摘要：随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。当前,发展电动汽车,实现汽车能源动力系统的电气化,推动传统汽车产业的创新、转型,在国际上已经形成了广泛共识。电池管理系统是新能源汽车的关键部件,对电池的安全可靠、有效使用和延长使用寿命等起到非常重要的作用。本文就新能源汽车用动力电池管理系统设计展开探讨。
关键词：新能源汽车；动力电池；管理系统
引言
动力电池作为电动汽车的主要能源之一，在电动汽车中占有非常重要的地位。为了满足电动汽车的高功率应用需求，通常由几百节电池串并联组成的电池组来给电动汽车供电，如何有效地管理由数量如此巨大的电池构成的电池组成为电动汽车安全、可靠运行的关键技术之一。同时，电动汽车复杂的运行工况也给电池的管理增加了难度。另外，由于制造工艺的缺陷，很难保证所有的电池都保持高度的一致性。这样，在使用过程中，有部分电池就可能处于过度充电或者过度放电的状态。这些长期处于过充电或者过放电状态的电池很容易损坏，进而影响整个电池组的使用。更严重的是，过充电严重的电池存在爆炸的危险，威胁到人类的安全。所以，如何有效对电池进行均衡管理，使电池组内的电池性能保持一致，也是电池管理的一个重点。
1新能源汽车动力电池管理系统硬件设计
1.1硬件设计组成
动力电池管理系统的硬件设计中，安装了温度调节中的温度计控制线路，外接风扇控制回路，电压采集模板。电池管理中，主要针对剩余电量电池使用温度以及供电时间等信息进行检测。硬件设计中可大致分为三部分，首先是信息获取模块安装，例如温度探测器的组件，安装风扇是对电池温度降低控制的，当温度计探测得到的温度值超出电池安全使用数字时，控制系统中将会自动启动风扇，对动力电池进行降温处理。硬件系统功能实现是在软件控制下而达到的，因此动力电池管理系统在开展硬件设计中，估计考虑了电池的实际运行使用情况，以及是否方便文件管理系统获取信息。由电子式开关来实现均衡支路的切换，无电磁干扰，工作安全可靠。有效地均衡管理大大增加了电池组内电池的一致性，提高了整个电池组的使用寿命。
1.2硬件设计方法
系统软件均采用模块化设计，主要模块有：系统初始化模块、电池信息采集模块、SOC估算模块、均衡控制模块、热管理模块以及通信模块。整个软件的设计采用自顶向下的设计方法，即首先确定顶层各个模块之间的执行顺序，再完成对各个模块内部的程序设计。电池的SOC估算一直是电池管理系统的难点和重点之一。电池内部复杂化学反应、电动汽车复杂的运行工况都给电池SOC的估算增加了难度。本设计中采用的估算策略为静态自学习残余电量算法、动态安时计量法和扩展卡尔曼滤波算法相结合的综合估算算法。在车辆启动前，采用静态自学习残余电量算法来估算电池SOC的初始值，在车辆启动后，通过安时计量法与扩展卡尔曼滤波法的交互式算法来实时估算电池的SOC。静态自学习残余电量算法是依据大量的实验数据、电池上一次使用时的信息以及实时检测到的电池两端电压、温度等信息来估算电池的初始SOC。这些实验数据包括：不同温度下电池充电时开路电压与SOC的关系数据、不同温度下电池放电是开路电压与SOC关系数据。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该算法的实施步骤如下：(1)系统开机时，获取上一次电池工作结束时电池的充放电状态、电池的SOC、上一次系统断电的时间等信息；(2)获取本次开机的时间，并计算两次时间间隔；(3)测量得到各个电池单体两端电压；(4)通过自学习算法，综合以上信息，计算得出电池的初始SOC。通过静态自学习残余电量算法估算得出电池组的初始SOC之后，将电池组的初始SOC作为输入值，利用动态安时计量法与扩展卡尔曼滤波交互式估算算法来实时估算电池的SOC。
2新能源汽车用动力点差管理软件系统设计
2.1远程诊断
远程诊断系统有如下优点:(1)能够及时监控和诊断电池系统的状态。(2)能够收集和分析整车运行工况,优化电池系统控制策略。(3)能够及时发现电池系统的隐患,提醒和指导客户进行问题解决。(4)可以对远程系统参数进行配置,为客户提供人性化服务。(5)降低电池系统使用成本。远程诊断主要由无线监控系统、监控数据库、智能分析系统三部分组成。目前无线监控主要有两种方式:一是TCPIP模式,二是GSM短消息模式,其中TCPIP模式具有传输速度快、数据量大、使用成本低的优点,得到了广泛的应用。
2.2剩余电量估算设计
软件管理系统设计中，重要组成部分是剩余电量的估算，文件管理系统实时监测了解动力电池放电情况，这样才能正确提醒操作人员及时为动力电池充电。动力电池使用中，内部会反复进行复杂的化学反应，其中涉及到水与氧气的频繁转换，如果使用状态不合理，甚至还会造成。软件管理系统设计中需引入静态学习功能，使管理系统可根据动力电池一段时间内的使用情况，来完善数据库。从而对电池寿命，以及电池平均耗电量，供电时长做出估算。温度对动力电池SOC影响较大，实现软件管理系统功能，开发者首先应建立起硬件与软件之间的联系，将硬件温度计探测得到的动力电池使用温度反馈到软件管理系统中。从并由软件管理系统将温度数值结合soc估算数值，最大程度降低动力电池违规操作造成的损伤。
2.3控制策略
新能源汽车对电池及管理系统的产品要求主要体现在以下三个方面:电池使用首先必须具有较高的安全性;对装配电池的汽车来讲,电池及管理系统要求有较高的可靠性;对从事相关售后的人员来说,系统应具有较好的可维护性。这些产业化推广要求对电池管理系统软硬件设计都提出了较高层次的要求(从产业链的角度进行产品设计)。在整个BMS设计过程中,软件控制策略是个核心的问题。电池管理系统的控制策略主要分为基本功能和高级功能两部分。基本功能主要实现电池系统的安全保护、监控。高级功能主要面向整车、驾驶人员、售后服务人员,为他们提供相关信息,从而达到电池最佳使用条件,充分发挥电池系统的性能。
结语
本文首先对新能源电力汽车动力电池管理中的硬件组成作出介绍，并结合硬件管理系统与软件之间的相互联系，提出提升电池管理效率的有效方法。并从软件设计优化角度展开讨论，重点研究动力电池剩余电量估算管理，帮助全面提升新能源汽车动力系统运行稳定性，从而全面提升系统的安全效率。
参考文献
[1]王虹，粱杰申.新能源汽车用动力电池管理系统设计[J].组合机床与自动化加工技术，2017.
[2]罗玉涛.一种集散式动力电池组动态均衡管理系统[J].电工技术学报,2018.
论文作者:石旭
论文发表刊物:《中国电业》2019年 19期
论文发表时间:2020/3/4
标签：电池论文; 管理系统论文; 电池组论文; 系统论文; 新能源论文; 电量论文; 动力电池论文; 《中国电业》2019年 19期论文;