電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

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摘要 隨著我國(guó)交通的不斷發(fā)展，汽車的銷量在不斷增長(zhǎng)。與此同時(shí)，當(dāng)代汽車逐漸從原本單一的交通工具轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜性的機(jī)電一體化產(chǎn)品。隨著社會(huì)的發(fā)展，電動(dòng)汽車逐漸成為社會(huì)的熱點(diǎn)話題。對(duì)此，為了提高電動(dòng)汽車制造質(zhì)量，本文詳細(xì)分析電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為今后電動(dòng)汽車的創(chuàng)新與發(fā)展提供理論性研究。

關(guān)鍵詞 電動(dòng)汽車；電力電池組；管理系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) TM91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2016）14-0075-02

動(dòng)力電池組是電動(dòng)汽車的輔助能量源與關(guān)鍵性部位，其質(zhì)量的好壞與壽命的長(zhǎng)短直接決定著整個(gè)車的性能好壞。因此，對(duì)電池組實(shí)行有效檢測(cè)與管理顯得格外重要。與此同時(shí)，考慮到電動(dòng)汽車的電池組安裝和布置，設(shè)計(jì)了電池組分布式的管理系統(tǒng)與電池組熱管理系統(tǒng)。

1電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組分布式管理系統(tǒng)

1.1動(dòng)力電池組分布式管理系統(tǒng)的組成

動(dòng)力電池組分布式管理系統(tǒng)主要由電池單體檢測(cè)模塊、總線和電池組綜合管理器所組成，整個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)部應(yīng)用的是成本非常低的RS-485網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并且在車輛上能夠和其他控制器之間的數(shù)據(jù)通訊應(yīng)用CAN通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一性。電池管理系統(tǒng)主要由單體檢測(cè)模塊與綜合管理器所構(gòu)成，并且多個(gè)電池單體檢測(cè)模塊在電池組綜合管理器的控制之下能夠?qū)崿F(xiàn)電池組的數(shù)據(jù)上傳、互換與相互檢測(cè)。在綜合管理器和車輛的其他控制器之間，也是能夠整體協(xié)調(diào)的，在整車的綜合控制器的協(xié)調(diào)與控制之下實(shí)現(xiàn)整車數(shù)據(jù)的管理、交換以及控制。在整車結(jié)構(gòu)中，電池單體檢測(cè)模塊能夠完成對(duì)電池單體的電壓以及現(xiàn)場(chǎng)溫度的采集與檢測(cè)，并借助RS-485總線將所采集和檢測(cè)到的數(shù)據(jù)上傳至電池組的綜合管理器當(dāng)中。綜合管理器能夠?qū)⑺杉降碾姵亟M電流、電壓以及溫度環(huán)境等，針對(duì)電池組剩余電量預(yù)測(cè)算法完成軟硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算和預(yù)測(cè)。除此之外，電池組的綜合管理器還能夠借助RS-485的通訊接口與CAN通訊接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池單體檢測(cè)模塊的數(shù)據(jù)交換與互換，并且可以對(duì)整車的綜合控制器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互換，并將其結(jié)果借助汽車的液晶顯示器與鍵盤單元提供給駕駛員光看，從而實(shí)現(xiàn)顯示電池單體電壓與電池組的狀態(tài)信息。

1.2動(dòng)力電池組分布式管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.2.1電池單體檢測(cè)模塊硬件設(shè)計(jì)

在電池管理系統(tǒng)當(dāng)中，電池單體建模塊是屬于整個(gè)系統(tǒng)的下位機(jī)位置，其主要是對(duì)單體電池端電壓與電池工作時(shí)的環(huán)境溫度進(jìn)行檢測(cè)并采集，并且還可以借助RS-485串行通訊端口在電池組的綜合管理器協(xié)調(diào)之下進(jìn)行工作。模塊主要是具備2個(gè)模擬輸入端口，分別能夠采用1個(gè)電池的溫度以及5塊電池的端口電壓，并借助模數(shù)轉(zhuǎn)換之后獎(jiǎng)數(shù)據(jù)初春到模塊寄存器當(dāng)中，在模塊接收到電池綜合管理器所發(fā)出的信息之后，便可以將寄存器當(dāng)中的數(shù)據(jù)上傳至綜合管理器。

1.2.2動(dòng)力電池組綜合管理器軟件設(shè)計(jì)

電池單體檢測(cè)模塊的軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用中斷使程序結(jié)構(gòu)，也就是定時(shí)器終端完成數(shù)據(jù)采集與看門狗的保護(hù)，借助串行口中斷完成電池單體檢測(cè)模塊的總線數(shù)據(jù)交換，這樣既能夠保障數(shù)據(jù)采集時(shí)的實(shí)效性，還能夠促使模塊在總線通訊時(shí)能夠快速的相應(yīng)電池組的綜合管理器對(duì)單體數(shù)據(jù)的采集需求。

動(dòng)力電池組綜合管理器的軟件系統(tǒng)可以從功能上分為系統(tǒng)初始化、人機(jī)接口、數(shù)據(jù)處理、故障診斷、通訊與網(wǎng)絡(luò)5個(gè)程序模塊。系統(tǒng)初始化程序模塊主要是能夠完成中央處理電路模塊的診斷以及啟動(dòng)等系統(tǒng)變量的初始化設(shè)定與定義。人機(jī)接口程序的模塊主要負(fù)責(zé)輸入命令的處理以及輸出信息的顯示。數(shù)據(jù)處理程序模塊主要是應(yīng)用于信息采集之后，借助A/D數(shù)據(jù)處理，計(jì)算電池剩余電量等作用；故障診斷模塊主要是實(shí)現(xiàn)單體電壓報(bào)警以及溫度、總電壓以及剩余電量的報(bào)警。網(wǎng)絡(luò)程序模塊與通信保障系統(tǒng)其他控制單元之間能夠?qū)崿F(xiàn)快速、可靠安全的信息交換。整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)思路是確保系統(tǒng)的初始化、人機(jī)接口、故障診斷以及通信等多個(gè)模塊之間的通用性。

2電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組熱管理系統(tǒng)

2.1電池組熱管理系統(tǒng)的必要性

電池是電動(dòng)汽車的能源儲(chǔ)存主要方式，電池組是否能夠穩(wěn)定、安全的運(yùn)行直接決定這電動(dòng)汽車的性能及安全性，其重要性不言而喻。對(duì)于電動(dòng)汽車的電池組實(shí)行熱管理，主要源于在于3個(gè)方面：1）電池組長(zhǎng)時(shí)間處于惡劣工作環(huán)境中，很容易導(dǎo)致電池組的放電電容量逐漸下降，從而降低電池的整體使用壽命；2）電池包內(nèi)溫度場(chǎng)的不均勻分布導(dǎo)致電池模塊與單體電池的性能之間呈現(xiàn)不一定狀況；3）電池組的熱管理與熱監(jiān)控對(duì)于整車的安全性有著明顯的檢測(cè)作用。

2.2電池組熱管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)

首先，需要明確電池的最佳工作狀態(tài)，尤其是在不同環(huán)境下，其熱量的具體安全范圍值以及最大工作效率范圍值等，因?yàn)殡妱?dòng)汽車的大小、型號(hào)以及運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境等因素的不同，電池組在使用時(shí)的溫度也有明顯差異。對(duì)此，明確電池組的溫度特性中的明確電池最佳工作溫度范圍成為最重要的系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容。電池的溫度特性主要表現(xiàn)在電池的內(nèi)阻、開(kāi)路電壓、SOC以及充放電效率等多個(gè)方面。電池的溫度范圍主要是借助實(shí)驗(yàn)與仿真兩種方法獲得。例如，某型號(hào)60A H鎳氫電池在不同的溫度之下充放電效率結(jié)果顯示為20℃～40℃時(shí)效率最高，則可以明確最佳的溫度控制范圍為20℃～40℃；其次，傳熱介質(zhì)的選擇。電池組的熱管理系統(tǒng)主要是應(yīng)用某種傳熱介質(zhì)進(jìn)行傳遞熱量和控制熱量，當(dāng)前電動(dòng)汽車中主要是以空氣、液體以及相變材料為主。

空氣的冷卻方式非常簡(jiǎn)單，只需要借助空氣的流通便可以實(shí)現(xiàn)溫度的檢測(cè)與控制，其最大的特點(diǎn)便是結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)也很容易，但是也存在許多缺陷，例如會(huì)排放有害氣體，電池壁之間所具備的換熱系統(tǒng)非常低，加熱與冷卻所需要的時(shí)間比較長(zhǎng)；液體冷主要是直接接觸為主。雖然加熱與冷卻速度比較快，但可能會(huì)漏液，重量相對(duì)較高，維修與保養(yǎng)比較復(fù)雜，需要換熱器或水套等零部件，結(jié)構(gòu)相對(duì)而言比較復(fù)雜；變相材料的冷卻是一種新型的冷卻方式，其借助變相材料能夠直接吸收來(lái)自外界的熱溫度，并對(duì)電池進(jìn)行制劑性的冷卻降溫。相對(duì)而言，變相材料的冷卻結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，并且效率也非常高，但是其綜合成本也比較高。

3結(jié)論

綜上所述，借助在電動(dòng)汽車上的實(shí)際應(yīng)用，動(dòng)力電池組分布式管理系統(tǒng)與熱管理系統(tǒng)均具備顯著的精確性與穩(wěn)定性，具體表現(xiàn)為電池單體檢測(cè)模塊能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出電池單體電壓與溫度狀況，并將數(shù)據(jù)借助總線床樹脂電池組綜合管理器上，綜合管理器能夠?qū)﹄姵亟M的電流、電壓實(shí)行朱期內(nèi)性檢測(cè)，并準(zhǔn)確測(cè)量電池的剩余電量。由此可見(jiàn)，電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組采用分布式管理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)均滿足設(shè)計(jì)與使用的實(shí)際需求，有著顯著的應(yīng)用意義。endprint