車輛研究測試中心 綠能車輛發展處 許家興

基於未來環保與能源議題，因此降低汙染與節約能源為未來車輛之開發目標，目前各國均積極開發新世代之潔淨車輛，紛紛推出潔淨能源車種。其中電池對於潔淨車輛是最具策略性之元件，對潔淨車輛之性能、續航力、使用方便性等有絕對之影響性，電池性能將影響潔淨車輛之發展。

除了電池本身的性能表現外，電池管理系統(Battery Management System, BMS)與電能管理系統(Energy Management System, EMS)是電動汽車絕不可少的核心系統。電池管理系統能夠對蓄電池組進行安全監控和有效管理，提高蓄電池的使用效率和可靠性，延長電池的使用壽命。而電能管理系統則是透過適當的控制策略來達成整車最佳的能量流管理，進而延長車輛的行駛里程。

電池管理系統為發展電動車之關鍵技術，主要監控與管理整車電池模組並且提供預警保護之功能，進而可延長電池之使用壽命。再者，可加入通訊功能取得相關電池資料累積，進行電池壽命與健康狀態診斷與分析。透過BMS系統可將電池資訊傳送至能量管理系統(EMS)來進行整車能量管理，結合適當的控制策略，達到有效且高效使用電池的目的。優秀的電池管理系統將可以提高電池組使用之安全性、延長電池組使用之cycle life、並可有效降低電池組使用成本等特點。

電池管理系統架構與技術關鍵要素如圖1、圖2所示，其中包含最底層之電池芯(Cell)溫度與電壓的偵測與紀錄，並將此資訊傳送到上一層的電池模組管理單元(Battery Management Unit, BMU)。電池模組管理單元除了監控電池芯的狀態外，另一個重要功能是進行主/被動電池平衡，以補償輕微的電池不匹配，並可有效延長電池組工作壽命。電池模組管理單元之間可透過CAN、SPI或UART等通訊協定來傳送相關資訊，並且可進一步將資訊傳送到更上層之電池管理系統控制核心(Battery Control Unit, BCU)，BCU再根據這些資訊來對電池作管理、警示與安全保護等控制策略之實現。

影響電動車推行應用的主要因素包含動力電池的安全性與使用成本問題，延長電池的使用壽命是降低使用成本的有效途徑之一。同時為了確保電池性能良好，有效延長電池的使用壽命，必須對電池與整車電能進行合理與有效的管理與控制。
BMS技術應用上有包括硬體設計技術和軟體設計技術，而其中高壓混合信號處理技術及晶片設計是硬體設計核心，而且須保證在汽車使用環境下實現高可靠、高速、高精度信號採樣和及時處理；而軟體的核心則包括電能管理的演算法、控制策略設計、通訊協定的支援以及動力總成控制的相關技術等。BMS實現上除了需有良好的控制策略設計外，也應有可靠硬體設計來相輔相成。
 

圖1 電池管理系統組成之架構

圖2 電池管理系統之技術關鍵要素