电动汽车的电池组具有高能量密度的特点，为保护电池组的使用安全，需要添加电池包管理系统模块（BMS），有效预防过充过放的情况。不仅如此，在车辆运行的过程中，要对剩余电量进行精准评估，建立明确的评估指标，以此维护电池安全，同时避免过充过放的情况。为发挥BMS的作用，应该在软件调试平台、控制器、电池管理芯片的基础上，增添均衡功能，有效均衡串联子单元电池，使电池一致性得到提升，从而提升续航里程，确保充放电安全。
电动汽车电池包主动均衡设计概述
BMS采用两种技术：一种是嵌入式控制技术；另一种是电池技术。将两种技术结合在一起，构建完善地保护装置。在锂电池电动汽车中，BMS设计是十分重要的一项内容。在管理系统中，电池信息采集部分为核心电路，发挥着十分重要的作用[1]。目前来看，市场上普遍采用高度集成化凌特结构，占据所有架构类型的60%以上。国内距威、亿能等生产厂家，都采用凌特架构，但凌特并不是唯一生产高度集成化专业电池管理芯片的企业，还有美信、达拉斯等企业，都会生产该管理芯片，但性能相对薄弱，在市场上占据乙烯之地，普遍在民用储能、低速电动车中应用。除了高度集成的专业芯片，还有一些厂家会使用模拟电路，也可以满足电池信息采集需求。模拟电路具有很强的通用性，输入电压允许范围比较宽泛，可以与各类材料的电池匹配，国内包括科列等生产厂家。
不仅如此，电池均衡十分重要，大容量电池组需要多个单体电池编组，电池总量并不一致，进而导致木桶效应，容易引发过充过放的情况，电池组容量只能将最低电量电池作为标准，难以将最高性能发挥出来。所以需要采用均衡技术，该技术可以从时间节点划分，分为主动和被动两种。也可以根据保护能量划分，分为耗散性和非耗散性两种。被动均衡的均衡时间为充电末期，均衡效果并不明显；主动均衡则采用电量计算的方式，提前掌握均衡需求，可以随时进行均衡处理，应用效果较好，但对电池电量评估精度的要求较高，如果精度不足，则应用效果会大幅下降。耗散性均衡就是将电池多余电量转化为热，通过消耗热的方式将电量放掉；非耗散性均衡则是将电量较高的电池中的电转移给低电量电池。根据应用原理，非耗散性的节能效果更好，在充放电各个阶段都可以进行平衡。耗散性均衡只能在充电阶段实施，因为这是一种发热型均衡手段，所以电流通常较小。非耗散性不会出现发热的情况，所以电流相对较大[2]。但耗散性均衡更加可靠，如果电路发生故障，非耗散性可能造成电路整体损坏。可见，二者各有优劣，所以两种模式都在市场中推广使用。
BMS具有剩余电量SOC%评估功能，这是一项十分关键的功能。电池处于静态环境的情况下，使用开路电压法评估剩余电量。因为处于静态环境，所以电池电压可以准确对应剩余电量。在运行的状态下，电流可以采用安时积分法进行测量，但在这个过程中，会出现累计误差，通常与采集频率和速度有关。
电动汽车电池包主动均衡设计与热管理技术应用
总体方案
在实际设计的过程中，需要先明确总体设计方案。通过改良电路，采用库仑计芯片对原本的adc采样进行替代，使MCU任务量大幅降低，采集频率同步提升。试验表明，充放电深度如果控制在安全范围内，则整体提升了10%。失眠现有的BMS电量评估缺乏准确性，所以缓冲带设置比较宽，通常在保障安全的基础上，还要按照20%进行增添。如果想要降低缓冲带，则需要提升测量精度。将凌特电源管理结构作为参考依据，以此为基础进行应用改进，使监控精度得到提升。强化该芯片的环境适应能力，同时对输入输出控制电路进行优化，使其具有更高的可靠性，有效降低无功损耗[3]。采用ARM7架构的MCU，使代码具有更强的可移植性，同时促进处理速度的提升，使开发与修改周期都大幅缩短，成本会随之下降。输入输出控制方式增多，使产品可以在多种类型的电池中通用。不仅如此，将车联网设计理念作为基础，采取远程监控技术，实现远程调试与协助。可以构建大数据库，将原本单机限制消除。
功能模块
设计电流计模块电路，该电路可以在充放电过程中对输入、输出电流进行测量，对剩余电量采用安时法进行评估，并且对电流方向进行判断。电路采用LTC4150CMS库仑计芯片，其具有较强的功能性。可以通过分流器电流安时积分的方式对电量进行累加，在累加到某个数量后，电量会产生脉冲，自动清零电量计数器。在电池充放电过程中，MCU累加脉冲数量即可对电池出入电量进行准确计算。MCU计算脉冲频率后可以以此为基础计算当前电流大小。与传统ADC直接采集分流器对比，其具有更高的采集精度，可以更加精准地评估剩余电量，同时也能简化系统，整体得到了极大的优化。采用CF+和CF-连接非极性电容器，对电容器尺寸进行调整，使芯片累计功率造成的中断上限发生改变。
官方对电路进行测试，芯片最多可以对6块电池供电情况进行测量。因为其最高电压不超过6个电池电压总和，超过这个电压后，芯片会烧毁。在悬挂电源设计中，采用该芯片，如果电池总负极定义为绝对零度势能，采用0v单片机接地，6个电池电量计芯片，则芯片应用之后，可以满足电压需求。但是电量级芯片接地和单片机的电池样机潜力不同，与N电池电压差不同，二者之间无法直接连接。单片机之间需要采用nw1-05s05b实现通信，满足库伦芯片光耦合器隔离通信的需求，解决库伦芯片电压受限的问题，使更多电池组应用需求得到满足。
国内很多厂家采用飞思卡尔的MCU，并不仅仅因为该单片机具有较高的性能，同时也是因为ARM32位单片机退出前，该单片机的速度最快。BMS较早起步，所以在产生初期，飞思卡尔一直占据主要地位，虽然后期推出32位单片机，但受到代码移植性问题的影响，国内没有及时迭代。不仅如此，如果更换迭代，则制造商相互模仿、借鉴的情况受到影响。然而，国外很多BMS已经采用32位MCU，与16位相比，其具有更加明显的应用优势。
充放电控制方面，可以采用MOS管放电控制电路，可以对100A以内电池放电进行有效控制。在保护板充电电流不超过60A的情况下，使用板载MOS管，对电池充电开关进行控制；MOS管控制具有低耗、响应速度快、寿命长等优势特点。
结语：
综上所述，在电动汽车发展的过程中，需要不断优化电池相关技术。在BMS设计方面，国外普遍采用主动均衡技术上。国内包括亿能、科列等公司可以提供BMS系统，采用国外均衡芯片，结合需求设计均衡电路，目前依旧普遍采用被动均衡技术，个别型号采用主动均衡技术。
参考文献：
[1]赵子翔. 电动汽车电池组解耦型模块化主动均衡系统的研究[D].西南交通大学,2021.
[2]庞晓文. 被动式电池热管理系统结构优化与主动均衡策略研究[D].中国矿业大学,2021.
[3]赵战滑,邴业军,郑晓梅等. 纯电动汽车电池包热管理及灭火装置设计[C]//河南省汽车工程学会.第十七届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集.[出版者不详],2020:363-364.
