一種基于功能安全的新能源汽車能量管理方案

王春麗 肖小城 梁長(zhǎng)飛 沙文瀚 方濤 丁凌志

摘 要：介紹一種基于功能安全的新能源汽車能量管理方案，并闡述了在保證整車動(dòng)力性的同時(shí)，合理保證能量分配，對(duì)能量的流動(dòng)做實(shí)時(shí)監(jiān)控。重點(diǎn)介紹了能量管理的基本功能及其在控制上的實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：新能源；能量管理方案；功能安全

*奇瑞全鋁車身A0級(jí)純電動(dòng)SUV研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化（16030901035）資助

0 引言

該能量管理方案主要考慮高壓動(dòng)力電池系統(tǒng)的能量分配。電池的能量不能充分利用，影響整車的動(dòng)力性、高壓附件的舒適性能等，但電池能量的過(guò)度使用會(huì)導(dǎo)致電池衰減，對(duì)電池造成不可逆的傷害，所以對(duì)于新能源汽車來(lái)說(shuō)，動(dòng)力電池能量的有效分配和監(jiān)控十分必要。

純電動(dòng)汽車的能量來(lái)自動(dòng)力電池系統(tǒng)。動(dòng)電池的可用功率主要用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和高壓負(fù)載，其中高壓負(fù)載包括空調(diào)系統(tǒng)制冷、制熱和DCDC 轉(zhuǎn)換；

電池管理系統(tǒng)根據(jù)電池的單體參數(shù)估算電池的峰值功率以及持續(xù)放電功率，為保證整車動(dòng)力性，整車中央控制單元優(yōu)先使用峰值功率。當(dāng)峰值功率持續(xù)時(shí)間截止，切換使用電池的可持續(xù)放電功率，充分利用電池的可用功率。

在充分利用電池功率的同時(shí)，要充分考慮系統(tǒng)效率，尤其在低電量時(shí)，電池功率較低，動(dòng)力需求較大，在功率不足情況下易導(dǎo)致負(fù)載功率超出電池的范圍，影響電池壽命。

1 系統(tǒng)方案分析

該能量管理系統(tǒng)包括動(dòng)力電池模塊、電機(jī)減速器三合一模塊。壓縮機(jī)模塊。PTC模塊和DCDC 模塊（如圖1）。

動(dòng)力性與電池保護(hù)方面的優(yōu)勢(shì)：

1）動(dòng)力電池峰值功率保證各系統(tǒng)工作，同時(shí)提高系統(tǒng)動(dòng)力性能；

2）低電量時(shí)，可實(shí)時(shí)平衡舒適性與動(dòng)力性，合理化系統(tǒng)需求扭矩，防止電池系統(tǒng)過(guò)放。

1.1.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需求功率的計(jì)算

此處提出了電池峰值功率與持續(xù)放電功率的概念，電池峰值功率表示可持續(xù)10 s中輸出的最大功率，可用于加速超車等動(dòng)力性需求工況；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需求功率是整車中的最大功率需求，DCDC 的需求按照選型最大2 kW左右，

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需求功率估算之后，整車中心控制單元需要實(shí)時(shí)監(jiān)控驅(qū)動(dòng)實(shí)際消耗的系統(tǒng)功率，避免出現(xiàn)過(guò)放的現(xiàn)象，我們采用功能安全的安全監(jiān)控措施-扭矩監(jiān)控，實(shí)時(shí)反饋調(diào)整驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需求功率。

1.1.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)扭矩監(jiān)控

3 系統(tǒng)仿真

以某一純電車型為例，進(jìn)行系統(tǒng)仿真。

3.1 系統(tǒng)選型參數(shù)

電池系統(tǒng)選型，10 s峰值功率175 kW、30 s持續(xù)放電功率165 kW；

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)額定功率75 kW、峰值功率150 kW；

空調(diào)系統(tǒng)峰值功率3.5 kW；

DCDC 功率2 kW；

PTC峰值功率5.5 kW；

3.2 整車目標(biāo)：

0 → 100 km/h加速時(shí)間：8.2 s；

最高車速200 km/h

3.2.1 電量充足，整車性能目標(biāo)與功率校驗(yàn)

3.2.2 電量不足時(shí)整車性能目標(biāo)與功率校驗(yàn)

4 結(jié)束語(yǔ)

本文是一種新能源汽車的能量管理方案，經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證初步達(dá)到設(shè)計(jì)目的。為了詳細(xì)驗(yàn)證系統(tǒng)控制策略，奇瑞新能源公司試裝車輛用于測(cè)試驗(yàn)證，并結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)控制策略進(jìn)行修改和完善，目前車輛已經(jīng)達(dá)到可量產(chǎn)水平，證明控制策略在實(shí)際運(yùn)用中具有較強(qiáng)的可行性。

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