電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)

1、電動(dòng)汽車中的電池能量管理系統(tǒng)一、前 言   電動(dòng)汽車的應(yīng)用有效地解決了能源和環(huán)境可持續(xù)進(jìn)展的問題。電動(dòng)汽車的應(yīng)用前景寬敞。但電動(dòng)汽車尤其純電動(dòng)汽車的應(yīng)用遇到了動(dòng)力電池的難題，電池的問題體現(xiàn)在兩個(gè)方面。其一是動(dòng)力電池比能量不高，影響電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的要求，價(jià)格太高直接影響電動(dòng)汽車的初始成本；其二是電池的性能差，使用壽命低影響電動(dòng)汽車的使用成本。電動(dòng)汽車用的電池使用中其性能發(fā)揮得如何，除與電池模塊自身性能有關(guān)外，與其應(yīng)用的電池能量管理系統(tǒng)的功能有著親密的關(guān)系，尤其是電池模塊質(zhì)量不太抱負(fù)的條件下，應(yīng)用功能完備的電池能量管理系統(tǒng)其作用就更加突出。借助電池能量管理系統(tǒng)的正常工作會(huì)使電

2、池模塊的性能得以充分發(fā)揮，削減電池模塊故障，延長(zhǎng)電池模塊的使用壽命，增加電動(dòng)汽車的使用平安感。因此，電動(dòng)汽車電池能量管理系統(tǒng)的應(yīng)用備受電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)者和使用者的重視。 二、電動(dòng)汽車電池能量管理系統(tǒng)的功能   電動(dòng)汽車，尤其是純電動(dòng)汽車中的電池能量管理系統(tǒng)是該車的一種相當(dāng)重要的技術(shù)措施，可以稱為電動(dòng)汽車電池的“愛護(hù)神”，它起到了對(duì)電池性能的愛護(hù)、防止個(gè)別電池的早期損壞、有利于電動(dòng)汽車的運(yùn)行，并具有各種警告功能等1。由于它參與電池箱內(nèi)電池模塊的監(jiān)控工作使電動(dòng)汽車的運(yùn)行、充電等功能與電池的有關(guān)參數(shù)（電流、電壓、內(nèi)阻、容量）緊密相連和協(xié)調(diào)工作。它有計(jì)算，發(fā)出指令、執(zhí)行指令和提出警告的

3、功能。各種電池模塊雖然有結(jié)構(gòu)和性能上的差異，但它們都具備一些相同或相像的功能。典型的電池能量管理系統(tǒng)應(yīng)具備如下功能：2.1  對(duì)能量的檢測(cè)功能 電動(dòng)汽車在行車過程中，該系統(tǒng)能隨時(shí)對(duì)車輛的能耗進(jìn)行計(jì)算，最終給出該電池箱內(nèi)電池模塊剩余的電池能量值，并通過剩余能量計(jì)將數(shù)據(jù)顯示出來，使駕駛?cè)藛T知道車輛的續(xù)駛里程,以便打算如何行駛.在能量允許的條件下使車輛行駛到具有充電功能的地方，補(bǔ)充電量防止半路拋錨。 2.2  對(duì)電池工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與把握功能   電池能量管理系統(tǒng)按電池箱內(nèi)安裝的傳感器供應(yīng)的信號(hào)對(duì)電池進(jìn)行管理。一般狀況下，電池箱內(nèi)有溫度傳感器

4、及電壓、電流和內(nèi)阻的測(cè)量值。由于溫度的變化對(duì)其他參數(shù)都有影響，所以一般都以電池模塊的溫度來做為把握的指令信號(hào)，將測(cè)得的溫度值與事先設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，打算對(duì)電池冷卻與否。  電動(dòng)汽車能源是很貴重的，應(yīng)盡量接受節(jié)能元件，所以電池箱內(nèi)的冷卻風(fēng)扇一般都是接受分級(jí)參與工作。這樣能做到在保證電池性能的條件下盡量使用小排量的風(fēng)扇。當(dāng)?shù)谝患?jí)風(fēng)扇工作后尚不能達(dá)到要求的溫度時(shí)，其次級(jí)冷卻風(fēng)扇才參與工作，加強(qiáng)冷卻。此時(shí)電池箱內(nèi)的溫度假如還不能達(dá)到要求的工作條件，溫度連續(xù)上升已達(dá)到影響電池模塊的正常工作條件，為愛護(hù)電池模塊不受損壞，能量管理系統(tǒng)會(huì)發(fā)出停止電池模塊供電的指令，強(qiáng)行車輛停駛。當(dāng)電池

5、在充電狀態(tài)下，能量管理系統(tǒng)會(huì)強(qiáng)令充電機(jī)停止充電而不損壞電池，由修理人員進(jìn)行檢測(cè)排解故障。2.3  保證充電功能   電池能量管理系統(tǒng)隨時(shí)參與整車檢測(cè)工作，檢測(cè)電池的工作狀態(tài)，尤其對(duì)每只電池的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)分析，將檢測(cè)的數(shù)據(jù)在車輛停駛，充電之前“通知”充電機(jī)，即“車與機(jī)”的對(duì)話。告知充電機(jī)，電池組的工作狀態(tài)及每只電池的技術(shù)狀態(tài)，“落后”電池和“先進(jìn)”電池性能差異。此時(shí)充電機(jī)應(yīng)當(dāng)接受什么樣的充電模式給電池充電，才能達(dá)到給電池充分，性能好的電池不能過充，而性能差的電池又能充分，保證整車能量的供應(yīng)。在放電過程中保證性能差的電池不能過放，這一點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是電池能量管理

6、系統(tǒng)最重要的功能之一。 2.4 DCDC、DCAC轉(zhuǎn)換功能   假如車輛安裝幫助電池，電池能量管理系統(tǒng)應(yīng)能把握動(dòng)力電池隨時(shí)給幫助電池模塊充電，保證幫助電池模塊的供電功能即DCDC的轉(zhuǎn)換功能，保證低壓系統(tǒng)的正常工作。當(dāng)應(yīng)用異步電機(jī)時(shí)，電池能量管理系統(tǒng)尚有DCAC的轉(zhuǎn)換功能保證電動(dòng)汽車的正常運(yùn)行。 2.5  解決性能全都性的愛護(hù)功能   假如在電池箱的線路內(nèi)裝置了由于電池性能全都性偏差引起某個(gè)電池性能變化很大，達(dá)到影響系統(tǒng)工作，或該電池受到損壞威逼時(shí)，兩個(gè)電池之間有旁通線路并有把握模塊時(shí)，電池管理系統(tǒng)應(yīng)指令模塊功能啟動(dòng)，進(jìn)行補(bǔ)償，又能保證

7、系統(tǒng)在偏低電壓狀態(tài)下維持工作以便修理。 2.6  對(duì)電池模塊的冷卻和排解充電時(shí)產(chǎn)生的氫氣   電池箱內(nèi)的冷卻風(fēng)扇有兩種功能，其一是電池模塊的冷卻，尤其是充電過程中參與工作的必要性，其二是將電池模塊充電過程中排出的氫氣排解電池箱外，防止氫氣聚集引起爆炸的可能性。 2.7  監(jiān)測(cè)記錄把握功能 在電池工作狀態(tài)下（充、放電）對(duì)電池模塊的工作性能、平安性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)有關(guān)參數(shù)做記錄，內(nèi)存或進(jìn)行提示、警告或指令停車、停機(jī)（充電），即對(duì)過壓、過流、欠壓、絕緣等提出警示、警告與把握功能。 三、使用電池能量管理系統(tǒng)必備的條件   

8、電池能量管理系統(tǒng)是對(duì)電池箱內(nèi)電池模塊的工作進(jìn)行管理，我們認(rèn)為電池能量管理系統(tǒng)并非一種專用儀表而是一個(gè)系統(tǒng)，也不是什么樣的電池箱都能應(yīng)用電池能量管理系統(tǒng)，它應(yīng)具備肯定的條件才能發(fā)揮其功能，否則會(huì)帶來不行預(yù)見的后果。 3.1  電池模塊方面的要求 3.1.1  電池模塊應(yīng)具備足夠的使用壽命、牢靠性和工作的穩(wěn)定性  大家都知道汽車是一種設(shè)計(jì)很緊湊的機(jī)-電體化的產(chǎn)品。電動(dòng)汽車的緊湊性更加突出、電動(dòng)汽車給安裝電池箱留有的空間有限，有時(shí)會(huì)造成接近性很差，加上電池質(zhì)量很大，拆-卸很不便利，不能隨時(shí)進(jìn)行拆卸。所以要求應(yīng)用的電池具有極好的使用壽命和牢靠

9、性，使其削減維護(hù)的頻次、削減拆卸電池的次數(shù)給安裝電池能量管理系統(tǒng)制造條件。電池能量管理系統(tǒng)一個(gè)重要的功能是對(duì)剩余能量的計(jì)算，如應(yīng)用的電池性能不穩(wěn)定、牢靠性很差，電池模塊在工作中的性能難于進(jìn)行SOC的估算，另外各種變化條件（溫度、濕度、放電條件等）對(duì)電池模塊的影響都造成對(duì)SOC影響，所以從剩余能量估算角度分析要求電池模塊的性能要穩(wěn)定。 3.1.2 電池應(yīng)當(dāng)是免維護(hù)電池   電池應(yīng)當(dāng)是免維護(hù)的或維護(hù)周期長(zhǎng)的少維護(hù)電池。否則的話在電動(dòng)汽車上不能應(yīng)用。緣由除第一點(diǎn)談到的以外，假如應(yīng)用于開口電池除加液費(fèi)時(shí)，工作量大以外，工作時(shí)電解液的外溢、外滲對(duì)四周環(huán)境污染嚴(yán)峻，影響環(huán)境，有時(shí)會(huì)破壞

10、電動(dòng)汽車整車的電絕緣限值，影響車輛的使用壽命和使用平安。 3.1.3  電池充電后期排出的氣體應(yīng)能得到把握   電池充電后期排出的氣體（以氫為主）應(yīng)能得到把握并能集中處理以保證工作平安。各種電池排出的氣體在電池箱內(nèi)是一種擔(dān)憂全的因素，不能集存，必需排解。一般有兩種處理方法：（1）是將每只電池的排氣系統(tǒng)串聯(lián)起來，集中排解電池箱外而集中至平安處；（2）是在箱內(nèi)用強(qiáng)制的氣流加以驅(qū)除排解電池箱外。3.1.4  電池性能的全都性達(dá)到把握要求   電池能量管理的把握參數(shù)是由電池箱參與工作的電池模塊采樣的，而把握參數(shù)并非每個(gè)電池

11、都要采樣，否則參數(shù)量很大，不便管理，難于安裝。一般都在電池箱內(nèi)不同區(qū)域里實(shí)行最有代表性的電池模塊，某些性能參數(shù)（比如溫度）作為把握參數(shù)，在經(jīng)過計(jì)算對(duì)比后發(fā)布把握?qǐng)?zhí)行指令，執(zhí)行各種把握功能，所以說被選擇采樣電池模塊的性能參數(shù)量值上應(yīng)能代表其他沒被采樣電池模塊的性能，否則的話，它就失去代表的意義。這時(shí)發(fā)出的指令不具備合理性，達(dá)不到對(duì)電池箱內(nèi)電池模塊的能量管理的目的。比如電池箱中電池模塊間的性能差異較大，每個(gè)電池模塊都不具備代表整箱電池模塊性能就難以取得可信的把握參數(shù)。所以說，用于電池能量管理的電池模塊其性能間的差異，即電池模塊的間性能全都性差異必需在肯定的范圍之內(nèi)，這樣用哪一個(gè)電池模塊作為采樣電池都具備條件，都具有代表性。 3.2  電池模塊用的電池箱 3.2.1  電池箱的要求  為達(dá)到對(duì)電池進(jìn)行能量管理的目的，電池模塊必需裝在一個(gè)箱內(nèi)，該箱應(yīng)具備肯定條件：（1）電池箱必需是密封的