浅议电动汽车动力电池组管理系统设计

浅议电动汽车动力电池组管理系统设计

张玻

(自贡市公交集团有限责任公司客车厂四川省自贡市643000)

摘要：动力电池管理系统作为电动汽车的核心技术，制约着电动汽车的发展与推广。电动汽车是节能与减排大背景下的研究热点。电池及其管理技术作为电动汽车的三大核心技术之一，近年来得到了广泛的关注。电动汽车的动力电池必须具备安全性好、能量密度和功能密度高、成本低和寿命长等特点，车用动力电池主要有镍氢电池、铅酸电池、超级电容、锂离子电池和燃料电池等。

关键词：电动汽车；动力电池；管理系统

一、电动汽车的发展

电动汽车比内燃机汽车出现的还早一些。最早开发电动汽车的是法国和英国。但那时只是电动汽车原理得到认证,两国的企业界都没有积极去研究这革命性的交通工具。1881年法国人开发了最早的电动汽车,电动汽车有一点发展。当石油原料日益减少、环境污染严重的情况下,各国开始对电动汽车研究、开发和试制的重视。

美国是世界上拥有汽车最多的国家之一。汽车工业是美国的支柱产业,在给美国带来经济的繁荣的背后是能源短缺、环境污染及资源的浪费。20世纪五六十年代,在美国汽车排放对大气环境造成严重污染而引起重视。近期,美国电动汽车联盟提出了电动汽车发展目标和行动计划:先在美国33个城市开展示范,预计到2013年,有75万辆电动汽车在美国投入使用,到2018年整个美国初步形成电动汽车生态系统;争取到2020年,全美拥有电动汽车1400万辆;到2040年美国将拥有2.5亿辆电动车。最终使美国走出经济对化石资源严重依赖的现状,实现全美由电动汽车组成的运输系统。

二、电动汽车动力电池组分布式管理系统

2.1动力电池组分布式管理系统的组成

动力电池组分布式管理系统主要由电池单体检测模块、总线和电池组综合管理器所组成，整个系统的内部应用的是成本非常低的RS-485网络系统，并且在车辆上能够和其他控制器之间的数据通讯应用CAN通讯网络实现统一性。电池管理系统主要由单体检测模块与综合管理器所构成，并且多个电池单体检测模块在电池组综合管理器的控制之下能够实现电池组的数据上传、互换与相互检测。在综合管理器和车辆的其他控制器之间，也是能够整体协调的，在整车的综合控制器的协调与控制之下实现整车数据的管理、交换以及控制。在整车结构中，电池单体检测模块能够完成对电池单体的电压以及现场温度的采集与检测，并借助RS-485总线将所采集和检测到的数据上传至电池组的综合管理器当中。综合管理器能够将所采集到的电池组电流、电压以及温度环境等，针对电池组剩余电量预测算法完成软硬件来实现计算和预测。除此之外，电池组的综合管理器还能够借助RS-485的通讯接口与CAN通讯接口，实现对电池单体检测模块的数据交换与互换，并且可以对整车的综合控制器实现数据的互换，并将其结果借助汽车的液晶显示器与键盘单元提供给驾驶员光看，从而实现显示电池单体电压与电池组的状态信息。

2.2动力电池组分布式管理系统设计

2.2.1电池单体检测模块硬件设计

在电池管理系统当中，电池单体建模块是属于整个系统的下位机位置，其主要是对单体电池端电压与电池工作时的环境温度进行检测并采集，并且还可以借助RS-485串行通讯端口在电池组的综合管理器协调之下进行工作。模块主要是具备2个模拟输入端口，分别能够采用1个电池的温度以及5块电池的端口电压，并借助模数转换之后奖数据初春到模块寄存器当中，在模块接收到电池综合管理器所发出的信息之后，便可以将寄存器当中的数据上传至综合管理器。

2.2.2动力电池组综合管理器软件设计

电池单体检测模块的软件设计应用中断使程序结构，也就是定时器终端完成数据采集与看门狗的保护，借助串行口中断完成电池单体检测模块的总线数据交换，这样既能够保障数据采集时的实效性，还能够促使模块在总线通讯时能够快速的相应电池组的综合管理器对单体数据的采集需求。

动力电池组综合管理器的软件系统可以从功能上分为系统初始化、人机接口、数据处理、故障诊断、通讯与网络5个程序模块。系统初始化程序模块主要是能够完成中央处理电路模块的诊断以及启动等系统变量的初始化设定与定义。人机接口程序的模块主要负责输入命令的处理以及输出信息的显示。数据处理程序模块主要是应用于信息采集之后，借助A/D数据处理，计算电池剩余电量等作用；故障诊断模块主要是实现单体电压报警以及温度、总电压以及剩余电量的报警。网络程序模块与通信保障系统其他控制单元之间能够实现快速、可靠安全的信息交换。整个系统的软件设计思路是确保系统的初始化、人机接口、故障诊断以及通信等多个模块之间的通用性。

三、电动汽车动力电池组热管理系统

3.1电池组热管理系统的必要性

电池是电动汽车的能源储存主要方式，电池组是否能够稳定、安全的运行直接决定这电动汽车的性能及安全性，其重要性不言而喻。对于电动汽车的电池组实行热管理，主要源于在于3个方面：①电池组长时间处于恶劣工作环境中，很容易导致电池组的放电电容量逐渐下降，从而降低电池的整体使用寿命；②电池包内温度场的不均匀分布导致电池模块与单体电池的性能之间呈现不一定状况；③电池组的热管理与热监控对于整车的安全性有着明显的检测作用。

3.2电池组热管理系统的设计重点

首先，需要明确电池的最佳工作状态，尤其是在不同环境下，其热量的具体安全范围值以及最大工作效率范围值等，因为电动汽车的大小、型号以及运行状态、环境等因素的不同，电池组在使用时的温度也有明显差异。对此，明确电池组的温度特性中的明确电池最佳工作温度范围成为最重要的系统设计内容。电池的温度特性主要表现在电池的内阻、开路电压、SOC以及充放电效率等多个方面。电池的温度范围主要是借助实验与仿真两种方法获得。例如，某型号60AH镍氢电池在不同的温度之下充放电效率结果显示为20℃～40℃时效率最高，则可以明确最佳的温度控制范围为20℃～40℃；其次，传热介质的选择。电池组的热管理系统主要是应用某种传热介质进行传递热量和控制热量，当前电动汽车中主要是以空气、液体以及相变材料为主。

空气的冷却方式非常简单，只需要借助空气的流通便可以实现温度的检测与控制，其最大的特点便是结构非常简单，实现也很容易，但是也存在许多缺陷，例如会排放有害气体，电池壁之间所具备的换热系统非常低，加热与冷却所需要的时间比较长；液体冷主要是直接接触为主。虽然加热与冷却速度比较快，但可能会漏液，重量相对较高，维修与保养比较复杂，需要换热器或水套等零部件，结构相对而言比较复杂；变相材料的冷却是一种新型的冷却方式，其借助变相材料能够直接吸收来自外界的热温度，并对电池进行制剂性的冷却降温。相对而言，变相材料的冷却结构非常简单，并且效率也非常高，但是其综合成本也比较高。

结语

综上所述，借助在电动汽车上的实际应用，动力电池组分布式管理系统与热管理系统均具备显著的精确性与稳定性，具体表现为电池单体检测模块能够准确检测出电池单体电压与温度状况，并将数据借助总线床树脂电池组综合管理器上，综合管理器能够对电池组的电流、电压实行朱期内性检测，并准确测量电池的剩余电量。由此可见，电动汽车动力电池组采用分布式管理系统和热管理系统均满足设计与使用的实际需求，有着显著的应用意义。

参考文献：

[1]陶剑峰.基于反激变压器及最优规划的电动汽车动力电池主动均衡研究[J].机电一体化，2016.

[2]贺巍，张幽彤，汪云，等.车用动力电池及电池管理系统建模与仿真研究[J].计算机仿真，2014

张玻（1988.04），男，四川自贡人，攀枝花学院本科学历，助理电气工程师，单位，自贡市公交集团有限责任公司客车厂，职务：技术科副科长.