論電動(dòng)汽車中鋰電池智能管理系統(tǒng)

劉桂蕓 楊艷華

摘 要：當(dāng)下，電動(dòng)汽車逐漸實(shí)現(xiàn)普遍化，鋰離子電池因?yàn)槠渥陨砟芰棵芏却蟆㈦姵厝萘看笠约袄m(xù)航時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)被當(dāng)做重要電源被普遍使用。不過(guò)單節(jié)鋰離子電池之中通常會(huì)有內(nèi)阻、容量以及電壓等方面的區(qū)別，在具體的應(yīng)用中常常發(fā)生散熱不足或過(guò)于充放電等現(xiàn)象。為了確保鋰離子電池在生活中可以安全地使用，就應(yīng)該應(yīng)用電化學(xué)管理系統(tǒng)來(lái)對(duì)鋰離子電池展開(kāi)高效地監(jiān)控、電池均衡 與故障預(yù)警，進(jìn)而提升鋰離子電池的使用效率以及安全性能。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;鋰電池;電池管理

1 電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的問(wèn)題

鋰離子電池因?yàn)殡娔苊芏却?、使用壽命長(zhǎng)、自放電性能低在電動(dòng)汽車中被普遍使用，但是鋰離子電池的發(fā)展卻沒(méi)有大的進(jìn)展，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)一般是由于以下幾個(gè)原因：電池狀態(tài)的監(jiān)控、電池組建模以及電池均衡。

（1）電池狀態(tài)的檢測(cè)。對(duì)電池的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和測(cè)評(píng)不只有助于確保電池使用條件的安全性，還能夠?qū)崟r(shí)了解電池的充放電消息。一般情況下，電池狀態(tài)包含了荷電狀態(tài)（SOC）與健康狀態(tài)（SOH）。SOC可以看做一般汽車的油表，不過(guò)它很難監(jiān)控電池的充放電循環(huán)狀況，所以它的準(zhǔn)確度以及糾錯(cuò)功能很難提升。SOH是說(shuō)電池的健康狀況，這里涵蓋了兩個(gè)方面：容量以及功率的改變狀況。通常狀況下，當(dāng)電池容量遞減至百分之二十或者輸出功率減至百分之二十五的時(shí)候，電池的使用期限也就快到了，但這也不代表車就無(wú)法使用了。對(duì)于純電動(dòng)汽車（EV）而言，容量的監(jiān)控和測(cè)評(píng)就更為重要，這是由于它直接影響著續(xù)航的功能，而功率限制只有在荷電狀態(tài)較小的時(shí)候才比較重要。

（2）構(gòu)建電池組模型。因?yàn)殇囯x子電池具備較為繁復(fù)的電化學(xué)系統(tǒng)，難以塑造電池模型。在目前，依據(jù)各種材質(zhì)的特征與各種等效電路來(lái)構(gòu)建電池的模型，以往借助Matlab構(gòu)建電池模型進(jìn)而測(cè)評(píng)電池的荷電狀態(tài)，但它是在電池充放電區(qū)間內(nèi)的內(nèi)阻當(dāng)做常數(shù)的前提下來(lái)構(gòu)建的，因此模型的精準(zhǔn)程度還有很大的提升空間。并且由于電池容量會(huì)伴隨充放電的過(guò)程重復(fù)而逐漸降低，因此需要構(gòu)建電池的衰減模型，成品中的參變量一般是依據(jù)特制正負(fù)極材質(zhì)的物理特征來(lái)確立，并且，外界條件（例如環(huán)境的溫度以及放電過(guò)流）等條件的改變都會(huì)使靜止模型的精準(zhǔn)度有所偏差。

（3）電池均衡。在電動(dòng)汽車中，由于電池是經(jīng)過(guò)串、并聯(lián)來(lái)形成電池組來(lái)達(dá)到高電壓高容量的需要，因此不可避免的會(huì)發(fā)生不均衡的狀況。在具體的應(yīng)用中，每個(gè)電池的輸出電壓以及電池容量是各不相同的。單體電池有過(guò)充和過(guò)放的局限性，進(jìn)而會(huì)對(duì)這個(gè)電池組產(chǎn)生一定的改變。為了減少這樣的影響，加長(zhǎng)電池的使用期限，應(yīng)該構(gòu)建電池均衡系統(tǒng)，保障組中的每個(gè)電池的荷電狀態(tài)保持在一致的狀態(tài)。一般調(diào)整的方式有兩種：耗散型與非耗散型。這兩種方式都能夠完成電量調(diào)整甚至可以消除單個(gè)電池中不平均電壓的現(xiàn)象。耗散型的平衡器是借助并聯(lián)電阻促使過(guò)量的電能讓它變?yōu)闊崮芏?，而非耗散型的平衡器是借助轉(zhuǎn)換機(jī)、感應(yīng)器以及電容器來(lái)完成多余電能的移除。電池間電荷交換讓充放電的行為變得更為繁復(fù)，均衡技能依托于SOC的精準(zhǔn)度，因此電池的荷電狀態(tài)是BMS中最主要的參變量，缺少準(zhǔn)確的荷電狀態(tài)信息，鋰電池智能管理系統(tǒng)也就不能正常發(fā)揮作用。

2 電池管理系統(tǒng)改進(jìn)措施

（1）硬件。電池管理機(jī)制之前就引入了安全電路.但是由于新型的鋰電池智能管理系統(tǒng)中具備更多的傳感器，因此目前安全電路的設(shè)置需要進(jìn)行完善，比如融合避免過(guò)于充放電、過(guò)熱的準(zhǔn)確預(yù)警或者提醒技術(shù)等。傳感器系統(tǒng)涵蓋了用來(lái)監(jiān)控電壓、溫度、電流等電池參變量的多種傳感器。部分研究者提議利用EIS來(lái)監(jiān)控電池中的阻抗，但是具體使用中的電池環(huán)境空間以及成本等條件降低了此種方式的可行性。所以為了改善對(duì)具體使用中電池狀態(tài)的監(jiān)控，只能掌握電池的電流、電壓以及溫度。

信息的獲得（DAQ）與儲(chǔ)存是鋰電池智能管理機(jī)制中的重要構(gòu)成部分，經(jīng)過(guò)研究這些信息來(lái)構(gòu)建一個(gè)用來(lái)系統(tǒng)建立模型的數(shù)據(jù)庫(kù)，電量控制子系統(tǒng)用來(lái)管制充放電協(xié)議。電池通常會(huì)用常電流（CC）或常電壓（CV）進(jìn)行充電，所以要有穩(wěn)壓器與穩(wěn)流器，并且也要具備可變電阻來(lái)平衡電池或評(píng)測(cè)電池中的阻抗。電池平衡限制是設(shè)計(jì)重點(diǎn)，在平衡電池組以及有效地預(yù)測(cè)電池狀態(tài)領(lǐng)域它仍然存在提升的空間。大多數(shù)鋰電池智能管理系統(tǒng)的子系統(tǒng)都是單獨(dú)的系統(tǒng)，這是由于系統(tǒng)內(nèi)信息的傳送是必要的，CAN總線是鋰電池智能管理系統(tǒng)中的重要通訊手段。

伴隨智能電池的進(jìn)一步發(fā)展，越來(lái)越多的信息可以被采集并向用戶展現(xiàn)，或借助電池中的微芯片傳輸給充電器。在此以外，無(wú)線與遠(yuǎn)程通訊也開(kāi)始被充電系統(tǒng)應(yīng)用來(lái)電池與充電器間的通訊。電池需要在適宜的外部條件下運(yùn)行，發(fā)熱管理系統(tǒng)也尤為重要，這是由于溫度會(huì)降低電池平衡以及使用性能。

（2）軟件。軟件是整個(gè)鋰電池智能管理系統(tǒng)的核心，這是由于它管理一切硬件的運(yùn)作，而且借助傳感器信息來(lái)完成決策以及狀態(tài)測(cè)評(píng)：控制開(kāi)關(guān)、傳感器機(jī)制的采樣率監(jiān)控，電池平衡調(diào)整，連動(dòng)態(tài)安全電路的設(shè)置都需要智能管理的軟件。并且，持續(xù)地更新以及監(jiān)控電池要求實(shí)時(shí)的信息處理與分析，有效的自動(dòng)信息研究是實(shí)現(xiàn)功能的核心。因?yàn)闋顟B(tài)評(píng)測(cè)與錯(cuò)誤估計(jì)都是經(jīng)過(guò)研究分析來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些數(shù)據(jù)都會(huì)由一個(gè)友好的界面來(lái)呈現(xiàn)給用戶并提出有效的建議。

鋰電池智能管理系統(tǒng)中軟件的實(shí)際功能主要有以下幾個(gè)方面：電池的荷電狀態(tài)與健康狀態(tài)的確定，并且會(huì)被融合在能量測(cè)評(píng)中：能量測(cè)評(píng)也能反映出電池使用期限并借助模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、狀態(tài)空間模型等有效的算法設(shè)置。應(yīng)用調(diào)整電池平衡的目的是在防止電池過(guò)充過(guò)放的基礎(chǔ)上最大限度的呈現(xiàn)和利用電池性能。大部分的軟件錯(cuò)誤會(huì)被對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)處理發(fā)現(xiàn)，并且需要數(shù)據(jù)處理機(jī)制來(lái)研究，從而給出電池錯(cuò)誤警示并反映處超過(guò)正常參數(shù)的情況，另外，還需要依據(jù)SOH、SOL向用戶呈現(xiàn)錯(cuò)誤警告以及有效建議。

3 結(jié)語(yǔ)

鋰電池是電動(dòng)汽車的最重要的動(dòng)力，它的性能很大程度影響了電動(dòng)汽車的使用性能，所以對(duì)其進(jìn)行研究突破是十分重要的。綜上所述，電池智能管理系統(tǒng)的狀態(tài)測(cè)評(píng)、構(gòu)建模型以及調(diào)節(jié)平衡都需要提出切實(shí)有效的改進(jìn)優(yōu)化措施，進(jìn)而完善目前電池智能管理系統(tǒng)的弊端。

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