HEV / EV电池管理系统简单解释

如图1所示，用于电动车辆（EV）的非常基本的传动系统包括三个系统块。

电池组是一系列电池（通常是全汽车电动车中的锂离子[锂离子]电池），可产生高达数百伏的电压。EV的系统需求将定义电压。

系统的下一部分是逆变器。电动汽车使用交流牵引电动机，因为它们提供完全停止的有效加速，并且也非常可靠。来自电池组的电压是DC的形式; 通过逆变器将其转换为AC（通常为三相）。与电压一样，相数取决于系统的需要和所用电机的类型，但通常有三个阶段。

电动机通常是感应电动机，需要交流电压。这些类型的电动机在电动汽车中很常见，因为它们易于驱动，可靠且具有成本效益。电动机包括缠绕在称为定子的外部部分上的三个线圈。内部部分通常是由称为转子的铜或铝杆制成的保持架。 

图1：EV传动链的简单流程 - BMS进入变频器，然后进入3相交流电机

在这篇博客中，我将讨论与电池组和管理充电状态相关的注意事项。由于电池组由多个串联的电池组成，因此其有效的可用性基于最弱的电池单元。由于制造过程中发生的不同化学不平衡，包装中的位置（加热变化）以及与使用或寿命相关的变化，电池电荷不同。

电池电压之间的差异表示系统级别的不平衡电池。差异的原因至今仍在研究中。了解这一点是一个重要的目标，因为它会影响电池组在功率输出方面的持续时间，以及每个电池的使用寿命和电池组的使用寿命。

要考虑的最重要的参数之一是充电状态。这是单个细胞中包含的不同电荷量。以百分比测量细胞之间的不平衡量。因此，如果一个电池具有94％的充电状态而另一个具有88％的充电状态，则存在6％的不平衡。每个电池还将具有称为开路电压（OCV）的不同电压，其为化学充电状态。

电池组的挑战在于，在汲取电流时，并非每个电池都会以相同的速率失去电荷。因此，即使电池串联连接，放电速率也会以不同的速率发生。因为一些细胞比其他细胞下沉，它们回收和吸收电荷量的能力将随着时间而改变。其他条件（包括温度）会加速这一循环。正如我之前提到的，一些电池可能只是靠近冷却元件的位置或位置而在电池组中更热。

电池故障的主要原因是电池完全坍塌，这将影响电池电压，因为电池基本上只是降低电压的电阻。防止这种情况的一种方法是通过电池平衡，这是管理如何使每个电池充满电的过程。有几种技术可以实现电池平衡; 最简单的方法是将电阻器和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）与每个电池并联，通过一个监视电压的比较器监测电池两端的电压，并使用简单的算法打开MOSFET旁路细胞。这种方法的缺点是旁路会浪费能量。

另一种技术称为电荷改组，它不使用电阻器，并且在电池之间仅连接电容器。这种技术不会在旁路中浪费能量，但它更复杂，因为您需要在单元之间连接更宽的距离，而不是单独绕过每个单元。

EV中使用的技术通常是感应充电，其中变压器连接不平衡的电池，因为它是更高功率的系统。威廉希尔官方网站 设计趋于非常大，这需要设计中更大的面积以适应实现该解决方案所需的威廉希尔官方网站 量。

所有这些平衡都基于对单个细胞特征和化学的广泛研究，以电子表格和使用MATLAB等工具运行它们的数学公式表示。微处理器通过确保所有平衡正确执行，在系统中起着重要作用。为了给微处理器供电，系统从DC / DC转换器供电，DC / DC转换器直接连接到电池组，并根据系统设计提供48V或12V输出。德州仪器有两个可以为微处理器供电的设备; 两者都能够承受瞬态性能以及宽电压范围的恶劣条件。

的LM5165-Q1是3V至65V，超低IQ同步降压转换器以高效率在较宽的输入电压和负载电流范围。该器件集成了高端和低端功率MOSFET，可在3.3V或5V的固定输出电压或可调输出下提供高达150mA的输出电流。该转换器旨在简化实施，同时提供优化电池管理系统等应用性能的选项。该器件工作温度高达150°C Tj，可承受电动汽车的高工作温度范围。

的LM46000-Q1 SIMPLESWITCHER®调节器能够从3.5V至60V的输入电压范围驱动高达负载500mA的电流的同步降压型DC / DC转换器。的LM46000-Q1提供优异的效率，输出精度和压差在一个非常小的尺寸的解决方案，当你需要从系统中高输入电压或更多的电流。

有许多方法可以管理锂离子电池的平衡，但设计的外观取决于许多因素，如成本，尺寸，热量和所需精度。在实施之前，必须在设计策略中考虑所有这些因素。获取有关符合严格汽车和系统要求的TI产品的更多信息，并查看HEV高电池数电池组的系统框图。