純電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)模型的開發(fā)設(shè)計(jì)

明建平，盧峰，陳梅艷

（江西環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院，江西 贛州 341000）

純電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)模型的開發(fā)設(shè)計(jì)

明建平，盧峰，陳梅艷

（江西環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院，江西 贛州 341000）

電動(dòng)汽車是一種電力驅(qū)動(dòng)的道路交通工具，包括電池電動(dòng)車、混合動(dòng)力電動(dòng)車和燃料電池電動(dòng)車等。而純電動(dòng)汽車因其環(huán)保性能好（無尾氣污染、噪聲低）、行駛平穩(wěn)、乘坐舒適、操縱穩(wěn)定性好及駕駛輕便等優(yōu)點(diǎn)，受到世界各地政府、各大汽車品牌及用戶的熱捧。但鑒于電池安全性、續(xù)航里程能力、充電時(shí)間等技術(shù)核心問題，制約著純電動(dòng)汽車的市場(chǎng)推廣，解決上述技術(shù)問題的關(guān)鍵在于如何對(duì)龐大的電池組進(jìn)行有效監(jiān)控、管理，以保證純電動(dòng)汽車合理、安全地有序工作。因此，電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成為純電動(dòng)汽車的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

電池狀態(tài)；電池平衡；電池?zé)峁芾恚蛔栽\斷與報(bào)警；充放電管理

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-106-02

1、電池管理系統(tǒng)（BMS）的功能設(shè)計(jì)

在純電動(dòng)汽車的電源系統(tǒng)，小型單體鋰電池經(jīng)歷了筆記本行業(yè)檢驗(yàn)、電池技術(shù)成熟高、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)豐富、成本低、安全性可控等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛使用。為了提高純電動(dòng)汽車的續(xù)航能力，電源系統(tǒng)往往需要集成數(shù)百甚至上千個(gè)單體鋰電池，一般按“單體電池-電池包-電池組”組合形式組成電源系統(tǒng)，如何管理龐大的電源系統(tǒng)安全有效地工作，成為電池管理系統(tǒng)(BMS)解決的關(guān)鍵。根據(jù)鋰電池的工作特點(diǎn)及現(xiàn)代汽車功能發(fā)展趨勢(shì)的要求，電池管理系統(tǒng)應(yīng)具備電池狀態(tài)檢測(cè)、電池平衡管理、電池?zé)峁芾?、充放電管理、電池殘電管理、電池老化與健康專業(yè)預(yù)估及自診斷與報(bào)警等基本功能。

2、電池管理系統(tǒng)（BMS）的模型設(shè)計(jì)

2.1 電池狀態(tài)檢測(cè)

實(shí)時(shí)采集電池組的總電壓與總電流、電池包的溫度、單體電池的電壓等參數(shù)數(shù)據(jù)，電池管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，并通過CAN總線通信將信息發(fā)送至儀表控制單元，實(shí)時(shí)顯示電池狀態(tài)參數(shù)，以便駕駛員實(shí)時(shí)掌握電池組的狀態(tài)。

圖1 電池管理系統(tǒng)（BMS）管理功能

2.2 電池?zé)峁芾?/p>

鋰電池長(zhǎng)期工作在比較惡劣的熱環(huán)境中，若不能有效管理電池組周圍的溫度，極大影響電池組的存儲(chǔ)電容量性能及使用壽命。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池組表面溫度、環(huán)境溫度和電池內(nèi)阻值的大小等信號(hào)，電池管理系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)進(jìn)行綜合分析對(duì)比，然后發(fā)出指令通過CAN總線送至至散熱控制單元，散熱控制單元會(huì)對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行控制，改變風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速大小，以達(dá)到穩(wěn)定的溫度。

2.3 殘余電量檢測(cè)

電池殘余電量的實(shí)時(shí)檢測(cè)，有利于駕駛員實(shí)時(shí)掌握純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，以提醒駕駛員及時(shí)充足電量。電池管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集放電電流、電壓等參數(shù)，通過相應(yīng)算法進(jìn)行SOC的估計(jì)，及時(shí)將估算值換算成續(xù)航里程值，并將結(jié)果通過CAN總線輸送至儀表顯示單元，以便駕駛員直觀了解純電動(dòng)汽車的殘余電量及續(xù)航里程。

2.4 充放電控制

電池組是純電動(dòng)的動(dòng)力源，電池組的能量來源于充電系統(tǒng)，若充電時(shí)間太長(zhǎng)，導(dǎo)致用戶無法接受，若充電時(shí)間太快，影響電池的性能及使用壽命。電動(dòng)機(jī)是驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力元件，需要電池組不斷給電動(dòng)機(jī)進(jìn)行放電，若放電過度，影響電池組的壽命及使用性能。電池管理系統(tǒng)根據(jù)單體電池的電壓、電流等狀態(tài)參數(shù)控制對(duì)電池的充放電，若單體電池的電壓、電流過高或過低，電池管理系統(tǒng)會(huì)通過CAN總線給供電模塊發(fā)出指令，此時(shí)，供電模塊會(huì)切斷供電繼電器，以保證電池組的正常使用及性能。

2.5 自我診斷與預(yù)警技術(shù)

現(xiàn)代汽車幾乎具備自我診斷與報(bào)警功能，以便駕駛員實(shí)時(shí)掌握汽車的運(yùn)行狀況，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，提示駕駛員立刻停車檢查，避免汽車安全事故的發(fā)生。與此同時(shí)，可以通過在線診斷系統(tǒng)對(duì)純電動(dòng)進(jìn)行故障診斷，以便維修人員快捷找到故障點(diǎn)并排除故障。純電動(dòng)汽車應(yīng)該具備以下自我診斷與報(bào)警功能：（1）電池容量下降；（2）電池自放電過大；（3）電池充電不足；（4）電池內(nèi)阻過大；（5） 電池極板損壞；（6）電池?fù)p壞；（7）電池溫度異常等，電池管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收電池組的總電壓、電流、電阻值、電池包電壓、電池溫度等參數(shù)，通過相應(yīng)算法對(duì)電池組的狀況進(jìn)行綜合分析判斷，將分析結(jié)果通過CAN總線送至儀表控制單元，并以相應(yīng)的狀態(tài)符號(hào)給予駕駛員以提示，若出現(xiàn)極度異常狀況，通過紅色報(bào)警信號(hào)提示駕駛員，避免交通安全事故的發(fā)生。

3、結(jié)論

純電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)，是純電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要部分，對(duì)于解決純電動(dòng)汽車的熱管理、續(xù)航里程、節(jié)能等核心技術(shù)問題提供了有利支撐。

圖2 電池管理系統(tǒng)（BMS）設(shè)計(jì)原理圖

[1] 付正陽.林成詩.陳全世.電動(dòng)汽車電池組熱管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)[J].公路交通科技.2005年3月第22卷第3期.

[2] 趙春明.吳志新.馬寧.李君.電動(dòng)汽車高壓狀態(tài)參數(shù)在線檢測(cè)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào).2007年1月第37卷第1期.

[3] 南全瑞.孫逢春.王建群.純電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].公路交通科技.2007年第47卷第S2期.

[4] 吳興敏.電動(dòng)汽車構(gòu)造、原理與檢修.[M].北京：北京理工大學(xué)出版社,2015,6.

[5] 特斯拉產(chǎn)業(yè)鏈深度研究報(bào)告.[J].新材料在線,2014.

Development design of pure electric car battery management system model

Ming Jianping, Lu Feng, Chen Meiyan
( Jiangxi environmental engineering vocational college, Jiangxi Ganzhou 341000 )

Electric car is a power driven road vehicle, including battery electric car, hybrid electric vehicle and fuel cell electric vehicle. And pure electric vehicles because of its good performance of environmental protection (no tail gas pollution, low noise, stable driving, comfort and manipulation of the advantages of good stability and drive light, by governments all over the world, each big brand and users. But given the battery safety, range capability, core technology problems such as charging time, restrict the marketing of pure electric vehicles, the key to solve the technical problems is how to effectively the huge battery monitoring, management, pure electric vehicles to ensure reasonable, safe and orderly work. As a result, the design of the battery management system is a key technology for pure electric vehicles.

battery status; Battery balance; Battery heat management; Self-diagnosis and alarm; Charge and discharge management

U463.6

A

1671-7988 (2017)10-106-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.035

明建平，就職于江西環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院。