新能源汽車(chē)用動(dòng)力電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文/何波

1　新能源汽車(chē)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1　硬件設(shè)計(jì)組成

動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，安裝了溫度調(diào)節(jié)中的溫度計(jì)控制線路，外接風(fēng)扇控制回路，電壓采集模板。電池管理中，主要針對(duì)剩余電量電池使用溫度以及供電時(shí)間等信息進(jìn)行檢測(cè)。硬件設(shè)計(jì)中可大致分為三部分，首先是信息獲取模塊安裝，例如溫度探測(cè)器的組件，安裝風(fēng)扇是對(duì)電池溫度降低控制的，當(dāng)溫度計(jì)探測(cè)得到的溫度值超出電池安全使用數(shù)字時(shí)，控制系統(tǒng)中將會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇，對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行降溫處理。硬件系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)是在軟件控制下而達(dá)到的，因此動(dòng)力電池管理系統(tǒng)在開(kāi)展硬件設(shè)計(jì)中，估計(jì)考慮了電池的實(shí)際運(yùn)行使用情況，以及是否方便文件管理系統(tǒng)獲取信息。由電子式開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)均衡支路的切換，無(wú)電磁干擾，工作安全可靠。有效地均衡管理大大增加了電池組內(nèi)電池的一致性，提高了整個(gè)電池組的使用壽命。電子開(kāi)關(guān)式集中均衡充電模塊的整體構(gòu)架為通過(guò)一個(gè)DC/DC變換器將整個(gè)電池組的能量轉(zhuǎn)移到電量較低的電池組中，通過(guò)電量的重新分配實(shí)現(xiàn)電池組中所有電池單體的能量均衡。實(shí)驗(yàn)證明，電子開(kāi)關(guān)式集中均衡充電模塊能夠有效改善電池組內(nèi)電池單體的不一致性，提高電池組的使用壽命。

為保障動(dòng)力電池管理系統(tǒng)可正常使用，在開(kāi)展管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，可以采用分層次方法進(jìn)行，按照管理等級(jí)來(lái)展開(kāi)設(shè)計(jì)。這樣硬件系統(tǒng)配合軟件運(yùn)行時(shí)，也能避免出現(xiàn)信息反饋傳輸錯(cuò)亂問(wèn)題。

1.2　硬件設(shè)計(jì)方法

硬件設(shè)計(jì)中，需要采用非耗散試集中管理的硬件組合模式來(lái)對(duì)電池進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)力電池使用中的電路靈活切換。關(guān)于電子開(kāi)關(guān)對(duì)，電池切換控制能力，可以采用幾種開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池更精準(zhǔn)的操控。電壓采集也屬于動(dòng)力電池管理的重要組成部分，電壓捕捉采用線型結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)MCU捕捉到的信號(hào)來(lái)將信號(hào)處理并傳輸進(jìn)入AD模塊中，AD模塊具備轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)功能。能夠?qū)⒉蹲降降膭?dòng)力電池電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信息信號(hào)，傳輸?shù)杰浖芾硐到y(tǒng)中。硬件設(shè)計(jì)中還應(yīng)該對(duì)線路布設(shè)做出調(diào)整，基于功能基礎(chǔ)上連接線路，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝后續(xù)需要對(duì)功能做出檢測(cè)。通過(guò)CAN與USB設(shè)備轉(zhuǎn)換，將硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)電池管理系統(tǒng)硬件接入到PC控制中心的效果。動(dòng)力電池使用中，電池管理需要持續(xù)進(jìn)行，并實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)控，得到的信息數(shù)據(jù)，在管理系統(tǒng)中體現(xiàn)出聯(lián)動(dòng)性的變化，達(dá)到這一效果則需要在硬件設(shè)備中做出信道傳輸優(yōu)化。

2　新能源汽車(chē)用動(dòng)力點(diǎn)差管理軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1　剩余電量估算設(shè)計(jì)

軟件管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，重要組成部分是剩余電量的估算，文件管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了解動(dòng)力電池放電情況，這樣才能正確提醒操作人員及時(shí)為動(dòng)力電池充電。動(dòng)力電池使用中，內(nèi)部會(huì)反復(fù)進(jìn)行復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，其中涉及到水與氧氣的頻繁轉(zhuǎn)換，如果使用狀態(tài)不合理，甚至還會(huì)造成。動(dòng)力電池不可逆轉(zhuǎn)的損傷，實(shí)現(xiàn)電池SOC估算，需要軟件系統(tǒng)，所捕捉到信息與動(dòng)力電池保持一致，包括對(duì)車(chē)輛靜止、啟動(dòng)以及行駛不同狀態(tài)下的動(dòng)力電池供電情況分析。軟件管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需引入靜態(tài)學(xué)習(xí)功能，使管理系統(tǒng)可根據(jù)動(dòng)力電池一段時(shí)間內(nèi)的使用情況，來(lái)完善數(shù)據(jù)庫(kù)。從而對(duì)電池壽命，以及電池平均耗電量，供電時(shí)長(zhǎng)做出估算。溫度對(duì)動(dòng)力電池SOC影響較大，實(shí)現(xiàn)軟件管理系統(tǒng)功能，開(kāi)發(fā)者首先應(yīng)建立起硬件與軟件之間的聯(lián)系，將硬件溫度計(jì)探測(cè)得到的動(dòng)力電池使用溫度反饋到軟件管理系統(tǒng)中。從并由軟件管理系統(tǒng)將溫度數(shù)值結(jié)合soc估算數(shù)值，最大程度降低動(dòng)力電池違規(guī)操作造成的損傷。

2.2　電池開(kāi)機(jī)后平均使用時(shí)間計(jì)算

由于動(dòng)力電池在汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)使用中，受環(huán)境以及其他因素影響，開(kāi)機(jī)時(shí)間并不相同。但通過(guò)軟件管理系統(tǒng)來(lái)估算出平均的開(kāi)機(jī)后使用時(shí)長(zhǎng)，可幫助新能源汽車(chē)使用者對(duì)電池放電能力做出準(zhǔn)確評(píng)估，以免影響到新能源電力汽車(chē)正常行駛運(yùn)用。電池開(kāi)機(jī)初始階段與電池放電后期相比較，放電穩(wěn)定性存在一定差異，因此影響電池開(kāi)機(jī)后使用時(shí)間的因素中不僅僅是外界問(wèn)題，更包含動(dòng)力電池自身情況。需要軟件管理系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力電池外部環(huán)境監(jiān)測(cè)的同時(shí)，也時(shí)時(shí)更新電池內(nèi)部電壓穩(wěn)定信息。兩項(xiàng)信息綜合后，最終得到的新能源汽車(chē)動(dòng)力電池開(kāi)機(jī)平均使用時(shí)間，才更貼近實(shí)際情況，也能為司機(jī)提供參照數(shù)據(jù)。

3　新能源汽車(chē)動(dòng)力電池管理中的軟件與硬件結(jié)合

根據(jù)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)所應(yīng)用的硬件裝置，建立起軟件管理基礎(chǔ)框架，利用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)對(duì)管理框架合理性作出調(diào)整，并進(jìn)行嚴(yán)格的管理指令分層處理。確保不同功能層在信息傳遞中處于獨(dú)立狀態(tài)，即使同時(shí)需要進(jìn)行多項(xiàng)信息反饋存儲(chǔ)彼此之間也不會(huì)產(chǎn)生干擾，信道能夠獨(dú)立且高效完成任務(wù)。動(dòng)力系統(tǒng)硬件以及軟件之間的相互結(jié)合，通過(guò)建立起高效聯(lián)系體系，未來(lái)長(zhǎng)期發(fā)展計(jì)劃也將能夠得到進(jìn)一步完善。硬件運(yùn)用在軟件指令下進(jìn)行，同時(shí)在軟件系統(tǒng)的信息監(jiān)管作用下，硬件也能實(shí)現(xiàn)自我檢測(cè)維護(hù)，出現(xiàn)故障或者參數(shù)誤差時(shí)，軟件管理系統(tǒng)能夠第一時(shí)間捕捉到，通過(guò)信道傳輸來(lái)將其反饋進(jìn)入到總的管理系統(tǒng)中，建立起更為高效的控制管理計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)管控制。新能源動(dòng)力汽車(chē)對(duì)電池供電穩(wěn)定性要求十分高，動(dòng)力電池生產(chǎn)技術(shù)中，也克服了溫度造成的影響，逐漸進(jìn)入到更平穩(wěn)使用狀態(tài)中。

4　結(jié)語(yǔ)

電池組SOC估算和電池均衡技術(shù)一直是電池管理系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，本文中提出的電子開(kāi)關(guān)式集中均衡充電模塊能夠有效地對(duì)電池組中電量較低的電池組進(jìn)行均衡充電，避免了電池組中部分電池單體過(guò)充電或者過(guò)放電的現(xiàn)象，大大增加了電池組的使用壽命。同時(shí)，文中提出的由靜態(tài)自學(xué)習(xí)殘余電量算法、動(dòng)態(tài)安時(shí)計(jì)量法和擴(kuò)展卡爾曼濾波算法相結(jié)合的SOC綜合估算算法能夠準(zhǔn)確地估算出電池組的剩余電量，算法誤差小于2%。