新能源汽車電池管理系統(tǒng)概述

李旺

摘要：我國是世界上最大的發(fā)展中國家，也是汽車保有量、生產(chǎn)量最多的國家，隨著我國人民不斷富裕，汽車的保有量在很長一段時(shí)間內(nèi)會(huì)持續(xù)大幅度增長。按照這一趨勢(shì)，到2025年，我國汽車保有量預(yù)計(jì)將會(huì)超過2億。新能源的使用會(huì)大大減少我國汽車對(duì)石油能源的依賴，并且會(huì)降低由于汽車尾氣帶來的環(huán)境影響。新能源汽車的動(dòng)力源以純電能為主，并且電能在汽車中是消耗能源，必須在使用一段時(shí)間后進(jìn)行充電，因此，對(duì)電池的管理就顯得非常重要。良好的電池管理系統(tǒng)應(yīng)該具有較強(qiáng)的充電能力、監(jiān)控能力和保護(hù)電池的能力。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;電池管理;充電

一引言

在科技高速發(fā)展的21世紀(jì)，不可再生能源的消耗量不斷增加，導(dǎo)致人類對(duì)新興可再生能源的需求十分迫切。電能屬于一種典型的可再生能源，并且是一種清潔能源，人類目前對(duì)石油化工等原料的使用不僅消耗了不可再生能源，而且對(duì)人類生活環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。在整個(gè)世界范圍內(nèi)尤其發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家，燃油汽車保有量不斷提升，導(dǎo)致汽車尾氣的排放與日俱增。因此，以電力為動(dòng)力手段的新能源汽車成為了人類汽車行業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)和趨勢(shì)。新能源汽車最大的優(yōu)勢(shì)就是環(huán)保，并且依賴可再生能源，可以降低對(duì)人類生活環(huán)境和自然資源環(huán)境的破壞，但其最大的劣勢(shì)則是充電時(shí)間較長，并且依賴固定的電池。

二文獻(xiàn)綜述

（1）國外研究現(xiàn)狀

由于國外對(duì)新能源汽車的研發(fā)較早，其有效配套設(shè)施研發(fā)也相對(duì)較早，并且技術(shù)成熟。目前國外已經(jīng)問世的新能源汽車電池管理系統(tǒng)已經(jīng)能夠兼容市面上主流的新能源汽車。

目前不僅僅是寶馬奔馳推出新能源汽車，日本的豐田汽車也開始推行新能源汽車。已經(jīng)取得了較為突出的技術(shù)成果，并且已經(jīng)開發(fā)出各類充電管理系統(tǒng)，在高速公路、住宅區(qū)和市區(qū)指定公共區(qū)域完成了電池設(shè)置的部署。這些公司在研發(fā)智能化充電管理系統(tǒng)方面占有“先手優(yōu)勢(shì)”并已經(jīng)積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)。美國的知名大學(xué)ViUanova2019年聯(lián)合本土汽車生產(chǎn)公司完成了電池的有效測(cè)試，并引入了模糊邏輯預(yù)測(cè)的研究方法;美國知名大學(xué)Toxed提出了BMS系統(tǒng)，為后續(xù)相關(guān)技術(shù)研發(fā)提供有效參考依據(jù);美國的世界知名汽車生產(chǎn)商通用公司研發(fā)并已經(jīng)投入使用了EVI電池管理系統(tǒng);美國AC Propulsion公司在美國政府科研基金的支持下研發(fā)出了具有較高充電性能的BatOpt管理系統(tǒng)。

日本在2019年繼續(xù)在新能源領(lǐng)域取得階段性突破，在電池管理系統(tǒng)方面實(shí)現(xiàn)精確的剩余電量估算，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的測(cè)量，且續(xù)航里程數(shù)也得到提升。韓國的步伐也是比較快的，一直追趕亞洲霸主的地位，首爾大學(xué)自動(dòng)化控制學(xué)院跟通信學(xué)院聯(lián)合控制開發(fā)了一款對(duì)新能源汽車的電池監(jiān)控管理系統(tǒng)有測(cè)量功能的軟件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的管理、充放電控制以及一點(diǎn)均衡管理的功能，進(jìn)而可以更進(jìn)一步的控制新能源汽車的最大功率。同時(shí)韓國還開發(fā)了一款軟件SUMSUNG芯片，可以檢測(cè)跟控制整個(gè)充電樁監(jiān)控管理系統(tǒng)，是電池管理系統(tǒng)的技術(shù)又成熟了很多，不斷推動(dòng)其發(fā)展。

正如GlenCurrie、RobinEvans、CohnDuffield和IvenMareels在《PolicyOptions t0 Regulate PV in Low Voltage Grids-Australian Case with InternationalImplications》文章中展示了對(duì)澳大利亞案例的社會(huì)技術(shù)評(píng)估，它對(duì)能源政策和監(jiān)管具有國際影響。澳大利亞是全球少數(shù)幾個(gè)面臨國內(nèi)光伏（光伏系統(tǒng)）采用50%以上饋線連接的地方之一。這導(dǎo)致了網(wǎng)格問題，并且是一個(gè)全球性的新興問題。

Rajeshree Ramjug-Ballgobin和Roopesh Fowdar在《Application ofmetaheuristic control strategies to voltage regulation》提出了四種適用于兩種現(xiàn)有電池模型（一階和四階）的控制器，該控制器具有一種考慮非線性的I型激勵(lì)系統(tǒng)。采用基于雜草優(yōu)化算法的PID控制器和自適應(yīng)神經(jīng)模糊接口系統(tǒng)控制器，在突然電壓波動(dòng)的情況下調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出。經(jīng)過試驗(yàn)，結(jié)果表明，由于大多數(shù)系統(tǒng)在超調(diào)、穩(wěn)態(tài)誤差、沉降時(shí)間和上升時(shí)間等方面都改善了無補(bǔ)償系統(tǒng)的響應(yīng)，因此具有很好的應(yīng)用前景?？傮w最佳c控制器被發(fā)現(xiàn)是基于Java的PID，因?yàn)樗捻憫?yīng)以及它快速收斂到最佳適應(yīng)度的能力，可以運(yùn)用到我們的生產(chǎn)生活中。

（2）國內(nèi)研究現(xiàn)狀

早在十三五規(guī)劃期間，新能源汽車的相關(guān)課題研究就出現(xiàn)在會(huì)議當(dāng)中，最近幾年一直對(duì)新能源汽車加大扶持力度。在混合動(dòng)力車當(dāng)中用到的電池組里面就有電池管理系統(tǒng)，對(duì)電池組有電流電壓的信息采集，有控制芯片對(duì)其采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，還有顯示器顯示采集到的和處理完之后的數(shù)據(jù)。我國最近幾年新能源汽車?yán)^續(xù)發(fā)展，比亞迪汽車2019年繼續(xù)推出新能源汽車，即唐、宋、秦之后繼續(xù)推出相關(guān)的主題新能源汽車。該款新能源汽車用的電池組就是鋰離子電池，該課題也一直是我國長期研究的主要課題之一，任重而道遠(yuǎn)。

三電池管理系統(tǒng)概述

電池管理系統(tǒng)是電池與新能源汽車之間連接的紐帶，其中每一個(gè)環(huán)節(jié)都是相互聯(lián)系的。其電池管理系統(tǒng)框圖如圖1.1所示。

1.監(jiān)測(cè)電池狀態(tài)

電池管理系統(tǒng)對(duì)所有涉及的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理來明確該系統(tǒng)目前處于的狀態(tài)。通俗的講，BMS的監(jiān)測(cè)狀態(tài)是其所有功能實(shí)現(xiàn)的前提條件，也是其最基礎(chǔ)的功能之一。

2.估計(jì)剩余電量

SOC估算是電池管理系統(tǒng)的核心問題，通過對(duì)新能源汽車進(jìn)行準(zhǔn)確的SOC估算，可以明確汽車還能行駛的里程數(shù)，給駕駛者提供一定的依據(jù)。

3.安全管理

安全管理主要指對(duì)電池進(jìn)行安全保護(hù)。安全重于一切，是一切的前提保證。

4.電池組均衡管理

電池組均衡管理，主要針對(duì)每一節(jié)單體電池的電量均勻分布，不會(huì)出現(xiàn)電量不均衡導(dǎo)致影響整體的使用壽命的問題。單體電池的電量出現(xiàn)不統(tǒng)一就會(huì)造成電池組出現(xiàn)虛電的狀態(tài)，電量顯示為100%，其實(shí)內(nèi)部的電量可能在85%左右，影響新能源汽車的正常行駛，給駕駛者造成一定的干擾。

5.熱量管理

在充電的過程當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生熱量，將熱量進(jìn)行及時(shí)排出也是其一項(xiàng)功能。

6.通信功能

電池管理系統(tǒng)與新能源汽車的設(shè)備之間的信息傳遞是必備的要素，通過數(shù)據(jù)線或者串口進(jìn)行內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，從而實(shí)現(xiàn)電池管理系統(tǒng)的功能。

四、總結(jié)

目前，新能源汽車電池管理系統(tǒng)出臺(tái)相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。本文從新能源汽車電池管理系統(tǒng)的需求進(jìn)行分析，結(jié)合當(dāng)前新能源汽車大力發(fā)展的趨勢(shì)，對(duì)新能源汽車電池管理系統(tǒng)的研發(fā)更加深入了，以開發(fā)出具有高性能、可靠性強(qiáng)且安全系數(shù)高、各項(xiàng)數(shù)據(jù)估算準(zhǔn)確的電池管理系統(tǒng)。