基于新能源汽車動力電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分析

【計(jì)算機(jī)論文】基于新能源汽車動力電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分析

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展非常迅速，我國各行業(yè)運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)發(fā)展自身取得了非常不錯(cuò)的成效。新能源汽車在近年來發(fā)展的速度不斷加快，電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為整個(gè)電池系統(tǒng)的核心部分，其運(yùn)行質(zhì)量直接關(guān)乎到動力電池系統(tǒng)的運(yùn)行安全，也關(guān)乎到整車運(yùn)行安全。因此，需要加大電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研發(fā)力度，走產(chǎn)品的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化道路，采用采用分工合作商業(yè)模式并加強(qiáng)檢測與評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)電池管理系統(tǒng)更好地發(fā)展并滿足需求。關(guān)鍵詞：新能源汽車；動力電池；管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)引言我國近年來整體經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展非常迅速，道路行業(yè)的快速發(fā)展推動我國汽車行業(yè)的不斷進(jìn)步，改善我國人們的出行質(zhì)量。新能源汽車具有運(yùn)行高效穩(wěn)定以及結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢。但是，此類汽車在電池設(shè)計(jì)方面需要消耗較高成本，續(xù)航里程短。為確保新能源電池使用壽命，控制汽車使用環(huán)節(jié)成本，要重視動力電池的管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)工作。1、新能源汽車動力電池管理一要加大關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，鼓勵(lì)車用操作系統(tǒng)、動力電池等開發(fā)創(chuàng)新。支持新能源汽車與能源、交通、信息通信等產(chǎn)業(yè)深度融合，推動電動化與網(wǎng)聯(lián)化、智能化技術(shù)互融協(xié)同發(fā)展，推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)對接和數(shù)據(jù)共享。二要加強(qiáng)充換電、加氫等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加快形成快充為主的高速公路和城鄉(xiāng)公共充電網(wǎng)絡(luò)。對作為公共設(shè)施的充電樁建設(shè)給予財(cái)政支持。鼓勵(lì)開展換電模式應(yīng)用。2、電池管理系系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用的關(guān)鍵技術(shù)1.檢測工作參數(shù)，在電池管理系統(tǒng)當(dāng)中，其工作參數(shù)檢測主要包括工作電流、電壓和溫度等。在測量電池電壓、充放電電流及電池溫度等過程，需要采集單體電池的電壓測量數(shù)據(jù)，利用該數(shù)據(jù)對電池工作狀態(tài)加以判斷；在估算荷電狀態(tài)時(shí)，需要使用單體電池的電壓，同時(shí)其他功能也需依賴電壓數(shù)據(jù)展開計(jì)算。2.SOC算法，使用卡爾曼濾波方法作為SOC算法，可實(shí)現(xiàn)靜態(tài)學(xué)習(xí)，利用殘余電量的計(jì)算方法，對電池的SOC初始值進(jìn)行計(jì)算。在此過程中需要借助大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，才能獲取電池的準(zhǔn)確使用信息，并且還應(yīng)掌握電池兩端溫度信息以及電壓值，確保SOC初始值的計(jì)算相對準(zhǔn)確。然后利用此值作為基礎(chǔ)輸入值，并在卡爾曼濾波方法的運(yùn)用下，對電池的SOC值進(jìn)行估算。但是，在此過程運(yùn)用的計(jì)算公式并非線性方程，需要在實(shí)際計(jì)算環(huán)節(jié)將其線性化，利用估計(jì)值以及給出誤差協(xié)方差矩陣，對誤差范圍加以估算，最終獲取精準(zhǔn)的SOC值。3、新能源汽車的動力電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1主控ECU主控ECU包含估算SOC、采集及計(jì)算電流、電壓的程序，還有分析故障、給出報(bào)警以及數(shù)據(jù)通信程序等。主控單元將接收到參數(shù)（單體電池溫度、電壓等）以及所測量的自身SOC、電流、總電壓等數(shù)據(jù)結(jié)合起來分析，判斷出整個(gè)電池組所處的工作狀態(tài)，并對其運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。3.2管理方式電池組的管理主要有兩種形式：集中式和分布式。選擇分布式管理，主要利用“主從分布”的結(jié)構(gòu)，完成電流、溫度和電壓等信息檢測，保證電池組形成均衡控制局面，利用該系統(tǒng)能夠估算電池的SOC值，并且確認(rèn)電池存在“過充”或者“過放”等問題之后，還能啟動保護(hù)功能?？刂瓢迳夏軌蛱峁╇姵睾驼囃ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)、CAN接口、上位機(jī)串口連接功能。在主控板的控制方面，能夠和采集板模塊功能緊密關(guān)聯(lián)，且相互獨(dú)立。由采集板對電池組內(nèi)各單體電池各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢測，并實(shí)現(xiàn)均衡控制。由主控板完成電池組工作電流的采集、數(shù)據(jù)分析、SOC估算等。利用CAN網(wǎng)絡(luò)，向整車控制器內(nèi)傳輸電池狀態(tài)實(shí)時(shí)信息和處理結(jié)果。主控板當(dāng)中還具備和上位機(jī)通信功能，利用串口獲取采集數(shù)據(jù)，向上位機(jī)傳送，經(jīng)上位機(jī)處理之后，顯示結(jié)果，完成人機(jī)界面操作。3.3產(chǎn)品的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化電池管理系統(tǒng)主要用于鋰離子電池。由于電池的種類不同，電池系統(tǒng)有不同的性能，在電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中也存在很大的差異。將電池管理系統(tǒng)產(chǎn)品集成化、標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行，不需要對電池系統(tǒng)的類型予以區(qū)分，在測試精度，實(shí)施熱管理，進(jìn)行均衡管理以及電磁兼容性和電性能適應(yīng)性等方面都實(shí)施集成化管理，保證電池管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行。3.4電量檢測電量檢測的算法設(shè)計(jì)需要基于電池模型，使用三階等效模型，利用其高階特點(diǎn)以及使用過程產(chǎn)生高斯白噪聲，并且電池處于模式切換狀態(tài)時(shí)，還會產(chǎn)生噪聲。切換繼電器環(huán)節(jié)，由于存在震蕩，可能導(dǎo)致檢測數(shù)據(jù)結(jié)果存在誤差，車輛運(yùn)動環(huán)節(jié)發(fā)生震動問題，也可對電池產(chǎn)生隨機(jī)干擾。因此，將嵌入式以及電池檢測的濾波算法考慮其中，將卡爾曼濾波這一算法加以擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)在電池電量發(fā)生變化之時(shí)，將其中隨機(jī)噪聲濾除。3.5動力電池系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化建議1.選擇與動力電池系統(tǒng)相匹配的斷路器和熔斷器等保護(hù)器件，合理搭建動力電池系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。2.優(yōu)化動力電池系統(tǒng)電氣走線，提高動力電池系統(tǒng)的安全防護(hù)等級，避免系統(tǒng)正負(fù)極母線因破損污染等原因造成系統(tǒng)短路。3.選擇更為安全可靠的動力電池，優(yōu)化機(jī)車控制系統(tǒng)，避免動力電池濫用造成電芯內(nèi)短路。4.配置一套由硬件組成的安全冗余保護(hù)電路，該保護(hù)電路通過電池系統(tǒng)電壓和溫度檢測裝置對檢測結(jié)果的判斷，直接對動力電池系統(tǒng)進(jìn)行動作保護(hù)，避免電池管理系統(tǒng)（BMS）由于軟件保護(hù)邏輯故障造成系統(tǒng)保護(hù)完全失效。3.6加強(qiáng)檢測與評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)電池管理系統(tǒng)在于復(fù)雜的車載環(huán)境中運(yùn)行，要確保其處于各種氣候環(huán)境中都處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，就要對產(chǎn)品進(jìn)行測試，確保電池管理系統(tǒng)具有良好的環(huán)境適應(yīng)性。在電池管理系統(tǒng)的檢測和評價(jià)中要按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，對各種溫度環(huán)境、濕度環(huán)境以及振動環(huán)境的適應(yīng)性進(jìn)行檢測、評價(jià)。具體按照如下的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。其一，電池管理系統(tǒng)處于高溫環(huán)境中運(yùn)行，經(jīng)過測試可以明確，其工作狀態(tài)從室內(nèi)溫度提高到65攝氏度，持續(xù)1個(gè)小時(shí)之后，對電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確進(jìn)行分析。其二，電池管理系統(tǒng)處于低溫環(huán)境中運(yùn)行，經(jīng)過測試可以明確，其工作狀態(tài)從室內(nèi)溫度降低到零下25攝氏度，持續(xù)1個(gè)小時(shí)之后，對電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確進(jìn)行分析。其三，對電池管理系統(tǒng)的耐高溫性能進(jìn)行測試，可以明確，其工作狀態(tài)從室內(nèi)溫度提高到85攝氏度，持續(xù)4個(gè)小時(shí)之后，對電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確進(jìn)行分析。其四，對電池管理系統(tǒng)的耐低溫性能進(jìn)行測試，可以明確，其工作狀態(tài)從室內(nèi)溫度降低到零下40攝氏度，持續(xù)4個(gè)小時(shí)之后恢復(fù)到正常的室溫，對電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確進(jìn)行分析。其五，對電池管理系統(tǒng)的耐溫度變化性能進(jìn)行測試，讓系統(tǒng)在高溫狀態(tài)下維持2個(gè)小時(shí)的時(shí)間，經(jīng)過5次的循環(huán)，恢復(fù)到正常的室內(nèi)溫度，對電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確進(jìn)行分析。其六，對電池管理系統(tǒng)的耐鹽霧性能進(jìn)行測試，在正常插接下進(jìn)行持續(xù)6個(gè)小時(shí)的鹽霧測試，當(dāng)室內(nèi)溫度恢復(fù)到正常狀態(tài)之后，對電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確進(jìn)行分析。其七，對電池管理系統(tǒng)的耐濕熱性能進(jìn)行測試，持續(xù)48個(gè)小時(shí)