一種純電動推土機電池管理系統(tǒng)

劉 燕，李雪如，孟德濤，孟凡文

（濟寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濟寧 272000）

1 研究背景

節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為制造業(yè)的主題之一，推土機產(chǎn)業(yè)本著綠色動力、節(jié)能環(huán)保的理念，向純電動方向進軍。目前，發(fā)展純電動推土機面臨的四大核心問題：①電池排布問題，推土機的可用空間有限，沒有底盤這樣的整體平整空間，平鋪電池；②受推土機馬力的限制，電池組的總數(shù)選擇有限制，電量有限，工作所需的能耗較大，故工作時間約2h 左右；③電池管理系統(tǒng)與整車控制系統(tǒng)相對獨立，不利于相關(guān)功能的擴展，整車控制器不能根據(jù)不同的工況對其進行調(diào)整。

針對上述問題，本論文設(shè)計了一款電動推土機的控制系統(tǒng)，通過集成化設(shè)計，使純電動推土機達到適應(yīng)性、拓展性強，安全性高，能耗低的目的。

2 純電動推土機電池管理系統(tǒng)

2.1 控制系統(tǒng)簡介

純電動推土機電池管理系統(tǒng)將動力電池管理控制功能設(shè)計到整車控制器中，相關(guān)電路和散熱管理也集成到整車線路中，整體設(shè)計包括整車電器控制線路、整車控制器、電機控制器、整車顯示器、遠程監(jiān)控系統(tǒng)、單體BMS6 等部分組成，如圖1 所示。

圖1 純電動推土機動力電池管理系統(tǒng)的整體設(shè)計實現(xiàn)圖

2.2 系統(tǒng)特點

該系統(tǒng)通過上述6 大部分的相互配合，改變原來動力電池管理系統(tǒng)的相對獨立性問題，集成化設(shè)計有利用整車控制器進行動力電池的相關(guān)控制、顯示、報警、數(shù)據(jù)傳輸，并將結(jié)合具體工況和動力電池情況進行電機功率輸出控制，系統(tǒng)的具體特點如下。

1）集成化設(shè)計，將動力電池管理控制功能設(shè)計到整車控制器中，相關(guān)電路和散熱管理也集成到整車線路中，減少動力電池及配件排布所需要的空間。

2）打破控制壁壘，各個部分之間的控制和通信都是雙向的，整車控制器具有最高控制權(quán)。

3）節(jié)約能耗，減少能量浪費，控制器會根據(jù)數(shù)據(jù)情況判斷是否需要單體BMS 的電路和整車保護電路的開啟，這樣可以節(jié)約一些不必要的電路能量消耗。

4）針對性控制，增加BMS 開啟電路，對單體BMS 由整車控制器進行控制，除了能實現(xiàn)傳統(tǒng)電池管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取功能外，還可以對內(nèi)部單個BMS 進行具體控制操作。例如當檢測到某塊單體電池溫度超過一定數(shù)值后，可進行開啟單體內(nèi)部保護電路的方式，加之控制水泵的排水量散熱的方式進行加速散熱并對整體功能進行保護。

5）整車控制器通過讀取單體電池的信息，進行數(shù)據(jù)分析和轉(zhuǎn)化，通過CAN 線發(fā)送給整車顯示器進行電池組數(shù)據(jù)的實時數(shù)據(jù)，并能對單體進行報警提示，增強人機交互性能。與此同時，還利用Server 服務(wù)器將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程終端，進行遠程數(shù)據(jù)記錄和分析，方便獲取整車數(shù)據(jù)，為組建相關(guān)數(shù)據(jù)庫打下基礎(chǔ)。

6）整車控制器在獲取了動力電池組的信息后，根據(jù)電池組的狀態(tài)，及實車的工況，預(yù)判電池組的剩余工作時間，當電量達到一定數(shù)據(jù)后要結(jié)合電機控制器進行限功率輸出設(shè)計，保證整車工作在合理的匹配狀態(tài)。

2.3 單體電池管理系統(tǒng)

單體電池管理系統(tǒng)受整車控制器的控制，并加入系統(tǒng)開啟電路環(huán)節(jié)。單體電池管理系統(tǒng)主要由電池狀態(tài)檢測電路、電池狀態(tài)分析電路、電池安全保護電路、能量控制管理電路、電池信息管理電路組成。與常規(guī)單體電池管理系統(tǒng)相比，功能更加齊全。具體組成結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 純電動推土機單體電池管理系統(tǒng)（BMS）電路組成

通過上述電路的設(shè)置，檢測到動力系統(tǒng)的總電流、總電壓、總絕緣電阻信息并傳遞到總的電池管理系統(tǒng)，總系統(tǒng)通過計算分析，對整個系統(tǒng)進行保護電路的控制，通過CAN 總線接收到各個分管理系統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)交互，估算分析，得出整個電池組的狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)單體電池需要來判斷是否開啟保護、均衡、維護或更換電池的操作。

與此同時，動力電池組上的絕緣電路，連接電池組的正負極，用于檢測正負極對車體的絕緣電阻；保護電路串聯(lián)在動力電池組的總電路上，在必要的時候斷開電池組的充放電回路；溫度管理電路用于檢測環(huán)境溫度等相關(guān)參數(shù)，必要時對電池組進行升溫或降溫；總電流檢測電路時時檢測該動力系統(tǒng)電流，總電壓檢測電路檢測該系統(tǒng)的電壓。6 大部分相互配合，純電動推土機達到較強的適應(yīng)性、擴展性和安全性，降低能量損耗。

3 結(jié)語

本文提供了一種純電動推土機電池管理系統(tǒng)設(shè)計思路，旨在通過集成化的設(shè)計，避免原來動力電池管理系統(tǒng)的相對獨立，將動力電池管理控制功能設(shè)計到整車控制器中，結(jié)合整車系統(tǒng)中相關(guān)電路和散熱管理設(shè)計，利用整車控制器完成對動力電池的相關(guān)控制、顯示、報警、數(shù)據(jù)傳輸，使得純電動推土機能夠結(jié)合具體工況進行電機功率輸出控制，使純電動推土機達到適應(yīng)性、拓展性強，安全性高，能耗低的目的。