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間內(nèi)會持續(xù)大幅度增長。按照這一趨勢,到2025年,我國汽車保有量預(yù)計將會超過2億。新能源的使用會大大減少我國汽車對石油能源的依賴,并且會降低由于汽車尾氣帶來的環(huán)境影響。新能源汽車的動力源以純電能為主,并且電能在汽車中是消耗能源,必須在使用一段時間后進行充電,因此,對電池的管理就顯得非常重要。良好的電池管理系統(tǒng)應(yīng)該具有較強的充電能力、監(jiān)控能力和保護電池的能力。
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,不可再生能源的消耗量不斷增加,導致人類對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,人類目前對石油化工等原料的使用不僅消耗了不可再生能源,而且對人類生活環(huán)境造成了嚴重的污染。在整個世界范圍內(nèi)尤其發(fā)達國家和發(fā)展中國家,燃油汽車保有量不斷提升,導致汽車尾氣的排放與日俱增。因此,以電力為動力手段的新能源汽車成為了人類汽車行業(yè)的發(fā)展重點和趨勢。新能源汽車最大的優(yōu)勢就是環(huán)保,并且依賴可再生能源,可以降低對人類生活環(huán)境和自然資源環(huán)境的破壞,但其最大的劣勢則是充電時間較長,并且依賴固定的電池。
二文獻綜述
(1)國外研究現(xiàn)狀
由于國外對新能源汽車的研發(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”并已經(jīng)積累了較為豐富的經(jīng)驗。美國的知名大學ViUanova2019年聯(lián)合本土汽車生產(chǎn)公司完成了電池的有效測試,并引入了模糊邏輯預(yù)測的研究方法;美國知名大學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)方面實現(xiàn)精確的剩余電量估算,實現(xiàn)精準的測量,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,首爾大學自動化控制學院跟通信學院聯(lián)合控制開發(fā)了一款對新能源汽車的電池監(jiān)控管理系統(tǒng)有測量功能的軟件,可以實現(xiàn)對電池的管理、充放電控制以及一點均衡管理的功能,進而可以更進一步的控制新能源汽車的最大功率。同時韓國還開發(fā)了一款軟件SUMSUNG芯片,可以檢測跟控制整個充電樁監(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》文章中展示了對澳大利亞案例的社會技術(shù)評估,它對能源政策和監(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。這導致了網(wǎng)格問題,并且是一個全球性的新興問題。
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,在突然電壓波動的情況下調(diào)節(jié)發(fā)電機的輸出。經(jīng)過試驗,結(jié)果表明,由于大多數(shù)系統(tǒng)在超調(diào)、穩(wěn)態(tài)誤差、沉降時間和上升時間等方面都改善了無補償系統(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,因為它的響應(yīng)以及它快速收斂到最佳適應(yīng)度的能力,可以運用到我們的生產(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)在會議當中,最近幾年一直對新能源汽車加大扶持力度。在混合動力車當中用到的電池組里面就有電池管理系統(tǒng),對電池組有電流電壓的信息采集,有控制芯片對其采集來的數(shù)據(jù)進行處理,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繼續(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。
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)測電池狀態(tài)
電池管理系統(tǒng)對所有涉及的數(shù)據(jù)進行采集,通過控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進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)測狀態(tài)是其所有功能實現(xiàn)的前提條件,也是其最基礎(chǔ)的功能之一。
2.估計剩余電量
SOC估算是電池管理系統(tǒng)的核心問題,通過對新能源汽車進行準確的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
安全管理主要指對電池進行安全保護。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,主要針對每一節(jié)單體電池的電量均勻分布,不會出現(xiàn)電量不均衡導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)一就會造成電池組出現(xiàn)虛電的狀態(tài),電量顯示為100%,其實內(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
在充電的過程當中會產(chǎn)生熱量,將熱量進行及時排出也是其一項功能。
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)線或者串口進行內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換,從而實現(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)出臺相應(yīng)的行業(yè)標準和國家建設(shè)標準。本文從新能源汽車電池管理系統(tǒng)的需求進行分析,結(jié)合當前新能源汽車大力發(fā)展的趨勢,對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、可靠性強且安全系數(shù)高、各項數(shù)據(jù)估算準確的電池管理系統(tǒng)。