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[摘要]动力电池是当前新能源汽车的主要动力源，其关键技术主要包括管理系统、SOC估算以及电池的均衡等，文章主要从这三方面入手，阐述新能源动力电池关键技术的研究现状，供相关工作人员参考。
[关键词]新能源汽车；动力电池；关键技术；现状
中图分类号：C912 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）40-0153-01
引言
现阶段，城市环境污染问题日益突出，为此国家相继出台了多项环境污染治理措施，如汽车限购、单双号限行等。新能源汽车成为应对环境污染问题的有效手段，同时也是最切实可行的应对措施。因此，动力电池的发展在很大程度上决定了新能源汽车的发展前景，对于动力电池的管理引起了越来越多人的关注，也成为了研究的核心部分。
1新能源汽车对动力电池的要求
动力电池是新能源汽车的“心脏”，其与“电机”“电控”一同被称为新能源汽车的三大核心部件。动力电池的性能对整车的经济、动力以及安全性等有至关重要的影响，同时也对新能源汽车行业发展的市场化以及以商业化前景有非常大的影响。新能源汽车在动力性、安全性以及经济性等多个方面提出了要求，具体包括以下几个方面：第一，比能量高，功率密度高。比能量是影响新能源汽车一次满充续航里程的重要因素，携带相同的电量，动力电池自重及所占体积空间越小越好，比能量高有利于提髙电动汽车的有效载荷量。功率密度是影响电动汽车加速性能和爬坡性能的重要因素，为保证新能源汽车前进的动力特性，新能源汽车的电池需要有很高的功率密度；第二，自放电率低、化存寿命长。低自放电率能够保证动力电池在长时间搁置时保持电量。自放电率小有利于动力电池长时间储存，从而减少过度放电带给电池的损害；第三，充放电倍率高、使用寿命长。高充放电倍率使动力电池能够满足大电流充放电的要求。同时要求动力电池循环寿命不能低于1500次，且在使用寿命限定期间内免维护，动力电池循环寿命是决定新能源汽车运行成本的重要因素；第四，一致性好，安全可靠。要求动力电池组内阻、功率特性以及循环特性一致性好，减少动力电池维护成本；在正常运行过程中安全可靠，在发生挤压碰撞等极端情况下，不会发生自燃及爆炸；第五，价格合适。动力电池成本约占整个电动汽车成本的 ～ ，动力电池的单位售价总体呈现出逐年下降的态势。到目前为止，尚没有任意一种电池能够满足上述所有要求，要针对具体需求对动力电池取长补短，同时充分发挥电池管理系统的功能，提高电池能量利用率，延长动力电池循环寿命，保证动力电池使用安全。
2新能源汽车动力电池关键技术研究现状
2.1电池SOC估算的研究现状
目前，电池SOC估算研究情况主要是集中在两个方面，一是基于电池内部的电化学反应来估算电池的SOC；二是基于外特性参数来估算电池的SOC。有电池的电化学反应相对较为复杂，但是其外特性参数的测定相对较为容易，因此，目前对于SOC的估算方法主要集中在外特性参数估算电池SOC上。利用外特性参数估算电池SOC的方法主要有安时法、开路电压法、内阻法、负载电压法、神经网络法和卡尔曼滤波法。安时法比较简单，但存在积累误差，适用于恒流工况或与其他估算方法联合使用；开路电压法也比较简单，但需要电池静置至稳定才可使用，适用于简写和长时间静置的工况；内阻法预测极值时精度较高，但内阻和SOC关系不稳定，受影响因素多，很少使用；内载电压法比较简单，但仅限用于实验室，适用于电压的测量；神经网络法估算准确，但需要庞大的数据做基础，主要依赖经验，适用于变电流工况；卡尔曼滤波法估算准确，对SOC初值要求不高，但对模型依懒性强，适用于电流变化较快的工况。针对各种估算方法的优缺点，许多研究员提出了各自的估算方法。在众多研究员的努力下，SOC的估算取得了一定的进展。如CN106501726A公开的电池荷电状态的估算方法，CN106932728A公开的电池荷电状态SOC修正方法；但鉴于电池SOC对于BMS和整车策略的重要性，在准确、实时和实用方面对SOC更进一步研究仍然存在必要。
2.2电池管理系统的研究现状
电池管理系统，简称BMS，目前的研究主要集中在以下几种模式，一是整车厂与其他企业合作研究；二是动力电池零部件厂配合整车厂要求研发；三是第三方企业为整车厂提供BMS方案；四是高校在项目支持下独立或校企合作研发。发达国家在新能源汽车的研究相对较早，而且最初就对BMS系统的研究非常重视。在近几十年的发展中，已经形成相对比较成熟的BMS产品。比如美、日、韩、德等国家的SK、DENSO、Preh、LGChem、Toyota、Bosch、Telsa等企业在BMS领域的研究就占有非常重要的地位。我国在BMS上的研究相对较晚，但在政府大力支持、高校努力推动和企业积极进取下，后发优势非常明显。通过校企互助，北京交通大学携手惠州亿能电子开发的BMS成功应用在2008年北京奥运的纯电动大巴上；哈尔滨冠拓依托哈爾滨工业大学和北京理工大学己成功将BMS系统应用在众泰电动车一些车型上；安徽力高新能源与中国科技大学合作，产品己用于深圳市223路混动公交车上。虽然国内在BMS的功能和某些性能方面取得了一定的成果，但与国外顶尖水平相比，还存在不小差距，特别是数据采集的可靠性、SOC的估算精度、均衡技术和安全管理和成本控制等方面。BMS仍然是我国电动汽车发展的一块短板。
2.3电池均衡的研究现状
关于电池均衡的研究，目前国内是比较多的，其主要集中在两个方向，一是基于电池内部化学反应来实现均衡；二是基于电池外部电路连接来实现均衡。考虑到电池本身化学反应比较复杂，外部电路连接简便，所以现阶段对外部电路连接的方式研究较多。电路外部连接方式的均衡主要包括能量耗散型（被动均衡）和能量转移型（主动均衡）。能耗型均衡是利用电阻直接消耗电池组中的不均衡电量，从而使得电池组均衡的方法。该方法主要用于电池组充电时，当检测到单体电池达到均衡条件时，整体闭合开关组或根据需要闭合某一个开关，从而达到充电均衡的目的。由于电阻分流放热，一般需要散热，且能量损耗比较大，但成本较低，是目前的主流均衡电路拓扑。而能量转移型均衡主要是指以非能耗元件作为中转元器件，通过开关选通使电量在电池之间进行转移。目前能量转移型均衡按均衡器件的不同主要分为：电容均衡、电感均衡、变压器均衡及组合均衡。
结束语
综上所述，我国关于动力电池关键技术的研究与国外有较大的差距。BMS技术仍是我国新能源汽车动力电池研究的一个短板，还需要相关工作人员的进一步探索，借鉴国外先进技术，结合我国的发展实际，促进动力电池研究的新突破。
参考文献：
[1]王佳.纯电动汽车能量管理关键技术及高压安全策略研究[D].北京理工大学，2014.
[2]抄佩佩，万鑫铭，吴胜男，童一帆，王发福.新能源汽车动力电池专利分析[J].重庆理工大学学报（自然科学），2013，27（08）：18-25.
[关键词]新能源汽车；动力电池；关键技术；现状
中图分类号：C912 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）40-0153-01
引言
现阶段，城市环境污染问题日益突出，为此国家相继出台了多项环境污染治理措施，如汽车限购、单双号限行等。新能源汽车成为应对环境污染问题的有效手段，同时也是最切实可行的应对措施。因此，动力电池的发展在很大程度上决定了新能源汽车的发展前景，对于动力电池的管理引起了越来越多人的关注，也成为了研究的核心部分。
1新能源汽车对动力电池的要求
动力电池是新能源汽车的“心脏”，其与“电机”“电控”一同被称为新能源汽车的三大核心部件。动力电池的性能对整车的经济、动力以及安全性等有至关重要的影响，同时也对新能源汽车行业发展的市场化以及以商业化前景有非常大的影响。新能源汽车在动力性、安全性以及经济性等多个方面提出了要求，具体包括以下几个方面：第一，比能量高，功率密度高。比能量是影响新能源汽车一次满充续航里程的重要因素，携带相同的电量，动力电池自重及所占体积空间越小越好，比能量高有利于提髙电动汽车的有效载荷量。功率密度是影响电动汽车加速性能和爬坡性能的重要因素，为保证新能源汽车前进的动力特性，新能源汽车的电池需要有很高的功率密度；第二，自放电率低、化存寿命长。低自放电率能够保证动力电池在长时间搁置时保持电量。自放电率小有利于动力电池长时间储存，从而减少过度放电带给电池的损害；第三，充放电倍率高、使用寿命长。高充放电倍率使动力电池能够满足大电流充放电的要求。同时要求动力电池循环寿命不能低于1500次，且在使用寿命限定期间内免维护，动力电池循环寿命是决定新能源汽车运行成本的重要因素；第四，一致性好，安全可靠。要求动力电池组内阻、功率特性以及循环特性一致性好，减少动力电池维护成本；在正常运行过程中安全可靠，在发生挤压碰撞等极端情况下，不会发生自燃及爆炸；第五，价格合适。动力电池成本约占整个电动汽车成本的 ～ ，动力电池的单位售价总体呈现出逐年下降的态势。到目前为止，尚没有任意一种电池能够满足上述所有要求，要针对具体需求对动力电池取长补短，同时充分发挥电池管理系统的功能，提高电池能量利用率，延长动力电池循环寿命，保证动力电池使用安全。
2新能源汽车动力电池关键技术研究现状
2.1电池SOC估算的研究现状
目前，电池SOC估算研究情况主要是集中在两个方面，一是基于电池内部的电化学反应来估算电池的SOC；二是基于外特性参数来估算电池的SOC。有电池的电化学反应相对较为复杂，但是其外特性参数的测定相对较为容易，因此，目前对于SOC的估算方法主要集中在外特性参数估算电池SOC上。利用外特性参数估算电池SOC的方法主要有安时法、开路电压法、内阻法、负载电压法、神经网络法和卡尔曼滤波法。安时法比较简单，但存在积累误差，适用于恒流工况或与其他估算方法联合使用；开路电压法也比较简单，但需要电池静置至稳定才可使用，适用于简写和长时间静置的工况；内阻法预测极值时精度较高，但内阻和SOC关系不稳定，受影响因素多，很少使用；内载电压法比较简单，但仅限用于实验室，适用于电压的测量；神经网络法估算准确，但需要庞大的数据做基础，主要依赖经验，适用于变电流工况；卡尔曼滤波法估算准确，对SOC初值要求不高，但对模型依懒性强，适用于电流变化较快的工况。针对各种估算方法的优缺点，许多研究员提出了各自的估算方法。在众多研究员的努力下，SOC的估算取得了一定的进展。如CN106501726A公开的电池荷电状态的估算方法，CN106932728A公开的电池荷电状态SOC修正方法；但鉴于电池SOC对于BMS和整车策略的重要性，在准确、实时和实用方面对SOC更进一步研究仍然存在必要。
2.2电池管理系统的研究现状
电池管理系统，简称BMS，目前的研究主要集中在以下几种模式，一是整车厂与其他企业合作研究；二是动力电池零部件厂配合整车厂要求研发；三是第三方企业为整车厂提供BMS方案；四是高校在项目支持下独立或校企合作研发。发达国家在新能源汽车的研究相对较早，而且最初就对BMS系统的研究非常重视。在近几十年的发展中，已经形成相对比较成熟的BMS产品。比如美、日、韩、德等国家的SK、DENSO、Preh、LGChem、Toyota、Bosch、Telsa等企业在BMS领域的研究就占有非常重要的地位。我国在BMS上的研究相对较晚，但在政府大力支持、高校努力推动和企业积极进取下，后发优势非常明显。通过校企互助，北京交通大学携手惠州亿能电子开发的BMS成功应用在2008年北京奥运的纯电动大巴上；哈尔滨冠拓依托哈爾滨工业大学和北京理工大学己成功将BMS系统应用在众泰电动车一些车型上；安徽力高新能源与中国科技大学合作，产品己用于深圳市223路混动公交车上。虽然国内在BMS的功能和某些性能方面取得了一定的成果，但与国外顶尖水平相比，还存在不小差距，特别是数据采集的可靠性、SOC的估算精度、均衡技术和安全管理和成本控制等方面。BMS仍然是我国电动汽车发展的一块短板。
2.3电池均衡的研究现状
关于电池均衡的研究，目前国内是比较多的，其主要集中在两个方向，一是基于电池内部化学反应来实现均衡；二是基于电池外部电路连接来实现均衡。考虑到电池本身化学反应比较复杂，外部电路连接简便，所以现阶段对外部电路连接的方式研究较多。电路外部连接方式的均衡主要包括能量耗散型（被动均衡）和能量转移型（主动均衡）。能耗型均衡是利用电阻直接消耗电池组中的不均衡电量，从而使得电池组均衡的方法。该方法主要用于电池组充电时，当检测到单体电池达到均衡条件时，整体闭合开关组或根据需要闭合某一个开关，从而达到充电均衡的目的。由于电阻分流放热，一般需要散热，且能量损耗比较大，但成本较低，是目前的主流均衡电路拓扑。而能量转移型均衡主要是指以非能耗元件作为中转元器件，通过开关选通使电量在电池之间进行转移。目前能量转移型均衡按均衡器件的不同主要分为：电容均衡、电感均衡、变压器均衡及组合均衡。
结束语
综上所述，我国关于动力电池关键技术的研究与国外有较大的差距。BMS技术仍是我国新能源汽车动力电池研究的一个短板，还需要相关工作人员的进一步探索，借鉴国外先进技术，结合我国的发展实际，促进动力电池研究的新突破。
参考文献：
[1]王佳.纯电动汽车能量管理关键技术及高压安全策略研究[D].北京理工大学，2014.
[2]抄佩佩，万鑫铭，吴胜男，童一帆，王发福.新能源汽车动力电池专利分析[J].重庆理工大学学报（自然科学），2013，27（08）：18-25.