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。电路设计趋于非常大，这需要设计中更大的面积以适应实现该解决方案所需的电路量。

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。