新能源汽车动力电池和电源管理

来源 :E动时尚·科学工程技术 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yrrej86
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  摘 要:文章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。
  关键词:新能源汽车;动力电池;管理系统
  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。电子开关式集中均衡充电模块的整体构架为通过一个DC/DC变换器将整个电池组的能量转移到电量较低的电池组中,通过电量的重新分配实现电池组中所有电池单体的能量均衡。实验证明,电子开关式集中均衡充电模块能够有效改善电池组内电池单体的不一致性,提高电池组的使用寿命。
  为保障动力电池管理系统可正常使用,在开展管理系统硬件设计中,可以采用分层次方法进行,按照管理等级来展开设计。这样硬件系统配合软件运行时,也能避免出现信息反馈传输错乱问题。
  1.2 硬件设计方法
  硬件设计中,需要采用非耗散试集中管理的硬件组合模式来对电池进行控制,实现电动力电池使用中的电路灵活切换。关于电子开关对,电池切换控制能力,可以采用几种开关设计方法来实现对动力电池更精准的操控。电压采集也属于动力电池管理的重要组成部分,电压捕捉采用线型结构来实现,通过MCU捕捉到的信号来将信号处理并传输进入AD模块中,AD模块具备转换与存储功能。能够将捕捉到的动力电池电信号转变为数字信息信号,传输到软件管理系统中。硬件设计中还应该对线路布设做出调整,基于功能基础上连接线路,硬件系统设计安装后续需要对功能做出检测。通过CAN与USB设备转换,将硬件设备与软件系统连接,实现电池管理系统硬件接入到PC控制中心的效果。动力电池使用中,电池管理需要持续进行,并实时传输监控,得到的信息数据,在管理系统中体现出联动性的变化,达到这一效果则需要在硬件设备中做出信道传输优化。
  2 动力电池系统结构的设计
  动力电池系统作为一个独立的零部件安装在电动汽车上,为整车提供动力。在进行结构设计时,首先需要满足基本功能和机械安全;当前主流的电动汽车使用的锂电池作为动力电池,在设计过程中还需要考虑电气安全、化学安全、电磁兼容、防火防爆、防水防尘等等。
  动力电池系统结构的总体设计需要满足以下要求:
  (1)机械结构设计的通用要求。基于整车坐标系进行开发,以利于产品开发过程中的数据校核。
  (2)机械强度和刚度。安装和加强部位防止出现疲劳失效,在极限工况条件下,电池系统各部分不得发生破坏和失效。
  (3)机械振动和冲击。测试对象按GB/T2423.43的要求,在z轴方向冲击3次,观察2h,要求电池包或系统无泄漏、外壳破裂、着火或爆炸等现象。
  (4)碰撞。将测试对象水平安装在带有支架的台车上,按GB/T31467.372014要求进行测试.
  (5)挤压。在X和Y方向分别用半径75mm的半圆柱体,挤压力达到100kN或挤压变形量达到挤压方向的整体尺寸的30%时停止挤压,电池包或系统无着火、爆炸等现象。
  (6)密封防护需要满足IP67要求。
  (7)底部抗石击、球击和穿刺性能。
  (8)防腐、防爆性能。
  (9)外部标识清晰。
  (10)在满足以上要求时尽量轻量化设计。
  动力电池系统是由很多的零部件组成,包括电芯模组部分、箱体部分、电池管理及线束部分、高压电气及电连接部分、加热及冷却的热管理部分等。其中电池管理及线束部分、高压电气及电连接部分、加热及冷却的热管理部分由于涉及到电子、电气及热力学等较强的专业方面的知识,本文不做详细的讨论。
  3 新能源汽车用动力点差管理软件系统设计
  3.1 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。动力电池不可逆转的损伤,实现电池SOC估算,需要软件系统,所捕捉到信息与动力电池保持一致,包括对车辆静止、启动以及行驶不同状态下的动力电池供电情况分析。软件管理系统设计中需引入静态学习功能,使管理系统可根據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。
  3.2 电池开机后平均使用时间计算
  由于动力电池在汽车动力系统使用中,受环境以及其他因素影响,开机时间并不相同。但通过软件管理系统来估算出平均的开机后使用时长,可帮助新能源汽车使用者对电池放电能力做出准确评估,以免影响到新能源电力汽车正常行驶运用。电池开机初始阶段与电池放电后期相比较,放电稳定性存在一定差异,因此影响电池开机后使用时间的因素中不仅仅是外界问题,更包含动力电池自身情况。需要软件管理系统对动力电池外部环境监测的同时,也时时更新电池内部电压稳定信息。两项信息综合后,最终得到的新能源汽车动力电池开机平均使用时间,才更贴近实际情况,也能为司机提供参照数据。
  4 新能源汽车动力电池管理中的软件与硬件结合
  根据动力电池管理系统所应用的硬件装置,建立起软件管理基础框架,利用计算机软件来对管理框架合理性作出调整,并进行严格的管理指令分层处理。确保不同功能层在信息传递中处于独立状态,即使同时需要进行多项信息反馈存储彼此之间也不会产生干扰,信道能够独立且高效完成任务。动力系统硬件以及软件之间的相互结合,通过建立起高效联系体系,未来长期发展计划也将能够得到进一步完善。硬件运用在软件指令下进行,同时在软件系统的信息监管作用下,硬件也能实现自我检测维护,出现故障或者参数误差时,软件管理系统能够第一时间捕捉到,通过信道传输来将其反馈进入到总的管理系统中,建立起更为高效的控制管理计划,实现全面监管控制。新能源动力汽车对电池供电稳定性要求十分高,动力电池生产技术中,也克服了温度造成的影响,逐渐进入到更平稳使用状态中。
  结语
  电池组SOC估算和电池均衡技术一直是电池管理系统的重点和难点,本文中提出的电子开关式集中均衡充电模块能够有效地对电池组中电量较低的电池组进行均衡充电,避免了电池组中部分电池单体过充电或者过放电的现象,大大增加了电池组的使用寿命。同时,文中提出的由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SOC综合估算算法能够准确地估算出电池组的剩余电量,算法误差小于2%。
  参考文献
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