電動(dòng)汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)控制方法研究

蔣超宇 楊學(xué)平 楊繼璽

摘要：在當(dāng)前電力汽車的日常運(yùn)行中，最關(guān)鍵的就是要實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)的科學(xué)合理化管理，這樣才能夠促使動(dòng)力電池控制在最佳的工作區(qū)間。其中，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的控制與管理。就要對(duì)電池性能、電性能、安全性能以及使用壽命進(jìn)行測(cè)試與檢驗(yàn)，最終來實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的控制。因此在本文中，對(duì)當(dāng)前電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池管理系統(tǒng)中電池性能、電性能、安全性能以及使用壽命進(jìn)行的檢測(cè)，從而來提高電池的使用壽命和安全穩(wěn)定性，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的科學(xué)化管理。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;動(dòng)力電池;管理系統(tǒng);控制方法

中圖分類號(hào)：TM912? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）02-0193-02

1? 動(dòng)力電池系統(tǒng)的概述

在當(dāng)前電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池系統(tǒng)中，主要包含了三部分結(jié)構(gòu)，分別是電池組、電池管理系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)。在電動(dòng)汽車的運(yùn)行過程中，需要保證三部分相互之間的配合，進(jìn)而可以根據(jù)不同的運(yùn)行情況來進(jìn)行充放電，從而進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)動(dòng)力電池中能量的管理和安全管理以及健康管理。電池指的是組成動(dòng)力電池中的基本單元，一般是通過電池結(jié)的組成技術(shù)來將電池單元進(jìn)行串并聯(lián)的連接，從而來滿足汽車在運(yùn)行過程中對(duì)動(dòng)力電池功率和能量的各項(xiàng)要求。電池管理系統(tǒng)指的是電池管理系統(tǒng)的控制板，電流電壓溫度檢測(cè)元器件以及相關(guān)的信息采集、控制和約束來組成。電池管理系統(tǒng)主要是對(duì)電池組中的電池進(jìn)行科學(xué)合理的控制和管理。但是電氣系統(tǒng)是由電池切斷單元、高壓連接、低壓控制通訊線束來組合而成，用于連接電池管理系統(tǒng)和電池組，進(jìn)而促使動(dòng)力電池能夠進(jìn)行能量的分配和進(jìn)行安全的防護(hù)，也就是保證電動(dòng)汽車可以持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行。

總而言之，在動(dòng)力電池系統(tǒng)的三個(gè)組成部分中，動(dòng)力電池占據(jù)著核心地位，電池管理系統(tǒng)作為控制的關(guān)鍵，來實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池狀態(tài)的控制，同時(shí)結(jié)合熱管理的相關(guān)部件來進(jìn)一步的保證能夠?yàn)閯?dòng)力電池提供舒適的工作和運(yùn)行環(huán)境。

2? 電池管理系統(tǒng)

2.1 電池管理系統(tǒng)中電氣架構(gòu)

簡(jiǎn)單來說，電池管理系統(tǒng)主要是采用了分布式電池管理系統(tǒng)，包含了一個(gè)主控制器，一個(gè)高壓控制器和兩個(gè)從控制器以及其他的材料控制線束來組合而成，在合成的過程中，一般可以通過CAN總線來實(shí)現(xiàn)各個(gè)控制器之間的信息交流和控制。（圖1）

主控制器，主要是控制從控制器和高壓控制器上傳的信息進(jìn)同時(shí)來進(jìn)一步的控制Dolly電池在運(yùn)行中的狀態(tài)，還可以對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷和及時(shí)的處理。而高壓控制器主要是通過實(shí)時(shí)的采集并上報(bào)動(dòng)力電池中的總電壓，各路各種數(shù)據(jù)信息，從而來可以為后期的計(jì)算和電狀態(tài)、健康狀態(tài)的分析來提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，也可以實(shí)現(xiàn)預(yù)充電檢測(cè)和絕緣檢測(cè)功能。從控制器，一般是用于收集和上報(bào)動(dòng)力電池單體電壓的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息。及時(shí)的反饋每一串電池中SOC和SOH，最終來保證動(dòng)力使用過程中電芯的一致性。對(duì)于采樣控制線束來說，主要是促使動(dòng)力電池中各種信息收集和控制器信息交換來提高硬件支持。

2.2 電池管理系統(tǒng)中的控制方法

要想保證電動(dòng)汽車中動(dòng)力電池系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)正常的運(yùn)行，電池壽命可以滿足電動(dòng)汽車的要求，并且保證動(dòng)力電池系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行等，都需要對(duì)動(dòng)力電池的循環(huán)壽命進(jìn)行控制，從而來進(jìn)一步保證動(dòng)力電池能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行并且進(jìn)行使用。

動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的控制方法中，主要包括了四個(gè)方面的控制方法。第一是對(duì)工作模式的控制，電池管理系統(tǒng)包括了待機(jī)、放電、充電、故障四種模式，根據(jù)不同的模式來展開對(duì)應(yīng)的功能。第二是對(duì)預(yù)充電的控制，在控制的流程中，首先是通過bms即時(shí)檢測(cè)vcu發(fā)來的預(yù)充使能信號(hào)，進(jìn)而來閉合相關(guān)的接觸器，同時(shí)及時(shí)的反饋接出去當(dāng)前的狀態(tài)，還需要檢測(cè)動(dòng)力母線的電壓與動(dòng)力電池電壓之間的關(guān)系。如果某些中電壓達(dá)到相關(guān)的條件數(shù)值時(shí)，及時(shí)的切斷預(yù)充的回路，從而來完成預(yù)充電的控制過程。第三是對(duì)充放電的控制過程，主要是通過對(duì)周邊環(huán)境中的溫度，動(dòng)力電池中SOH和SOC以及可充電的功率等不同維度來實(shí)現(xiàn)控制和管理，從而來及時(shí)的保證動(dòng)力電池能夠快速充電。最后是對(duì)熱管理的控制。對(duì)熱管理的控制中，主要是通過環(huán)境中的溫度以及動(dòng)力電池中的溫度信息來進(jìn)一步的對(duì)動(dòng)力電池充放電力進(jìn)行評(píng)估，科學(xué)合理的控制開啟和關(guān)閉加熱器的裝置。

3? 當(dāng)前電動(dòng)汽車中動(dòng)力電池的管理與測(cè)試方法

3.1 在對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行管理和檢測(cè)中的相關(guān)問題分析

準(zhǔn)確的來說，在當(dāng)前對(duì)電池企業(yè)生產(chǎn)出的產(chǎn)品進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)，一般是采取單體電池來進(jìn)行。其中在檢測(cè)時(shí)是在實(shí)驗(yàn)條件的情況下來進(jìn)行對(duì)單體電池的測(cè)定。其中，對(duì)于包動(dòng)力電池來說，自身的各個(gè)單體電池均存在一些差異性，從而使得電池的性能和單體電池在進(jìn)行測(cè)試的過程中出現(xiàn)了較大的改變。因此，在當(dāng)前對(duì)電池性能測(cè)試的過程中，首先是需要重視對(duì)電池中SOC的測(cè)試估計(jì)，此外還需要進(jìn)一步的分析出單體電池在總電池組中起到的作用和具體的出力情況，這樣才可以進(jìn)一步準(zhǔn)確的分析出具體的單體電池的具體作用。為了進(jìn)一步的調(diào)查單體電池的具體作用，對(duì)現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料進(jìn)行了充分的調(diào)查與分析，了解到當(dāng)前對(duì)電池中的SOC的檢測(cè)估算方法包括了，可以通過對(duì)電壓、電流、溫度等來直接的測(cè)量外特性參數(shù)，從而來可以準(zhǔn)確的分析出電池本身具有的特性。但是在對(duì)動(dòng)力電池來說，需要工作人員來準(zhǔn)確的掌握電池所處的壽命狀態(tài)，這是因?yàn)殡姵刈陨淼膲勖鼱顟B(tài)會(huì)存在較大的差別，因而就需要及時(shí)的了解電池的壽命狀態(tài)，最終來及時(shí)的進(jìn)行壽命狀態(tài)的修正模型，提高動(dòng)力電池的使用壽命。

3.2 當(dāng)前動(dòng)力電池中管理的現(xiàn)狀

隨著國(guó)家智能電網(wǎng)的發(fā)展，國(guó)家正在和地方政府加強(qiáng)對(duì)電動(dòng)汽車的合作，其中是集中在對(duì)電動(dòng)汽車的充電設(shè)施方面的投資與研究。簡(jiǎn)單來說，當(dāng)前的電力公司會(huì)建立相關(guān)的電動(dòng)汽車的充電設(shè)施的相關(guān)一系列的標(biāo)準(zhǔn)，從而來及時(shí)的實(shí)現(xiàn)充電站和電網(wǎng)之間的互動(dòng)力度。準(zhǔn)確的來說，電網(wǎng)公司實(shí)施的電動(dòng)汽車的充電設(shè)施可以進(jìn)一步的提高電動(dòng)汽車在充電中的效能和所提供的服務(wù)質(zhì)量水平，最終可以進(jìn)一步的提供標(biāo)準(zhǔn)化的信息。也就是可以用于對(duì)動(dòng)力電池中SOC估算檢測(cè)的數(shù)據(jù)信息源，便于展開相對(duì)應(yīng)的建設(shè)。

3.3 當(dāng)前對(duì)動(dòng)力電池中管理中的具體內(nèi)容

以混合動(dòng)力汽車鋰電池為對(duì)象，通過電池的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境和電池容量衰退多種影響因素的分析，利用LabVIEW虛擬編程軟件和NI硬件搭建電池的功能模型，從電池的電壓、溫度和電流三個(gè)參數(shù)方面進(jìn)行與實(shí)際運(yùn)行環(huán)境條件下的電池壽命測(cè)試。其中，首先是要完成硬件的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)模型的工作要求，完成模型硬件主要芯片的選型。第二是要充分的利用LabVIEW虛擬開發(fā)平臺(tái)搭建電池模型的軟件功能模型：實(shí)時(shí)采集、離線回放、數(shù)據(jù)處理、故障診斷、數(shù)據(jù)保存等設(shè)計(jì)。第三是加大對(duì)模型進(jìn)行集成測(cè)試，從而來通過傷真測(cè)試驗(yàn)證模型的功能可用性。

在對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行測(cè)試和管理的過程中，要確保完成對(duì)應(yīng)的研究任務(wù)，第一是完成深合動(dòng)力汽車?yán)黼姵貐?shù)模型的總體設(shè)計(jì)方案。第二是完成模型硬性主控芯片的選型。第三是搭建模型虛擬開發(fā)平臺(tái)。第四是完成模型功能調(diào)試，并驗(yàn)證模型穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

3.4 采取的研究方法及可行性分析

在當(dāng)前對(duì)電池中硬件設(shè)計(jì)的過程中，首先硬件在設(shè)計(jì)時(shí)首先是需要根據(jù)硬件的相關(guān)原則和規(guī)范來進(jìn)行，從而可以進(jìn)一步的確定出電池中具體的硬件芯片的型號(hào)，在硬件中各個(gè)模塊的具體設(shè)計(jì)中的硬件戶品的集成是屬于在相對(duì)應(yīng)的軟件平臺(tái)和相關(guān)儀器的基礎(chǔ)上來進(jìn)行對(duì)硬件瓷源的具體配置設(shè)計(jì)和對(duì)接口的調(diào)試。其中在軟件的模型的設(shè)計(jì)和分析過程中是需要根據(jù)相關(guān)的原則來準(zhǔn)確的對(duì)電池硬件進(jìn)行測(cè)試與分析，之后再進(jìn)行對(duì)動(dòng)力電池硬件中部分軟件功能和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，同時(shí)需要制定相關(guān)對(duì)軟件功能和結(jié)構(gòu)的測(cè)試程序。第三步就是對(duì)硬件中其他功能進(jìn)行具體的評(píng)細(xì)設(shè)計(jì)，并且還需要進(jìn)行對(duì)軟件文檔的設(shè)計(jì)。但是在編程調(diào)試的階段中，是需要在具體仿真的狀態(tài)下來進(jìn)行調(diào)試。但是，硬件和軟件模型的集成是需要一起進(jìn)行調(diào)試和和聯(lián)調(diào)，同時(shí)還需要在各個(gè)階段中進(jìn)行測(cè)試和實(shí)驗(yàn)。

簡(jiǎn)單來說，當(dāng)前動(dòng)力電池中的虛擬儀器技術(shù)已經(jīng)融合了模塊化硬件、開發(fā)技術(shù)以及PC技術(shù)，因而在對(duì)電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試的過程中，可以通過相對(duì)應(yīng)的軟件來建立相對(duì)應(yīng)的收器，而軟件的定義卻比軟件廠家生產(chǎn)出定義臺(tái)式儀器的功能更加的全面和靈活。而且因?yàn)檐浖泻辛薖C技術(shù)，進(jìn)一步快速的提高了對(duì)運(yùn)行速度的提升。近年來，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使得虛報(bào)儀器技術(shù)的功能、技術(shù)、性能來有了顯著的提高，從而進(jìn)一步的取代了傳統(tǒng)的儀器。準(zhǔn)確的來說，當(dāng)前的虛擬技術(shù)可以進(jìn)一步的成為檢測(cè)電動(dòng)汽車或者動(dòng)力電池的最佳測(cè)試模型，從而來減輕工作人員的工作難度，可以準(zhǔn)確的掌握相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。

4? 結(jié)語

在混合動(dòng)力汽車的運(yùn)行中，最關(guān)鍵的就是需要保證電池管理系統(tǒng)的科學(xué)合理化運(yùn)行，從而來延長(zhǎng)電池的使用壽命，保證電動(dòng)汽車可以安全的運(yùn)行，提高整個(gè)車輛的性能。此時(shí)就需要對(duì)電池管理系統(tǒng)進(jìn)行控制和測(cè)試。在本文中，通過利用LabVIEW虛報(bào)開發(fā)平臺(tái)和硬件結(jié)構(gòu)搭建混合動(dòng)力汽車鋰電池?cái)?shù)據(jù)監(jiān)控模型，為混合動(dòng)力汽車的電池?cái)?shù)據(jù)采集和故障診斷提高條件。而且本文專注于鋰電池三參數(shù)與電池壽命的關(guān)聯(lián)分析，為混合動(dòng)力汽車鋰電池發(fā)展提供依據(jù)，進(jìn)一步的為后續(xù)電動(dòng)汽車中動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的控制和測(cè)試奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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