電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)（BMS）
電動(dòng)汽車（EV）相對(duì)于內(nèi)燃機(jī)汽車具有許多優(yōu)勢(shì)，包括性能優(yōu)越，能量密度高，污染少，加速性好等。但是電動(dòng)汽車并不完美，其中一個(gè)主要缺點(diǎn)就是需要一種具有特定維護(hù)要求的昂貴電池系統(tǒng)，還有需要較長(zhǎng)的充電時(shí)間。電動(dòng)汽車的關(guān)鍵組件之一是電池管理系統(tǒng)（BMS）。為了滿足不斷增長(zhǎng)的功率和電壓要求，電動(dòng)汽車使用的電池組具有數(shù)百個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)連接的電池單元——這形成了一個(gè)復(fù)雜的電池系統(tǒng)。任何低于理想的電池條件（例如，過電流，過電壓，過度充電或過度放電）都會(huì)導(dǎo)致BMS的損壞和老化。在最壞的情況下，存在著火和爆炸的危險(xiǎn)。由于這些原因，需要BMS提供“安全保護(hù)”以確保適當(dāng)?shù)碾姵匦阅堋?
但是，BMS功能（例如充電和放電過程中的電流和電壓保護(hù)）取決于電池的工作條件（負(fù)載，壽命，溫度等）。這部分是通過電池建模完成的，電池建模提供了虛擬電池的數(shù)學(xué)模型，可以驗(yàn)證BMS是否可以針對(duì)相應(yīng)的電池組正常工作。
1、狀態(tài)監(jiān)視
電池狀態(tài)監(jiān)視對(duì)于優(yōu)化電池的安全性和性能，壽命預(yù)測(cè)和老化診斷是必不可少的，其中電池設(shè)計(jì)，電池性能和環(huán)境條件是影響電池壽命的眾多因素之一。充電狀態(tài)（SoC）電池評(píng)估可提供有關(guān)電池剩余容量（占其總?cè)萘康陌俜直龋┑男畔?。SoC評(píng)估有兩種常用方法：直接評(píng)估和基于模型的評(píng)估。直接估算基于對(duì)電池參數(shù)（電壓和電流）的初步測(cè)量。所使用的兩種計(jì)算方法是基于安培小時(shí)（Ah）和基于開路電壓（OCV）的系統(tǒng)。但是，在為SOC估計(jì)算法調(diào)整Ah方法時(shí)，規(guī)劃初始SoC和測(cè)量精度可能是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的過程。
這種方法高度依賴于測(cè)量的電流，隨著時(shí)間的流逝，累積的誤差會(huì)嚴(yán)重影響SoC估算的準(zhǔn)確性。在現(xiàn)實(shí)世界中確定準(zhǔn)確的初始SoC也具有挑戰(zhàn)性（例如，在電池僅在不足10％到90％的范圍內(nèi)充電的情況下）。另一方面，基于OCV的方法具有很高的估計(jì)精度，已被公認(rèn)為是SoC計(jì)算的一種有效且流行的方法。電池的SoC和OCV之間存在非線性關(guān)系。該過程需要足夠的電池?cái)R置（需要將電池與充電器和負(fù)載斷開連接）。這種方法的主要缺點(diǎn)是安靜時(shí)間。斷開電池充電后，通常需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定性（在低溫情況下可能需要兩個(gè)小時(shí)以上）；其次，OCV-SoC關(guān)系還取決于電池的壽命和溫度。
2、電池溫度
電池溫度是影響電池性能，壽命，性能和安全性的重要因素。熱傳感器適用于測(cè)量電池的外部溫度。 但是，僅此信息是不夠的，因?yàn)殡姵氐膬?nèi)部溫度是正確管理電池的關(guān)鍵參數(shù)。內(nèi)部高溫會(huì)刺激電池老化，并引起安全隱患（例如火災(zāi)）。內(nèi)部電池溫度通常會(huì)比表面溫度發(fā)生明顯變化（在高功率應(yīng)用中最高為12°C）。為內(nèi)部電池溫度評(píng)估提供適當(dāng)?shù)姆椒煞乐闺姵丶铀倮匣?，并支持BMS算法優(yōu)化電池能量放電。
3、電池模型分類
通常，電池模型可分為三種主要類型： 電氣 、熱學(xué) 、耦合模型（BMS設(shè)計(jì)中很少使用其他模型，例如動(dòng)力學(xué)模型）。所述電池電模型涉及電化學(xué)模式，降階模型，相稱電路模型，并且數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型。電化學(xué)模型提供有關(guān)電池電化學(xué)行為的信息。該模型可以非常精確，但是需要進(jìn)行高級(jí)仿真和計(jì)算。結(jié)果，在實(shí)時(shí)應(yīng)用程序中完全采用此模型是一個(gè)挑戰(zhàn)。
因此，將降階電模型生成為簡(jiǎn)化的基于物理的電化學(xué)模型，以確定鋰離子電池的充電狀態(tài)（SoC）。簡(jiǎn)單的降階電模型提供的見解較少，但對(duì)于實(shí)時(shí)電池應(yīng)用很方便。
關(guān)鍵是要監(jiān)視電池溫度，這是成功的BMS的一部分。如果在更高或更低的溫度下操作，電池的性能可能會(huì)下降。通常使用獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)來維持適當(dāng)?shù)碾姵販囟?。例如，特斯拉使用獲得專利的電池組配置和基于板的冷卻系統(tǒng)來散熱并監(jiān)視電池溫度。
電池耦合電熱模型同時(shí)考慮電池的電（電流，電壓，SoC）和熱（表面和內(nèi)部溫度）操作?，F(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)了幾種耦合的電熱模型。例如，一個(gè)3D電熱模型可測(cè)量電池SoC，并計(jì)算連續(xù)電流和動(dòng)態(tài)電流下的熱量產(chǎn)生和分布。該模型包含2D電位傳遞模型和3D溫度分布模型。電池已使用三種正極材料驗(yàn)證了降低的低溫電熱模型。該模型非常適合在低溫條件下實(shí)現(xiàn)快速加熱和最佳充電要求。
