新能源汽車電池管理系統(tǒng)中的“水桶效應(yīng)”分析

[摘 要]本文主要分析了新能源汽車電池管理系統(tǒng)中的“水桶效應(yīng)”，重點(diǎn)闡述了電池管理系統(tǒng)原理、新能源汽車電池管理系統(tǒng)的主要功能和類型，以及相應(yīng)的水桶效應(yīng)。

[關(guān)鍵詞]新能源汽車；電池管理系統(tǒng)；“水桶效應(yīng)”

中圖分類號：TM912 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）06-0351-01

前言

水桶效應(yīng)實(shí)際上就是說盛滿水的水桶，需要具備無損并且平齊的木板，如果水桶中有一個木板出現(xiàn)破損，就不能盛滿水。因此，決定水桶盛多少水的不是最長的木板，是最短的木板。通過很多串聯(lián)和并聯(lián)的電芯構(gòu)成電動汽車電池系統(tǒng)，此時會形成水桶效應(yīng)，失靈電芯會破壞整個電池系統(tǒng)，嚴(yán)重的會導(dǎo)致出現(xiàn)車輛起火，電池管理系統(tǒng)主要就是用來管理電池組，盡可能避免出現(xiàn)水桶效應(yīng)，保證系統(tǒng)整體安全。

1 電池管理系統(tǒng)的基本原理

電池管理系統(tǒng)（Battery Management System），簡稱BMS。一般情況下電池管理系統(tǒng)都是汽車系統(tǒng)的子系統(tǒng)，可以在新能源汽車中廣泛應(yīng)用，主要作用就是管理以及監(jiān)控動力電池，保證具備最佳工作狀態(tài)的電池，盡可能提高使用電池的壽命，向子系統(tǒng)傳遞相關(guān)電池信息，為進(jìn)一步分析判斷提供依據(jù)，并且還具備一定調(diào)整以及實(shí)時監(jiān)控電池作用，可以同步協(xié)調(diào)眾多平行子系統(tǒng)。車輛實(shí)際運(yùn)行的時候，需要不斷交替應(yīng)用減速和加速，因此，電池管理系統(tǒng)需要及時反饋和接受動態(tài)信息，適當(dāng)調(diào)整管理形式[1]。

2 新能源汽車電池管理系統(tǒng)的主要功能

電池管理系統(tǒng)雖然具備相對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，但是新能源汽車電池管理系統(tǒng)還是相對簡單的，可以從以下方面分析：

第一，對電池內(nèi)部單體電芯的實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)測，平衡電池電芯整體性能，確保在額定范圍內(nèi)的電池芯，如果透支電芯，需要盡可能保證電池組整體性能，為電池充電提供合理的接入形式[2]。

第二，系統(tǒng)失去聯(lián)系或者失控的時候，需要一定故障保護(hù)，緊急情況下隔離電池，如火災(zāi)、過載等，如果電池電芯失效的時候，需要可以提供相應(yīng)應(yīng)急行使模式。

第三，對電池溫度進(jìn)行監(jiān)控，調(diào)整保濕器和散熱器的運(yùn)行狀態(tài)，確保能夠具備最佳溫度電池運(yùn)行狀態(tài)。

第四，可以對電池提供最好的充電流程，并且適當(dāng)調(diào)整沖放電比例，避免回收動能的過程中出現(xiàn)過度充電問題。

第五，為車主以及系統(tǒng)提供相應(yīng)的健康程度信息和充電程度信息，對電池余量能夠提供行使路程的計算。

第六，對車輛行使情況能夠進(jìn)行適應(yīng)，合理調(diào)整管理電池的方式。

第七，記錄電池實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)，并且對使用歷史進(jìn)行合理記錄。

第八，執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)布的命令和信息。

第九，車輛行使之前為了能夠預(yù)留足夠量的負(fù)載測試阻抗，可以通過分階段充電方式來達(dá)到避免涌流現(xiàn)象出現(xiàn)[3]。

實(shí)際執(zhí)行的時候，能夠具備做種電池管理功能的新能源汽車管理電池系統(tǒng)，最重要就是是否符合設(shè)計需求，現(xiàn)階段，國內(nèi)外具備很大差異的生產(chǎn)水平，但是最根本方向就是克服水桶效應(yīng)。

3 新能源汽車電池管理系統(tǒng)的基本類型

現(xiàn)階段，具備以下幾種形式新能源汽車電池管理系統(tǒng)基本類型，分配式、中心式、模塊式，以下主要分析了上述類型電池管理系統(tǒng)基本特點(diǎn)和情況。

3.1分配式

分配式（Distributed）電池管理系統(tǒng)應(yīng)該可以連接電芯放電平衡裝置和電壓監(jiān)控，此外還應(yīng)該擁有切斷數(shù)字通訊功能和充電器狀態(tài)，在設(shè)計過程中具備簡單可靠的設(shè)計優(yōu)勢，但是存在數(shù)量大、比較小單體電芯體積等缺陷，在安裝電路板電池電芯的時候就變得十分困難。

3.2模塊式

模塊式（Modular）電池管理系統(tǒng)主要構(gòu)成就是一個主控制器和多個分控制器系統(tǒng)，主控制器能夠獲得分控制器的信息數(shù)據(jù)，從而達(dá)到管理電池組的目的，在設(shè)計過程中并不需要在所有電池電芯上都安裝相應(yīng)電路板，但是設(shè)計電動車電池管理系統(tǒng)的時候，設(shè)計主從控制形式的時候會遇到一定通訊技術(shù)挑戰(zhàn)[4]。

3.3中心式

中心式（Centralized）電池管理系統(tǒng)中所有電芯都被共同中心控制器進(jìn)行監(jiān)控，安裝控制器的時候十分簡單方便，相比較其他類型車輛通訊系統(tǒng)來說，也相對方便，但是在設(shè)計的時候，不能合理規(guī)范電動汽車電池組實(shí)際形態(tài)，如，沃蘭達(dá)T型電池，因此，想要通過中心式來有效控制電池所有走線是比較困難的。

4 新能源汽車電池系統(tǒng)與“水桶效應(yīng)”

現(xiàn)階段，已經(jīng)存在兩種設(shè)計電動汽車的主要形式，模塊式和分配式，設(shè)計根本依據(jù)就是電芯實(shí)際大小。目前，國際上主要應(yīng)用兩種電芯，就是特斯拉（Tesla）經(jīng)常應(yīng)用在筆記本電腦中的18650電芯和韓國經(jīng)常應(yīng)用的60Ah方形電芯。實(shí)際應(yīng)用后者電芯構(gòu)成的電池管理系統(tǒng)的過程中，一般需要80左右個管理電池數(shù)量，因此，設(shè)計過程中適合應(yīng)用分配式形式，但是因?yàn)榫邆錅夭畋容^大的電池內(nèi)外溫度、比較大的電芯單體容量，并且出現(xiàn)異常情況的時候會出現(xiàn)比較大的能量，如起火、爆炸等，因此，需要十分嚴(yán)格的要求控制電池組整體溫度，避免出現(xiàn)與杭州動車組類似的汽車自燃事故。特斯卡主要應(yīng)用能量比較小的18650電芯，如果出現(xiàn)爆炸，也沒有很大威力，因此，包裝合理就能夠確保電池組整體安全，因?yàn)榫邆浔容^小能量，就需要很龐大數(shù)量的18650電芯，這種電芯主要就是用在筆記本電腦中，存在相對比較小的體積。利用8000多個18650電芯來構(gòu)成特斯拉敞篷電動爬車，安裝中應(yīng)用分配式電路板需要十分龐大的數(shù)量，但是如果應(yīng)用中心形式也具備很大數(shù)量走線[5]。

電池管理系統(tǒng)如果具備十分優(yōu)秀的功能，會最大程度保證電芯放電程度，充電過程中能夠避免電芯充電過量，沃蘭達(dá)現(xiàn)階段也僅僅只是具備50%的電池放電比例，也可以僅僅應(yīng)用電池組一半電量，就不會繼續(xù)進(jìn)行放電了，主要就是由于處于臨界狀態(tài)的電芯，如果是符合實(shí)際情況的放電比例，也就是說在行使的過程中，沃蘭達(dá)中半個電池是沒有用的，驗(yàn)證了最短板的水桶效應(yīng)，會降低使用整體車輛的效率，成為車輛行使的包袱。過量對鋰電池進(jìn)行充電，會形成十分嚴(yán)重的后果，因此，電池管理系統(tǒng)中最重要保護(hù)電池方式就是避免過量充電，也就說在電池充滿的過程中，其實(shí)存在不是十分滿的電量，只是一種假象，車輛行使過程中如果下坡或者剎車的時候，能夠最大程度獲得能量，以及達(dá)到節(jié)能的目的[6]。

結(jié)語

綜上所述，電池管理系統(tǒng)基本作用就是管理工作溫度和充放電，新型電池管理系統(tǒng)中已經(jīng)主要出現(xiàn)動態(tài)平衡功能，靜態(tài)平衡功能，附加功能等，依據(jù)電池組功率、車輛型號、電芯、電壓實(shí)際需求來合理選擇以及設(shè)計電池管理系統(tǒng)功能，具備千變?nèi)f化的設(shè)計基本條件，因此，在設(shè)計新能源汽車電池管理系統(tǒng)的時候會存在多種多樣的方式，但是不管方式怎樣變化，在實(shí)際設(shè)計的過程中，都應(yīng)該充分重視新能源汽車電池管理系統(tǒng)中的“水桶效應(yīng)”。

參考文獻(xiàn)

[1] 辛迪嘉.新能源汽車電池管理系統(tǒng)中的“水桶效應(yīng)”[J].電器工業(yè)，2011，（6）：57-59.

[2] 阮嫻靜.新能源汽車研發(fā)創(chuàng)新項(xiàng)目與整車發(fā)展的關(guān)聯(lián)效應(yīng)——對DF電動車輛公司的實(shí)證分析[J].科技進(jìn)步與對策，2012，29（16）：60-63.

[3] 盧健，陳學(xué)廣.面向新能源汽車制造商的多目標(biāo)決策模型研究[J].計算機(jī)仿真，2014，31（4）：166-169.

作者簡介

鐘玉靈（1989年9月-），男，漢族，廣東梅州人，本科。單位：廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，郵編510510，從事新能源汽車研究。