純電動汽車的主要能量來源為動力電池系統，其效能直接影響整車的經濟性、動力性和可靠性。電動汽車與傳統燃油汽車最大的區別是用動力電池作為動力驅動，而作為銜接電池組、整車系統和電機的重要紐帶，電池管理系統(BMS)的重要性不言而喻。完善的 BMS能夠有效提高電池的利用率，防止電池出現過充電和過放電，並且延長電池的使用壽命，監控電池組及各電池單芯的執行狀態，有效預防電池組自燃，實現突發事件預警，為保障安全贏得時間。
筆者在梳理電池管理系統開發過程中的關鍵技術，為動力電池管理系統設計，測試生產提供理論基礎。計劃分為5個篇章來整理電池管理系統的開發中關鍵技術，今天首先聊一下第三篇章動力電池引數資料採集及狀態估計。
圖1 電池管理系統開發過程中的關鍵技術
電池管理系統最基本的核心任務是對動力電池的狀態進行估計判斷，包括預測鋰離子電池SOC、SOH、SOP，從而有效的保護電池安全和延長鋰離子電池使用壽命。鋰離子狀態估計要分基於精確的電池資料採集。動力電池資訊取樣如下：
圖2 動力電池資料採集種類
如圖2鋰離子動力電池資料採集包括基礎資訊取樣，功能擴展采樣，電安全取樣等三大類資訊。
單體電壓採集方法
圖3 單體電壓採集方法
如圖3是單體電壓採集方法，單體電壓採集難點：高共模電壓，高精度要求，高取樣速率要求和高可靠性。單體電壓取樣精度在+/-0.5%，單體電壓取樣+/-2mv，溫度取樣+/-1℃。
常用到的方法隔離運放採集法。
單體溫度採集方法
如圖4 電池溫度採集方法，電池溫度採集方法需要注意以下兩點：
● 高溫區的解析度問題，
● NTC絕緣破壞後對系統的影響。
圖4 電池溫度採集方法
如圖5是目前市面上各個晶片廠提供溫度和電壓採集精度和通道數量。
圖5 各大主流整合器件方案引數對比
電池電流採集方法
如圖6是目前主機廠採用電流採集方法，目前分流器方法應用的較為廣泛。主要原理是透過採集分流器電阻兩端的電壓，透過計算已知阻值，進行電路電流大小的判斷。因此分流器方法會消耗一部分能量，對電池能量存在一定的消耗。由於串聯在主迴路上，需要注意電氣隔離的設計。
圖6 主機廠採用電流採集方法
電池的高壓測量
隨著電動汽車電池組電壓的不斷提升，其總電壓普遍在300V至1000V 之間，控制器的只能透過感測器間接採集。常用的採集總電壓的方法大致分為4種：
● 分壓法
對總電壓進行電阻分壓，降低電壓後利用AD採集電路直接採集，由於電阻直接連入電池組正負極，需要考慮電氣隔離，也由於電阻發熱產生精度以及漂移問題，因此這種方法的取樣精度較低，而且為保證安全必須實現隔離。
● 差分比例電路法
該方法透過差分比例電路對總電壓進行線性縮小並採樣，取樣訊號會由於電路元件的對稱性問題引發共模干擾，影響測量精度。
● 電壓感測器法
該方法採用霍爾式電壓感測器對總電壓進行隔離採集，使用時霍爾電壓感測器透過取樣電阻將電壓訊號轉換為電流訊號，由於取樣迴路中漏電流的存在，同時訊號轉換的精度也對取樣結果有影響。
● 單體電池電壓累加法
BMS 中必須採集每塊電池單體的電壓，利用單體累加方法簡單易行，但是由於每塊單體電壓採集都會存在誤差，在電池電壓的累加後，難免會累計更大誤差。單體電池電壓資料的干擾可以透過選擇更優的採集電路降低，但累加誤差仍然是不能忽視的問題，而且由於電池單體取樣時間問題，獲得總電壓的實時性較差。
▎總結
1.由於電動汽車工況複雜，來自電機、DC/DC 轉換器等大功率裝置的干擾會讓高精度採集電路的設計變得更加困難。因此在考慮成本和效率的情況下，單體電壓溫度和電流電壓的採集方法的單獨使用無法讓 BMS 取得精確的高壓採集資料，因此在設計過程中需要考慮綜合使用。
2.在獲取單體電池資訊狀態之後，需要建立了包含電壓、SOC 和單體峰值電流的多約束條件的多采樣間隔持續峰值功率數學模型，要考慮實現電池狀態SOC/SOP/SOE/SOH的聯合估計。
