本着提高效率，减轻工作强度，降低企业成本，便于对动力车辆电池动态应力循环工况测试的角度考虑，该方案拟运用迪卡龙电动车辆测试系统硬件设备EVT-500-500，BTS-600电池测试软件对电动汽车用氢镍电池的综合性能进行测试。 二、技术要求及设备选型情况 1．技术要求 1.1 主要技术指标 1.1.1 充电电流： 充电电流范围： 1.0～100A（尽可能靠上限）； 电流分辨率：0.1A, 电流控制与测量精度：0.1A 1.1.2充电电压范围：0～500V(电位器调节,最大调节电压500V) 显示电压分辨率： 0.1V 电压控制测量精度：0.1V（硬件控制0.01V） 1.1.3充电容量：系统在充电过程中对电池的充电容量计算,误差≤±1.5％，测试电池组在不同温度、不同放电率下所能放出的能量。放电倍率一般为C/3、C/2、1C、2C、3C、4C等，其中C为电池组容量，温度根据电池使用环境要求，一般为-25°C、-10°C、0°C、25°C、50°C等。 1.1.4 充电通道及方式：160CH电池组充电通道，每个电池组充电通道，通过提供的专用插头，与电池组连接，独立地对电池组中的最多4枚12V单体电池进行充电。
动力电池自动化测试系统 总体方案 湖北德普电气股份有限公司（、3276513）
第一部分：模组来料OCV检测系统方案一、简述 本系统首先导入模组出厂数据到本地数据库，测试时通过条码扫描枪读取电池包的条码信息，按照预设好的测试方案，通过CAN总线读取BMS的电池OCV信息，并将电池OCV信息与出厂数据进行比对，按照预设的条件进行产品合格判定。并把相关信息记录在数据库中，同时将不合格结果进行标签打印。 二、组成 模组来料OCV检测系统主要由以下设备组成，系统原理框图如图1所示。 1）研华工控机 2）Honeywell条码扫描枪 3）NI PCI CAN通讯卡 4）明纬开关电源 5）NI PCI I/O板卡 6）Zebra标签打印机 7）扫描枪伺服系统 8）附属组件 图1 模组来料OCV检测系统原理框图
三、功能实现技术方案 图2 来料OCV检测系统示意 模组来料OCV检测系统由工控机通过软件进行设备集成。用户登录后，根据权限编写测试流程，测试流程包含扫描枪伺服系统的控制、DBC文件的选择、不合格条件的设定等，并将测试流程与条码进行模糊绑定。 在进行具体测试过程中，当完成线束连接后，可以点击启动按钮，模组来料OCV检测系统自动按照测试方案驱动扫描枪伺服系统，扫描枪到预设位置后读取相应的条形码填入对应位置。条形码读取完毕后自动从数据库中搜索电池的相应出厂OCV值，并根据DBC文件，自动通过PCI CAN通讯卡读取并解析相应的电池OCV 信息，按照预设的判定条件进行结果判定。完成测试后，将不合格的测试结果按照预设格式进行打印。同时出于满足手动调试的需要，所有的操作均可以单步手动操作。 工控机内安装PCI接口的CAN通讯卡、I/O板卡。工控机通过PCI I/O板卡控制的接触器对BMS上电、下电控制。工控机通过PCI CAN通讯卡与BMS进行通讯，完成数据的读取与解析。按照功能划分，软件具备如下功能： 3.1人机界面 提供用户的登入登出、新用户的建立、管理等功能。软件提供了测试流程的编辑、检查、载入等功能。并提供测试方案的启动、停止、暂停、回复等按钮，用于测试流程控制。软件提供了电池条码信息、接触器状态、BMS信息、测试流程的状态等信息。界面大致如下：
特斯拉电动汽车动力电池管理系统解析 1. Tesla目前推出了两款电动汽车，Roadster和Model S，目前我收集到的Roadster 的资料较多，因此本回答重点分析的是Roadster的电池管理系统。 2. 电池管理系统（Battery Management System, BMS）的主要任务是保证电池组工作在安全区间内，提供车辆控制所需的必需信息，在出现异常时及时响应处理，并根据环境温度、电池状态及车辆需求等决定电池的充放电功率等。BMS的主要功能有电池参数监测、电池状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、热管理等。我的主要研究方向是电池的热管理系统，因此本回答分析的是电池热管理系统 (Battery Thermal Management System, BTMS). 1. 热管理系统的重要性 电池的热相关问题是决定其使用性能、安全性、寿命及使用成本的关键因素。首先，锂离子电池的温度水平直接影响其使用中的能量与功率性能。温度较低时，电池的可用容量将迅速发生衰减，在过低温度下（如低于0°C）对电池进行充电，则可能引发瞬间的电压过充现象，造成内部析锂并进而引发短路。其次，锂离子电池的热相关问题直接影响电池的安全性。生产制造环节的缺陷或使用过程中的不当操作等可能造成电池局部过热，并进而引起连锁放热反应，最终造成冒烟、起火甚至爆炸等严重的热失控事件，威胁到车辆驾乘人员的生命安全。另外，锂离子电池的工作或存放温度影响其使用寿命。电池的适宜温度约在10~30°C之间，过高或过低的温度都将引起电池寿命的较快衰减。动力电池的大型化使得其表面积与体积之比相对减小，电池内部热量不易散出，更可能出现内部温度不均、局部温升过高等问题，从而进一步加速电池衰减，缩短电池寿命，增加用户的总拥有成本。 电池热管理系统是应对电池的热相关问题，保证动力电池使用性能、安全性和寿命的关键技术之一。热管理系统的主要功能包括：1）在电池温度较高时进行有效散热，防止产生热失控事故；2）在电池温度较低时进行预热，提升电池温度，确保低温下的充电、放电性能和安全性；3）减小电池组内的温度差异，抑制局部热区的形成，防止高温位置处电池过快衰减，降低电池组整体寿命。 2. Tesla Roadster的电池热管理系统 Tesla Motors公司的Roadster纯电动汽车采用了液冷式电池热管理系统。车载电池组由6831节18650型锂离子电池组成，其中每69节并联为一组（brick），再将9组串联为一层（sheet），最后串联堆叠11层构成。电池热管理系统的冷却液为50%水与50%乙二醇混合物。
动力电池管理系统硬件设计电路图 电动汽车是指全部或部分由电机驱动的汽车。目前主要有纯电动汽车、混合电动车和燃料电池汽车3种类型。电动汽车目前常用的动力来自于铅酸电池、锂电池、镍氢电池等。 锂电池具有高电池单体电压、高比能量和高能量密度，是当前比能量最高的电池。但正是因为锂电池的能量密度比较高，当发生误用或滥用时，将会引起安全事故。而电池管理系统能够解决这一问题。当电池处在充电过压或者是放电欠压的情况下，管理系统能够自动切断充放电回路，其电量均衡的功能能够保证单节电池的压差维持在一个很小的范围内。此外，还具有过温、过流、剩余电量估测等功能。本文所设计的就是一种基于单片机的电池管理系统。 1电池管理系统硬件构成 针对系统的硬件电路，可分为MCU模块、检测模块、均衡模块。 1.1MCU模块 MCU是系统控制的核心。本文采用的MCU是M68HC08系列的GZ16型号的单片机。该系列所有的MCU均采用增强型M68HC08中央处理器(CP08)。该单片机具有以下特性： (1)8MHz内部总线频率；(2)16KB的内置FLASH存储器；(3)2个16位定时器接口模块；(4)支持1MHz～8MHz晶振的时钟发生器；(5)增强型串行通信接口(ESCI)模块。 1.2检测模块 检测模块中将对电压检测、电流检测和温度检测模块分别进行介绍。 1.2.1电压检测模块 本系统中，单片机将对电池组的整体电压和单节电压进行检测。对于电池组整体电压的检测有2种方法：(1)采用专用的电压检测模块，如霍尔电压传感器；(2)采用精密电阻构建电阻分压电路。采用专用的电压检测模块成本较高，而且还需要特定的电源，过程比较复杂。所以采用分压的电路进行检测。10串锰酸锂电池组电压变化的范围是28V～42V。采用3.9M?赘和300k?赘的电阻进行分压，采集出来的电压信号的变化范围是2V～3V，所对应的AD 转换结果为409和*。 对于单体电池的检测，主要采用飞电容技术。飞电容技术的原理图如图1所示[2]，为电池组后4节的保护电路图，通过四通道的开关阵列可以将后4节电池的任意1节电池的电压采集到单片机中，单片机输出驱动信号，控制MOS管的导通和关断，从而对电池组的充电放电起到保护作用。
密级：项目内部 动力电池系统技术规范项目代号： 文件编号： 编写：时间： 校核：时间： 批准：时间： 天津易鼎丰动力科技有限公司 1.文件范围 本文件规范了XX公司XX车型所用XX动力电池必须满足的技术性能要求。 2.术语定义和及产品执行标准 .术语定义 电动汽车(electricvehicle,EV)：指以车载能源为动力，由电动机驱动的汽车； 电芯(cell)：一个单一的电化学电池最小的功能单元； 模组(module)：指由多个电芯的并联组装集合体，是一个单一的机电单元； 电池组(batterypack)：由一个或多个模组连接组成的单一机械总成； 电池管理系统(batterymanagementsystem,BMS)：指任何通过监控充电电池的状态、计算二次数据并报告该等数据、保护该等充电电池、设置报警信号、与设备中的其他子系统进行电子通信、控制充电电池内部的环境或平衡该等充电电池或环境等方式来管理该等充电电池的电子设备，包括软件、硬件和运算法则； 动力电池系统(batterysystem)：动力电池系统是指由动力电池组、电池箱体、电池管理系
统、电器元件及高低压连接器等组成的总成部件，功能为接收和储存由车载充电机、发电机、制动能量回收装置或外置充电装置提供的高压直流电，并且为电驱动系统及电辅助系统提供高压直流电； 整车控制器(vehiclecontrollerunit)：检测控制电动汽车系统电路的控制器； 高电压(HighVoltage,HV)：特指电动汽车200VDC以上高压系统； 低电压(LowVoltage,LV)：指任何信号或功率型能量低于50VDC，本文中特指整车12VDC电源系统； 荷电状态(state-of-charge,SOC)：电池放电后剩余容量与全荷电容量的百分比； 寿命初始(BeginningOfLife,BOL)：指动力电池系统刚交付使用的状态； 寿命终止(EndOfLife,EOL)：动力电池系统能量降低到初始能量的80%，或者实时峰值 功率低于初始峰值功率的85%时，视为寿命终止； 电磁兼容性(Electro-MagneticCompatibility,EMC)：在同一电子环境中,两种或多种电子 设备能互不干扰进行正常工作的能力； 高低压互锁(HighVoltageInter-Lock,HVIL)：特指低压断电时，通过低压信号控制能够 同时将高压回路切断； CAN(ControllerAreaNetwork)：控制器局域网； DFMEA(FailureModeandEffectsAnalysis)：设计故障模式及失效分析； MTBF(MeanTimeBetweenFailure)：平均无故障时间； 额定容量：在25℃±2℃下，以1I1(A)电流恒电流充电至动力电池系统总电压或最高单体 电压达到规定电压值，以恒定电压充电至电流小于（A）时停止充电，休眠10分钟后，以1I1(A)电流放电达到规定的终止电压时停止放电，整个测试过程放出的容量为额定容量，单位为Ah； 额定能量：在25℃±2℃下，以1I1(A)电流恒电流充电至动力电池系统总电压达到或最高 单体电压达到规定电压值，以恒定电压充电至电流小于时停止充电，休眠10分钟后，以1I1(A)电流放电达到规定的终止电压时停止放电，整个测试过程放出的能量为额定能量，（Wh），此值可由电压-容量曲线的覆盖面积积分得到； 可用能量：在25±2℃、-5±2℃两种温度条件下，按照《动力电池可用能量测试规范》分 别做NEDC测试，动力电池系统在放电率允许的范围内实际放出的电量的平均值。 额定电压：额定能量除以额定容量，标定为额定电压； 峰值功率：本项目峰值功率标定为XXkW。 产品执行标准 表1.产品执行标准 备注：未经特殊说明，本规范中涉及到的术语定义、检测方法、判断标准等都以上述标准为准。
动力电池能量管理系统 检测时间：2016-05-23 09:39:53 摘要 近年来,由于日益严重的环境污染问题和日益增长的石油和能源消耗,新能源汽车的发展,越来越多的政府和世界主要汽车制造商的关注。三个电动汽车的发展。 本文介绍了电动汽车电池管理系统的主要功能和开发国内外介绍问题的根源,介绍了铅酸蓄电池工作原理和关键的操作特性,描述铅酸电池剩余量预测几个模型的设计和项目的特点,基于大量的电池充电和放电的实验数据,提出了这种设计方法来估计剩下的电池供电。 上述功能需求,设计提出使用主芯片单片机,分散的集合和集中控制的解决方案结合硬件、单片机的选择,电池参数收集,平衡和保护电路、功率转换电路和外部通信和其他主要模块硬件设计详细描述和基于C51单片机凯尔软件开发和设计环境软件解决方案设计的电池管理系统3主要流程:充电、放电和静态软件设计。最后,整个硬件和软件系统充电和放电的疲劳试验通过收集大量的实验数据,验证了硬件和软件设计的可行性和稳定性 关键词电动汽车; 电池管理系统;电池SOC估算;单片机;充电均衡控制
ABSTRACT In recent years, due to the increasingly serious problem of environmental pollution and the increasing consumption of oil and energy, new energy vehicles
Development, more and more governments and the world's major carmakers attention. Develop three electric vehicles The key technology is the motor drive system consists of three parts, the vehicle control system and power management systems, steam current Automotive battery life is short-range, low battery life, high maintenance costs and popular, therefore, Power management technology for energy management and vehicle power battery protection control is becoming increasingly important. This article describes the electric vehicle battery management system The main function of the system and the development of domestic and foreign presentation Root of the problem, and introduces the principle of lead-acid batteries and key operating characteristics described Lead-acid battery remaining amount prediction model design and features of several projects, based on a lot of battery Charging and discharging of the experimental data, this design method is proposed to estimate the remaining battery power. The above functional requirements, the design proposed to use the main chip microcontroller, decentralized collection And centralized control solutions combine hardware, MCU selection,
北京汽车新能源汽车有限公司企业标准 电动汽车BMS（电池管理系统）EMC 测试标准（试行版） 2012-06-21发布2012-06-XX实施北京汽车新能源汽车有限公司发布
前言 (1) 1. 范围 (2) 2. 参考标准 (2) 3. 简写、缩写、定义及符号 (2) 4. 通用要求 (4) 4.1基本要求 (4) 4.2功能划分 (4) 4.3测试严酷等级分类 (4) 4.4 发射测试仪器参数设置 (5) 4.5 EMC测试计划 (5) 4.5.1 样品数量 (5) 4.5.2 运行条件 (5) 4.5.3 测试顺序 (5) 4.6 具体测试内容 (6) 5. 传导发射测试：CE 01 (6) 5.1传导发射限值要求 (6) 5.2测试系统 (7) 5.2.1电压测量方法 (7) 5.2.2电流探头测量方法 (8) 5.3数据报告 (8) 6. 辐射发射测试：RE 01 (9) 6.1测试方法选择 (9) 6.2辐射发射限值要求 (9) 6.3数据报告 (9) 7. 辐射抗扰度测试-大电流注入（BCI）法：RI 01 (9) 7.1干扰信号等级 (9) 7.2测试系统 (10) 7.3大电流注入功能等级要求 (11) 7.4数据报告 (12) 8.辐射抗扰度测试-暗室法：RI 02 (12) 8.1测试过程 (12) 8.2暗室法测试等级要求 (12)
9. 电源线瞬态传导抗扰度测试：CI 01 (13) 9.1一般规定 (13) 9.2电源线瞬态传导抗扰性试验布置 (13) 9.3试验脉冲 (14) 9.3.1试验脉冲P1 (14) 9.3.2试验脉冲P2a (14) 9.3.3试验脉冲P2b (15) 9.3.4试验脉冲P3 (16) 9.3.5试验脉冲P4 (17) 9.4电源线瞬态传导抗扰度功能等级要求 (18) 9.5数据报告 (19) 10. 信号线瞬态传导抗扰度测试：CI 02 (19) 10.1一般规定 (19) 10.2测试布置 (21) 10.3信号线瞬态传导抗扰度功能等级要求 (21) 10.4数据报告 (22) 11. 静电放电抗扰度测试：CI 03 (22) 11.1一般规定 (22) 11.2静电放电方式 (22) 11.2.1直接接触放电 (22) 11.2.2空气放电 (22) 11.3为包装、搬运而规定的静电放电敏感度分类试验（不通电进行） (23) 11.3.1试验布置 (23) 11.3.2试验方法 (23) 11.3.3试验等级 (24) 11.3.4性能评价 (24) 11.4静电放电台架试验（通电进行） (24) 11.4.1试验布置 (24) 11.4.2试验方法 (25) 11.4.3试验等级 (26)
引言 电池的性能和使用寿命直接决定了电动汽车的性能和成本，因此，如何提高电池的性能和寿命得到了各方面的重视。电动汽车上使用的动力电池是由多个电池单体通过串并联方式组成电池组，电池单体都紧密地布置在一起，在进行充放电时，各个电池单体所产生的热量互相影响，如果散热不均匀，将造成电池组局部温度快速上升，使电池的一致性恶化，使用寿命大大缩短，严重时会造成某些电池单体热失控，产生比较严重的事故。当动力电池处于低温环境中，电池的充放电性能会大大降低，导致电池无常工作。为了使动力电池组保持在合理的温度围工作，电池组必须拥有科学和高效的热管理系统。目前，国外的许多研究人员对电池组的热管理系统做了大量的研究，进行了一些新的探索，以期提高热管理系统的控制效果，从而提高电动汽车电池组的性能和使用寿命。 国外汽车动力电池管理系统（BMS）发展概况 目前，影响电动汽车推广应用的主要因素包括动力电池的安全性和使用成本问题，延长电池的使用寿命是降低使用成本的有效途径之一为确保电池性能良好，延长电池使用寿命，必须对电池进行合理有效的管理和控制，为此，国外均投入大量的人力物力开展广泛深入的研究。 日本青森工业研究中心从1997年开始至今，持续进行（BMS）实际应用的研究,丰田、本田以及通用汽车公司等都把BMS纳入技术开发的重点；美国Villanova大学和USNanocorp公司已经合作多年对各种类型的电池SOC进行基于模糊逻辑的预测；国Ajou大学和先进工程研究院开发的BMS系统的组成结构及其相互逻辑关系。该系统在上述结构中进行功能扩展，即增设热管理系统、安全装置、充电系统以及与PC机的通信联系。另外还增加与电动机控制器的通信联系，实现能量制动反馈和最大功率控制。 我国在十二五期间设立电动汽车重大专门研究项目，经过几年的发展之后，在BMS方面取得很大的突破，与国外水平也较为接近。在国家863计划2005年第一批立项研究课题中，就分别有理工大学承担的EQ7200HEV混合动力轿车用镍氢
动力电池系统DV测试浅析 DV（Design Verification）设计验证，目的是验证产品设计是否符合规定要求而进行的测试活动。另一个经常提到的概念，PV（Production Validation）生产确认，目的是确认制造状态是否符合规定要求。DV和PV通常是一组平行的测试计划，且DV测试内容包括了大部分的PV测试。总得来讲，一份好的DV或PV 测试活动，需要以法规要求为基准、以功能需求为驱动、以真实使用场景为背景并配合适当的测试技巧来进行。本文主要围绕DV进行简要阐述。 一.动力电池系统DV测试概述 1.1 对于开发流程与样品状态的对应关系 注1：手工样件与工装件的主要区别在于结构件是否通过工装模具加工得到（开模件）；半工装件与工装件在于动力电池系统是否由正式的生产线组装。 注2：因为国内各公司对零部件的开发流程定义不同，这里提供的仅是笔者遇到的某个案例。 1.2 对于测试活动与对应的开发流程对应 A sample：对于零部件供应商来说，需要进行功能测试，比如BMS的采样精度，控制策略，SOC算法等等的验证。也有供应商会利用A样的产品进行DV的摸底试验。另外，整车厂还会使用交付的A样件动力电池系统进行基本的实车装配以及通讯联调，简单启动等测试。 B sample：对于零部件供应商来说，需要进行DV测试、设计整改等等。另外，整车厂还会使用交付的B 样件动力电池系统进行实车标定、匹配、路测等。 C sample：在经过B阶段的设计整改后，电池包的基本结构、工装夹具均已定型。此时，随着生产线的建立，C样件动力电池系统出现并适用于PV测试。 1.3 责成划分 A sample：一般由公司（SW）TE主导进行，工作内容偏研发方向，如精度验证、控制策略及算法调试等，需要熟悉动力电池系统及软硬件设计的人员充分介入。 B sample：主要由公司TE主导进行，工作内容大多为型式试验。技能需求上不仅需要对BMS软硬件设计上有一定的理解，还得扩展到其它如电芯特性、材料力学等。 C sample: 一般则由公司的QE主导进行，测试项目一般是DV内容的子集。 1.4 测试依据
广东文理职业学院刘鹏2018－2019学年度第一学期 期末考试试题（A卷） (考试时间: 90 分钟) 考试科目动力电池及管理适用班级：新能源汽车一班 一、单项选择题（每小题2分，共计30分） （题目正文：宋体，五号，行距20磅） 1. 燃料电池采用的燃料是（）。 A.汽油； B.柴油； C.乙醇； D.氢气 2.燃料电池汽车的效率能达到以上（）。 A.30%； B.40%； C.50%； D. 60% 3.在最适合汽车使用的燃料电池（）。 A.质子交换膜燃料电池； B.磷酸燃料电池； C.熔融碳酸盐燃料电池对； D.固态氧化物燃料电池。 4.世界上第一家实现商品化销售的燃料电池汽车生产厂家是（）。 A.丰田； B.通用； C.奔驰； D.本田。 5.蓄电池组中，标称电压为12V的单体电池端电压压差应小于（）mV。 A.100； B.120； C.150； D.200 6.在25°C下，蓄电池组由32节单体蓄电池组成（单体标称电压为12V），则其浮充电电压应约为（） A. 384V； B. 432V； C. 450V； D. 472V 7.在蓄电池管理系统中，由（）把整流电压变成交流电压。 A.整流器； B.逆变器； C.充电器 8.在蓄电池管理系统中，，由（）把直流电压变成交流电压。 A.整流器； B.逆变器； C.充电器； D.交流调压器 9. 15.2020年中国电池制造的能量密度要达到（）。 A. 300wh/kg；A. 400wh/kg；A. 500wh/kg 10.用电流表测量电流，应将电流表和被测电流的电路或负载（）。 A.串联； B.并联； C.怎么连接都可以。 11.用电压表测量电压，应将电压表和被测电压的电路或负载（）。 A.串联； B.并联； C.怎么连接都可以。 12.万用表使用完毕后，应将选择开关放在（）。 A.电阻档； B.交流电压最高档； C.直流电流档。 13.三相桥式整流电路，在交流电的一个周期内，每个整流元件的导通角为（）。 A. 180度； B. 120度； C. 60度 14.单相整流电路中，二极承受的反向电压的最大值出现在二极管（）。 A.截止时； B.由截止转导通时； C.导通时； D.由导通转截止时 15.燃料电池汽车的效率能达到以上（）。 A. 30%； B. 40%； C. 50%； D. 60%。 系 别 ： 专 业 班 别 ： 姓 名 ： 学 号 ： … … … … … … ○ … … … 密 … … … ○ … … … … 封 … … ○ … … … … 线 … … ○ … … … … … … ○ … …
微电网能量管理系统概述 一、微电网能量组成 微电网是近年来出现的一种新型能源网络化供应与管理技术的简称，它能够利地将可再生能源和清洁能源系统的接入，实现需求侧管理以及现有能源的最大化利用。微电网将发电子系统、储能系统及负荷相结合,通过相关控制装置间的配合,可以同时向用户提供电能和热能,并能够适时有效地支撑大电网,起到消峰填谷的作用。所以微电网概念一经提出,就引起世界能源专家和电力工业界的广泛重视,世界很多国家都加强了相关基础科学研究的力度,对微电网的认识随着研究的进行在不断地具体化、深入化和系统化。而微电网对于解决我国现有大电网运行中凸显的问题,以及能源危机等相关问题,无疑是提供了一个好的解决途径。 1.1风能 风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量。空气流具有的动能称风能。空气流速越高，动能越大。人们可以用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机，以产生电力，方法是透过传动轴，将转子（由以空气动力推动的扇叶组成）的旋转动力传送至发电机。到2008年为止，全世界以风力产生的电力约有94.1 百万千瓦，供应的电力已超过全世界用量的1%。风能虽然对大多数国家而言还不是主要的能源，但在1999年到2005年之间已经成长了四倍以上。 风能优点： 1.风能为洁净的能量来源。 2.风力发电是可再生能源，很环保。 3.风能设施多为不立体化设施，可保护陆地和生态。 4.风能设施日趋进步，大量生产降低成本，在适当地点，风力发电成本已 低于发电机。
1.风力发电需要大量土地兴建风力发电场，才可以生产比较多的能源。 2.进行风力发电时，风力发电机会发出庞大的噪音，所以要找一些空旷的 地方来兴建。 3.在一些地区、风力发电的经济性不足：许多地区的风力有间歇性，更糟 糕的情况是如台湾等地在电力需求较高的夏季及白日、是风力较少的时 间；必须等待压缩空气等储能技术发展。 1.2光伏 光伏是太阳能光伏发电系统的简称。是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。 光伏能量的来源由光伏板组件，它是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。 光伏优点： 1.普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或 岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。 2.无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污 染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。 3.巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总 量属现今世界上可以开发的最大能源。 4.长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年， 而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是 用之不竭的。
电池热管理 电池热管理概述 电池热管理系统 (Battery Thermal Management System, BTMS)是电池管理系统（Battery Management System, BMS）的主要功能（电池参数监测、电池状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、热管理等）之一，通过导热介质、测控单元以及温控设备构成闭环调节系统，使动力电池工作在合适的温度范围之内，以维持其最佳的使用状态，用以保证电池系统的性能和寿命。 电池热管理重要性 电池的热相关问题是决定其使用性能、安全性、寿命及使用成本的关键因素。 1)电池能量与功率性能：温度较低时，电池的可用容量将迅速发生衰减，在过低温度 下（如低于0°C）对电池进行充电，则可能引发瞬间的电压过充现象，造成内部短路。 2)电池的安全性：生产制造环节的缺陷或使用过程中的不当操作等可能造成电池局部 过热，并进而引起连锁放热反应，最终造成冒烟、起火甚至爆炸等严重的热失控事件。 3)电池使用寿命：电池的适宜温度约在10~30°C之间，过高或过低的温度都将引起 电池寿命的较快衰减。动力电池的大型化使得其表面积与体积之比相对减小，电池内部热量不易散出，更可能出现内部温度不均、局部温升过高等问题，从而进一步加速电池衰减，缩短电池寿命。 电池热管理系统是应对电池的热相关问题，主要功能包括： 1)散热：在电池温度较高时进行有效散热，防止产生热失控事故； 2)预热：在电池温度较低时进行预热，提升电池温度，确保低温下的充电、放电性 能和安全性；
3)温度均衡：减小电池组内的温度差异，抑制局部热区的形成，防止高温位置处电 池过快衰减，以提高电池组整体寿命。 电池热管理方案 电池热管理方案主要分为风冷与液冷两大类，主要侧重于防止电池过热方面： 1.风冷 该技术利用自然风或风机，在电池包一端加装散热风扇，另一端留出通风孔，使空气在电芯的缝隙间加速流动，带走电芯工作时产生的高热量。风冷方案设计主要考虑电池系统结构的设计，风道，风扇的位置及功率的选择，风扇的控制策略等。风冷是以低温空气为介质，利用热的对流，降低电池温度的一种散热方式，分为自然冷却和强制冷却(利用风机等)。 整车中的电池风冷流道
电池管理系统b m s的测 试 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
如何仿真电池特性进行电池管理系统（BMS）的测试？——之一 不间断电源(UPS)、混合动力电动汽车(HEV)、绿色能源系统（太阳能、风能等）以及各种大功率电池供电系统，都离不开可再生的电能储蓄和释放单元，也就是我们通常说的可充电电池。以锂电池为例，电池必须配合相应的充放电管理系统（BMS）才能保证正常的工作特性和安全，如何仿真电池的特性以进行BMS性能的评估，往往变得非常的困难和复杂。特别是这些系统的功率往往在上百瓦甚至上千瓦，在进行研发和生产过程中的测试时，就需要有更大功率的电源和负载，为BMS提供功率输入，并且吸收它们释放出来的能量。对于测试工程师来说，这是一项极其艰巨的挑战。 最常用的方法，是使用单独的电源供电，再使用负载吸收被测件释放的能量。但是这种方法存在很大的缺陷。主要问题是，这种方法无法实现电源和负载功能的连续转换，与系统实际工作条件大相径庭;而且，必须在系统中使用大功率的开关、继电器等，系统非常复杂，可靠性和可重复性往往无法达到要求。因此，只有将电源输出和功率吸收的功能完全集成到单一仪器或系统中，而且可以实现源与负载功能的无缝转换，才能克服这些缺陷。 接下来我给大家分析和比较三种电池管理系统BMS测试电池仿真的方案！ 方案一、使用直流电源和电子负的方法，电源或负载单独工作 工程师往往使用单独的直流电源提供所需的功率，配合电子负载吸收被测件的输出功率，用于其双向再生能源系统和器件的测试。单独而言，直流电源可连续地输出功率，而电子负载可以连续地吸收，并且都有出色的直流精度、稳定性和快速的动态响应，无论被测件是什么。在测试过程中，这种性能是必
动力电池热管理系统性能试验方法 1 范围 本标准规定了动力电池热管理系统性能的试验方法。 本标准适用于乘用车用动力电池热管理系统，商用车用动力电池热管理系统可以参考。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 2900.41-2008 电工术语原电池和蓄电池 GB/T 19596-2017 电动汽车术语（ISO 8713:2002,NEQ） GB/T 31467.2电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第2部分：高能量应用测试规程QC/T 468-2010 汽车散热器 GB/T 18386-2017 电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法 GB 18352.6-2016 轻型汽车污染物排放限制及测量方法（中国第六阶段） 3 术语和定义 GB/T 2900.41-2008、GB/T 19596-2017中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 动力电池热管理系统 battery thermal management system 综合运用各种技术手段，具备动力电池冷却、加热、保温和均温等功能，保证动力电池在不同环境下正常工作的系统。同时，该系统可以在动力电池发生热失控时提供报警信号，具备安全防护功能。通常，动力电池热管理系统包括主动式热管理系统和被动式热管理系统两种。 3.2 被动式热管理系统 passive thermal management systems 基于热传导、热辐射、热对流等热量传输原理，只依靠冷却或加热流体因为温度因素缓慢流动自然完成热量输入输出交换的热管理系统。该类系统通常适用于单体产热量小于 5W的电池。 3.3 主动式热管理系统 active thermal management systems 基于热传导、热辐射、热对流等热量传输原理，使用耗能部件消耗能量完成热量输入输出交换的系统。主动式热管理系统包括主动空气冷却加热系统和主动液体冷却加热系统两种，根据需要采用流体串行流动和并行流动两种方式实现热交换。 3.4 主动式空气冷却加热系统 Active Air Cooling and Heating Systems 又称风冷系统，利用空气作为热量交换载体控制分配动力电池系统内部温度的系统。该系统通常使用风扇和管道完成空气在电池系统内的流动，分为直接接触式和间接接触式两种。空气可以从电池系统外部进入并排出电池系统外，也可以在电池系统内部循环实现电池冷却或加热功能；若空气仅在电池内部循环，则电池系统内部通常需要有空气冷却装置（通常为空调蒸发器）、空气加热装置和空气循环风扇。该类系统通常适用于单体产热量
电动汽车中的电池能量管理系统 一、前言 电动汽车的应用有效地解决了能源和环境可持续发展的问题。电动汽车的应用前景广阔。但电动汽车尤其纯电动汽车的应用遇到了动力电池的难题，电池的问题体现在两个方面。其一是动力电池比能量不高，影响电动汽车续驶里程的要求，价格太高直接影响电动汽车的初始成本；其二是电池的性能差，使用寿命低影响电动汽车的使用成本。 电动汽车用的电池使用中其性能发挥得如何，除与电池模块自身性能有关外，与其应用的电池能量管理系统的功能有着密切的关系，尤其是电池模块质量不太理想的条件下，应用功能完备的电池能量管理系统其作用就更加突出。借助电池能量管理系统的正常工作会使电池模块的性能得以充分发挥，减少电池模块故障，延长电池模块的使用寿命，增加电动汽车的使用安全感。因此，电动汽车电池能量管理系统的应用备受电动汽车设计者和使用者的重视。 二、电动汽车电池能量管理系统的功能 电动汽车，尤其是纯电动汽车中的电池能量管理系统是该车的一种相当重要的技术措施，可以称为电动汽车电池的“保护神”，它起到了对电池性能的保护、防止个别电池的早期损坏、有利于电动汽车的运行，并具有各种警告功能等[1]。由于它参加电池箱内电池模块的监控工作使电动汽车的运行、充电等功能与电池的有关参数（电流、电压、内阻、容量）紧密相连和协调工作。它有计算，发出指令、执行指令和提出警告的功能。各种电池模块虽然有结构和性能上的差异，但它们都具备一些相同或相似的功能。典型的电池能量管理系统应具备如下功能： 2.1 对能量的检测功能 电动汽车在行车过程中，该系统能随时对车辆的能耗进行计算，最终给出该电池箱内电池模块剩余的电池能量值，并通过剩余能量计将数据显示出来，使驾驶人员知道车辆的续驶里程,以便决定如何行驶.在能量允许的条件下使车辆行驶到具有充电功能的地方，补充电量防止半路抛锚。 2.2 对电池工作状态的监测与控制功能 电池能量管理系统按电池箱内安装的传感器提供的信号对电池进行管理。一般情况下，电池箱内有温度传感器及电压、电流和内阻的测量值。由于温度的变化对其他参数都有影响，所以一般都以电池模块的温度来做为控制的指令信号，将测得的温度值与事先设定的温度值进行比较，决定对电池冷却与否。 电动汽车能源是很宝贵的，应尽量采用节能元件，所以电池箱内的冷却风扇一般都是采用分级参与工作。这样能做到在保证电池性能的条件下尽量使用小排量的风扇。当第一级风扇工
第二章 02 动力蓄电池及管理系统
一、动力电池主要性能指标 1．电压 （1）端电压。 （2）标称电压。 （3）开路电压。 （4）工作电压。 （5）充电终止电压。 （6）放电终止电压。
一、动力电池主要性能指标 2．容量 （1）额定容量。 （2）n小时率容量。 （3）理论容量。 （4）实际容量。 （5）荷电状态。 3．内阻 电池的内阻是指电流流过电池内部时所受到的阻力，一般是蓄电池中电解质、正负极群、隔板等电阻的总和。电池内阻越大，电池自身消耗掉的能量越多，电池的使用效率越低。
一、动力电池主要性能指标 4．能量 （1）总能量。 （2）理论能量。 （3）实际能量。 （4）比能量。 （5）能量密度。 （6）充电能量。 5．功率 （1）比功率 （2）功率密度
一、动力电池主要性能指标 6．输出效率 （1）容量效率。 （2）能量效率。 7．自放电率 自放电率是指电池在存放期间容量的下降率，即电池无负荷时自身放电使容量损失的速度，它表示蓄电池搁置后容量变化的特性。 8．放电倍率 电池放电电流的大小常用“放电倍率”表示，即电池的放电倍率用放电时间表示或者说以一定的放电电流放完额定容量所需的小时数来表示，由此可见，放电时间越短，即放电倍率越高，则放电电流越大。
9．使用寿命 一、动力电池主要性能指标 电池类型质量能量密度 （W·h/kg）质量功率密度 （W/kg） 能量效率 （%） 循环寿命 （次） 铅酸电池35～50150～40080500～1000镍镉电池30～50100～150751000～2000镍氢电池60～80200～400701000～1500锂离子电池100～200200～350>901500～3000
动力电池管理系统(BMS)的核心技术 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 什么是BMS的核心技术? BMS系统通常包括检测模块与运算控制模块。 检测是指测量电芯的电压、电流和温度以及电池组的电压，然后将这些信号传给运算模块进行处理发出指令。所以运算控制模块是BMS的大脑。控制模块一般包括硬件、基础软件、运行时环境(RTE)和应用软件。其中最核心的部分——应用软件。对于用Simulink 开发的环境的一般分为两部分：电池状态的估算算法和故障诊断以及保护。
状态估算包括SOC(State Of Charge)、SOP(State Of Power)、SOH(Stateof Health)以及均衡和热管理。 电池状态估算通常是估算SOC、SOP和SOH。SOC (荷电状态)简单的说就是电池还剩下多少电;SOC 是BMS中最重要的参数，因为其他一切都是以SOC为基础的，所以它的精度和鲁棒性(也叫纠错能力)极其重要。如果没有精确的SOC，加再多的保护功能也无法使BMS正常工作，因为电池会经常处于被保护状态，更无法延长电池的寿命。此外，SOC的估算精度也是十分重要的。精度越高，对于相同容量的电池，可以有更高的续航里程。所以，高精度的SOC估算可以有效地降低所需要的电池成本。比如克莱斯勒的菲亚特500e BEV，可以一直放电SOC=5%。成为当时续航里程最长的电动车。下图是一个算法鲁棒性的例子。电池是磷酸铁锂电池。它的SOCvs OCV曲线在SOC从70%到95%区间大约只变化2-3mV。而电压传感器的测量误差就有3-4mV。在这种情况下，我们有意让初始SOC有20%的误差，看看算法能不能够把这20%的误差纠正过来。如果没有纠错功能，SOC会按照SOCI的曲线走。算法输出的SOC是CombinedSOC也即是图中的蓝色实线。CalculatedSOC是根据最后的验证结果反推回去的真正SOC。 SOP是下一时刻比如下一个2秒、10秒、30秒以及持续的大电流的时候电池能够提供的最大的放电和被充电的功率。当然，这里面还应该考虑到持续的大电流对保险丝的影响。 SOP的精确估算可以最大限度地提高电池的利用效率。比如在刹车时可以尽量多的吸收回馈的能量而不伤害电池。在加速时可以提供更大的功率获得更大的加速度而不伤害电池。同时也可以保证车在行驶过程中不会因为欠压或者过流保护而失去动力即使