試論純電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)計(jì)

李菲

摘 要： 霧霾對(duì)于人體健康的影響人盡皆知，隨著我國(guó)近年來霧霾天氣的大范圍出現(xiàn)，給環(huán)境和人民群眾都帶來了不小的影響，而汽車尾氣的排放，是導(dǎo)致霧霾的主要因素之一。與燃油汽車相對(duì)比，純電動(dòng)汽車可以有效節(jié)約能源，且在不會(huì)用到汽油的情況下，幾乎是零排放，這也是目前國(guó)家與交通領(lǐng)域大力推廣的主要原因。那么一輛安全高效的純電動(dòng)汽車就需要一套良好的電池管理系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的實(shí)時(shí)狀態(tài)、電壓電流、以及電量等信息進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，保障電動(dòng)汽車的續(xù)航能力和行駛安全。本文就當(dāng)前純電動(dòng)汽車的電池性能與現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對(duì)純電動(dòng)汽車電池管系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和總體設(shè)計(jì)提出建議。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車 電池管理系統(tǒng) 關(guān)鍵技術(shù) 總體設(shè)計(jì)

引 言

動(dòng)力電池是純電動(dòng)汽車的主要能源之一，作為整車中的關(guān)鍵部分，它關(guān)系著純電動(dòng)汽車的整體性能和運(yùn)行穩(wěn)定，不管是在純電動(dòng)汽車的研究或是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展上，電池管理系統(tǒng)的研究和技術(shù)都是其重點(diǎn)所在，但從目前來說，我國(guó)的電池管理系統(tǒng)技術(shù)尚不夠成熟。怎樣延長(zhǎng)電池使用壽命、提高電池的安全性能、并對(duì)電池能源進(jìn)行有效利用，是電池管理系統(tǒng)技術(shù)研究與設(shè)計(jì)的的關(guān)鍵部分。

一、純電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的功能概述

作為純電動(dòng)汽車的關(guān)鍵核心，電池管理系統(tǒng)的功能具體可以分為三部分，檢測(cè)、管理、和保護(hù)。簡(jiǎn)單來說，電池管理系統(tǒng)就是對(duì)電池本身進(jìn)行檢測(cè)管理，基于微機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制以及檢測(cè)技術(shù)等模塊功能，對(duì)電池運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，并能對(duì)其精準(zhǔn)估算，如電壓、電流、電池溫度等信息，以確保動(dòng)力電池的安全性與可靠性，使其處于良好的運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)中，并有效提升電池組的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)電池壽命。

二、電池管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

1、電池狀態(tài)估計(jì)

狀態(tài)估計(jì)是電池管理系統(tǒng)的核心之一，其功能是根據(jù)各種測(cè)量參數(shù)信息對(duì)于電池的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，而電池溫度的性能對(duì)電池本身的影響比較大，同時(shí)也是其它信息參數(shù)估計(jì)的基礎(chǔ)。因此，狀態(tài)估計(jì)對(duì)于電池系統(tǒng)管理的設(shè)計(jì)來說，是關(guān)鍵性很高的一項(xiàng)。

2、電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)

電池的溫度過高或過低都會(huì)導(dǎo)致其壽命快速縮減，目前來講，通常電池溫度的測(cè)量?jī)H針對(duì)于電池表面，而其內(nèi)部的溫度就需要采用熱模型來進(jìn)行詳細(xì)估計(jì)[1]。電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)主要包括電池狀態(tài)估計(jì)、參數(shù)檢測(cè)、充電控制、自動(dòng)均衡、以及熱管理等多方面功能，通過電池測(cè)控、溫度控制等，對(duì)電池溫度進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)，使其處于良好的溫度范圍當(dāng)中。電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)是保障電池壽命、性能以及安全的關(guān)鍵。

3、電池組的一致性與均衡

為了滿足純電動(dòng)汽車的能量需要，一套完整的動(dòng)力電池組需要數(shù)十到數(shù)千個(gè)同樣規(guī)格型號(hào)的單體電池不等，而即便是同樣的單體電池也無法保證其性能上的差異，尤其是對(duì)于車用電池來說，若生產(chǎn)時(shí)不注重其質(zhì)量，控制不夠得當(dāng)，那么各單體電池間的性能、電壓、荷電量等參數(shù)差異，最終會(huì)直接導(dǎo)致動(dòng)力電池壽命的縮短，甚至影響到電池組的安全。而均衡管理可以在電池組成時(shí)進(jìn)行有效維護(hù)，所以對(duì)于電池組來說，單體電池組的一致性和均衡管理是項(xiàng)重要并有著不錯(cuò)效果的關(guān)鍵技術(shù)。

4、安全充電管理

影響電池壽命的主要原因就是充電而導(dǎo)致的，再加上純電動(dòng)汽車的充電時(shí)間比較長(zhǎng)，很容易造成電池發(fā)熱等現(xiàn)象發(fā)生，從而影響電池的使用時(shí)間以及安全性能。所以，針對(duì)純電動(dòng)汽車快速充電這一問題，仍需進(jìn)行研究。在確保負(fù)極不會(huì)出現(xiàn)析鋰的情況下，盡量加強(qiáng)電流，使充電時(shí)間得到減少。

5、故障診斷技術(shù)

故障診斷技術(shù)是電池管理系統(tǒng)中的必要技術(shù)，依據(jù)多項(xiàng)檢測(cè)法對(duì)參數(shù)、狀態(tài)估計(jì)、以及實(shí)時(shí)檢測(cè)等進(jìn)行診斷分析。包括電池組不一致性的差異，也給故障診斷技術(shù)提供了一定的參考依據(jù)。具體可以應(yīng)用軟件診斷以及硬件診斷兩種，其一計(jì)算能力較高，而硬件診斷具備響應(yīng)快以及可靠性高的優(yōu)勢(shì)。因此，故障檢測(cè)技術(shù)在電池管理系統(tǒng)當(dāng)中有著有效的評(píng)估價(jià)值和重要性。

三、電池管理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1、電路設(shè)計(jì)

由于單體電池的不一致性，加上不斷循環(huán)充電，嚴(yán)重影響動(dòng)力電池組的壽命和性能。為保障電池性能，提高電池利用時(shí)間，應(yīng)使用均衡電路。動(dòng)力電池組的均衡電路主要分為能耗型與回饋型兩種。能耗型是指，對(duì)于每節(jié)單體電池提供并聯(lián)分支，把電壓較高的電池能量進(jìn)行分流轉(zhuǎn)移，以達(dá)到平衡的目的。反饋型是指，把單體電池間的偏離能量通過能量轉(zhuǎn)換器傳遞到電池組，或者電池組當(dāng)中的某個(gè)單體電池[2]。升壓電路是把開關(guān)電源的直流輸出轉(zhuǎn)換為電池充電所需的電壓和電流，并根據(jù)充電狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整輸出電壓和電流。依據(jù)CPU的控制信號(hào)，升壓電路會(huì)給電池組供應(yīng)一定電流，電池的實(shí)時(shí)狀態(tài)則會(huì)通過電壓監(jiān)控電路反應(yīng)到CPU，它能夠根據(jù)升壓電路來達(dá)到對(duì)電池整體電流、以及充電電壓的把握控制。憑借均衡電路對(duì)單體電池的充電速度與功率進(jìn)行監(jiān)測(cè)調(diào)整，確保電池組的一致性和安全性。

2、主控模塊設(shè)計(jì)

主控模快是電池管理系統(tǒng)的控制核心，主要負(fù)責(zé)包括電壓及電流檢測(cè)、熱管理、故障診斷、電池保護(hù)、以及均衡控制等多方面。將采集到的電壓、電流和電池溫度等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行接收，并分析處理，根據(jù)診斷使對(duì)應(yīng)的模塊進(jìn)行調(diào)整，確保電池的整體性能和安全?？刹捎肕PC 5644 A控制器作為內(nèi)核處理器，有著極強(qiáng)的處理能力和運(yùn)算能力，對(duì)于電池管理系統(tǒng)來說基本能夠滿足其所需要求。

3、軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)也是電池管理系統(tǒng)的關(guān)鍵，主要負(fù)責(zé)其參數(shù)信息計(jì)算，比如電池的高低溫度、以及電壓、電流的大小等，有著很重要的分析和控制作用?？刹捎肈 S 2672作為處理芯片，其功能強(qiáng)大，很大一部分工作都能夠自主完成[3]。另外，由于各個(gè)模塊功能的不同，在軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，應(yīng)采用分塊設(shè)計(jì)，避免設(shè)計(jì)任務(wù)過多而造成的雜亂和遺漏等現(xiàn)象。

結(jié)束語

基于當(dāng)前人們對(duì)綠色環(huán)境的追求，純電動(dòng)汽車在未來必將處于可觀的發(fā)展趨勢(shì)，而目前純電動(dòng)汽車發(fā)展的最大障礙，就是其電池性能。電力管理系統(tǒng)涉及面較廣，知識(shí)深度強(qiáng)，雖然動(dòng)力電池的性能和可使用性在不斷增加，但仍有很大的可提升性，因此，針對(duì)純電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)仍需進(jìn)行深入研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 盧蘭光， 李建秋， 華劍鋒，等. 電動(dòng)汽車鋰離子電池管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)[J]. 科技導(dǎo)報(bào)， 2016， 34（6）：39-51.

[2] 嚴(yán)其艷， 楊立波， 譚漢洪. 電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案研究[J]. 南方農(nóng)機(jī)， 2016， 47（5）：64-65.

[3] 于廣. 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D]. 山東大學(xué)， 2016.