新能源汽車電源控制技術淺析

張會

諾浩科技（沈陽）有限公司 遼寧沈陽 110000

改革開放以來，隨著我國綜合國力不斷增強，工業(yè)化水平也得到了極大的提升，汽車行業(yè)發(fā)展迅速。當前，國家發(fā)展到了新階段，對發(fā)展路線和發(fā)展觀念提出了新要求。這就需要汽車制造業(yè)大力推進以節(jié)能減排為核心的科技創(chuàng)新，平衡好環(huán)境保護與經(jīng)濟效益的關系。新能源汽車的出現(xiàn)，能最大限度的減少人們的日常出行對于環(huán)境的污染，從而從根本上改變?nèi)伺c自然關系，為子孫后代造福。

1 電源控制技術的主要內(nèi)容

新能源汽車電源控制技術的首要內(nèi)容，就是電力能源的儲備和合理分配。對電池情況進行管理，優(yōu)化電池單元之間的配合，監(jiān)測電池的工作情況，通過分析傳感器收集到的溫度、電壓的數(shù)據(jù)，對電池荷電量進行合理分配，避免因為溫度、電壓等因素造成電池的損害，為汽車提供穩(wěn)定的動力。除此之外，電源管理系統(tǒng)還能通過電荷的分配進行反饋，完成電池故障的診斷處理，進入監(jiān)測車輛的狀態(tài)，保證發(fā)電機的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，為汽車的性能品質(zhì)保駕護航[1]。

2 新能源汽車電源控制現(xiàn)存的主要問題

電動汽車依靠動力電池提供動力能源，現(xiàn)存的主要問題可歸納為安全問題、電池組工作協(xié)同性及電量精確估測這三個方面。安全性上，車載電池組為高壓系統(tǒng)，現(xiàn)有市場的電動車還是以蓄電池為主（具有化學反應系統(tǒng)），一旦發(fā)生漏電或短路的情況，對于行駛中的電動汽車來說非常危險，嚴重影響著乘客的乘車安全。此外，電池的過充現(xiàn)象（即充滿電后繼續(xù)充電），以及充電或放電電流的過大都會導致電池內(nèi)部的嚴重發(fā)熱，輕則損毀電池，重則引起自燃、爆炸等致命事故。過放現(xiàn)象，即放電超過電池的終止電壓值，會造成電池變形、容量大量降低等不可逆的損毀。電動汽車的動力電池通常由多個電池串并聯(lián)組成電池組協(xié)同作業(yè)。由于電池組由多個不同的單體電池組成，因此在工作時會存在性能的不一致性、電池狀態(tài)的差異性。如果缺乏統(tǒng)一的電池管理，電池組會出現(xiàn)淺放電工作時部分電池過放現(xiàn)象，或者充電未完成時已有部分電池過充現(xiàn)象。電量的精準估測是目前電動汽車電池管理系統(tǒng)的核心問題。在車輛行駛過程中對動力電池的狀態(tài)進行準確監(jiān)測，并對剩余電量狀態(tài)進行精準估測，可有效防止電池受到損傷，保證甚至延長電池的使用壽命，并且可以輔助駕駛員安全駕駛，防止電動汽車在行駛過程中動力不足。為更好地解決現(xiàn)有的上述問題，電池管理系統(tǒng)（BMS）得以研究和發(fā)展，為電動汽車的安全行駛保駕護航[2]。

3 電池管理系統(tǒng)技術原理

3.1 電池管理系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

電池管理系統(tǒng)的組成模塊主要分為三個部分，采樣模塊、主控模塊及電源管理模塊。電池采樣模塊利用多種傳感器及電池監(jiān)視芯片等對電池信息進行采集，主要采集信息包括電池的電壓、電流、溫度等，在采集模塊中需要采用濾波電路來抑制噪聲，減少測量誤差。此外，采樣模塊對電池的均衡控制具有重要意義。主控模塊主要用于接收采樣模塊采集的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析處理，進而向系統(tǒng)的其他模塊發(fā)送指令。主控模塊與上位機及系統(tǒng)的各子模塊之間通過CAN總線協(xié)議進行通信。電源管理模塊主要實現(xiàn)主控模塊及采樣模塊與整車供電之間的電平轉(zhuǎn)換，并管理系統(tǒng)的對外控制功能。在該模塊中不僅要實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，還要實現(xiàn)與外界的CAN總線通信。

3.2 關鍵技術原理

（1）SOC（荷電狀態(tài)）估測。SOC估測需要由主控模塊對采集的數(shù)據(jù)進行分析計算，目前常用的方法有安培法、開路電壓法、卡爾曼濾波法等。安培法最為常用，由于該方法不用考慮電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和狀態(tài)等方面的變化，操作起來相對簡便；但該方法測量精度較低，容易造成累積誤差。卡爾曼濾波法是較為復雜的新型估測法，該方法將電池作為動力系統(tǒng)，SOC即為該動力系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)，利用相關算法將電池的非線性狀態(tài)線性化處理?？柭鼮V波算法的優(yōu)點是誤差很小，但算法較為復雜，所以對系統(tǒng)的主控模塊要求很高。

（2）電池均衡管理。針對動力電池組的均衡管理方法可分為主動均衡法和被動均衡法。主動均衡法即在電池的充放電過程中，通過某種介質(zhì)（鋰離子電池與鉛酸電池不同）把能量從電壓較高的電池轉(zhuǎn)移給電壓較低的電池，進而使得動力電池組均衡地充放電。被動均衡法是通過給電池組的單體電池連接電阻，將部分單體電池高于其他電池的能量釋放掉，從而平衡各單體電池。電池均衡管理可減少電池的損耗，有利于電動汽車的平穩(wěn)供電，并可以延長電池壽命。

（3）系統(tǒng)熱管理。系統(tǒng)熱管理用于對電池的溫度進行監(jiān)控，并對溫度進行主動控制式管理。電池工作溫度關乎電池性能優(yōu)劣，溫度過高可造成電池壽命縮減，溫度過低會造成電池放電不足，續(xù)航能力大打折扣。實現(xiàn)系統(tǒng)的熱管理需要確定電池的最優(yōu)工作溫度范圍，確定測溫點，計算電池熱場及進行溫度預測，并對電池組的傳熱介質(zhì)進行選擇。此外，還需設計風機和散熱結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語

新能源汽車的動力來源是電池組提供的電能儲備，而新能源汽車的運轉(zhuǎn)核心是電源管理系統(tǒng)。因此，新能源汽車的發(fā)展核心就是運用電源控制技術和電源管理系統(tǒng)，來完成電源的管理、優(yōu)化和分配工作。新能源汽車還有很大的發(fā)展空間和發(fā)展?jié)摿?，它是減少環(huán)境污染的有效途徑，也是未來發(fā)展的必然趨勢。所以，新能源汽車市場的開放和發(fā)展，是推動可持續(xù)發(fā)展的重要節(jié)點。并且隨著控制技術的不斷進步，電源控制工程中的一些技術問題都會得到解決，我國的新能源汽車行業(yè)將會迎來新的春天[3]。