浅析混合动力汽车电池管理系统

浅析混合动力汽车电池管理系统

林本锋

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摘要：如今，我国经济发展十分迅速，人民生活水平的不断提高，汽车已经成为人们日常出行的主要交通工具。但是，环境问题也随之而来，如环境污染、能源危机等。如何有效地节约能源，降低污染的排放量，已成为当今世界各国面临的一个重要问题。混合动力电动车的研发和推广具有很大的发展潜力。

关键词：混合动力；汽车电池；管理系统

引言

相较于传统的燃油汽车而言，近些年开始流行的混合动力汽车逐渐得到了更多人的关注。传统的燃油汽车在使用中会大量消耗石油、天然气，这些燃料成本高、对环境污染严重，人们越来越难以接受。近些年兴起的混合动力汽车则具有耗能少、绿色环保的特点，因而正在逐渐被推广。对于混合动力汽车来说，其汽车电池管理系统是很重要的组成部分。本文就电池管理系统进行探讨。

1什么是电池管理系统

对于混合动力汽车的电池组管理系统，它是通过对发动机、蓄电池以及电动机等部件进行优化组合的方式来完成电机驱动系统和蓄电池控制系统之间合理地结合。在设计过程中首先要考虑到的是如何实现电机最佳的工作模式。其次就是如何选择合适类型的电机。最后还要考虑怎样能够有效提高效率并且降低成本问题，从而使其可以更加环保节能，还能为环境做出贡献达到双赢效果。在设计过程中要考虑到电池组的工作模式和电机功率大小以及电机类型等因素综合来确定其是否能够正常运行。电池管理系统主要有三大部分：（1）传感器的采集。传感器在汽车上进行工作，其功能是把汽车行驶中所需要的各种信息转化为电信号，然后再传输到控制单元ECU从而使电机能够根据指令完成相应动作。（2）充放电管理及维护。充放电管理主要是根据电池的工作状态来对其充电过程进行控制，从而达到延长电池寿命、减少能源消耗等目的。（3）安全监控及维护。在汽车上使用电池时需要检查蓄电量是否充足以及温度状况和电机转速情况，以免发生意外事故或造成不必要损失；负责判断当前系统内电源电压能否正常运行并记录数据以便于故障诊断与维修，同时也能对电池进行过充电保护，防止损坏电池引起火灾、爆炸等危险事件的发生。

2混合动力汽车电池管理系统管理

2.1电源部分设计

由于供电电源与ＣＰＵ及各工作模块的工作电压不同电源部分电路应该包含隔离变压功能；同时由于感性元器件的存在使得电压信号与电流信号相位分离从而产生失真以及外来信号干扰要求电源部分电路具有信号反馈功能和良好的滤波性能。隔离变压部分可以使用专门的隔离变压模块以节省设计成本提高工作效率。反馈电路采用电流负反馈以消除干扰电流和失真信号。滤波功能用低通滤波电路实现。低通滤波电路具有比较好的干扰滤除性能。电源电压从左侧接入从右侧送出。采用3Ａ的共模扼流圈可以抑制输入电压的共模干扰。Ｃ25、Ｃ26为耐压为275Ｖ的Ｘ2电容Ｘ2电容又名聚苯乙烯（薄膜乙烯）电容具有耐电压较高串联电阻小电感值小电容量相对时间、温度、电压稳定等特点适用于要求频率稳定性高的场合用于高频滤波、旁路、去耦。为了防止反接电源线对电池管理系统造成损害在电源处加入防反接二极管Ｄ13保险Ｆ1在电池管理系统电源短路的情况下使管理系统脱离整车电源不影响整车低压电源供电；为了防止高压继电器闭合断开瞬间在电源上产生的电压尖峰在电源输入线路前端加入ＴＶＳ二极管Ｄ15吸收尖峰。

2.2动力电池系统的仿真计算

电池系统的仿真计算是通过对整个装置系统中各部件进行参数优化，使其达到最佳工作状态。在实际应用过程里，由于各种原因造成了电池单体容量和输出功率波动较大。因此为了减少这种影响因素可能需要对每个零部件都做更细致地分析与研究，以保证整个设计更加合理可行；也可以利用计算机软件来模拟电动机、控制器等部件的运行状况，并通过仿真计算得到结果与实测数据进行比较，从而获得性能最优参数，为电机和发电机优化提供一定依据。在实际使用过程中，由于各种原因导致电池单体容量和输出功率波动较大，从而使整个系统的性能受到影响。因此，在进行仿真计算时应考虑各部件之间的匹配问题。在对电池系统的仿真计算中，为了简化分析过程，通常是把整个装置分为若干个单元模块进行计算。每个部件都根据各自特点来选择相应参数，如蓄电池、充放电控制器等。在实际应用中则可以通过软件模拟其电压、电流和功率特性，从而得到最佳输出功率曲线并与实测数据比较而获得性能最优结果(即能量利用率)最大化或效率最高的优化效果，这也是该系统设计中最重要部分之一，对整个装置的仿真计算有着非常重大意义。在对电池组的仿真计算中，由于每个单体都根据实测数据进行了参数匹配，因此需要考虑到不同模型之间的差异。例如：蓄电池组与发电机并联时其输出功率较低；电机和发电机串联后输出电压最高。

2.3电池管理系统的电池均衡

在混合动力汽车中，电池管理系统的主要任务就是对汽车运行的电池进行测量，主要测量电压、电流和温度这3项。同时，管理系统会根据这些测量数据进行相应的控制作业，电压对应着充放电保护、温度和电流对应电池当前的运行状态。电池管理系统进行这些工作主要是为了对汽车运行中电池可能会出现的问题进行管控，避免出现事故，确保行车安全。为了实现这些设定的功能，管理系统的设计人员把整个系统分成了2个功能模块：均衡测量模块和管理模块。

2.4混合动力汽车动力系统建模步骤

建立电池管理系统的物理模型。在对系统进行分析后，将复杂问题抽象为简单化，通过建模得到各子系统之间相对关系。建立一个简化、直观且易于理解的混合动力系统数学模型。该过程是：首先通过MATLAB软件绘制出理想状态下汽车发动机工作点；然后再根据所设条件确定电机功率和传动比并计算动力总成重量损失值及燃油消耗率等参数；最后在计算机上进行仿真运行达到理论分析效果，最终实现对系统性能优化设计。在建模过程中需要对每个子系统都进行仿真计算，并通过模拟真实环境条件下系统性能优化效果。由于电池管理系统是一个非线性工程模型分析方法。所以要建立合理、准确和高效混合动力系统数学模型必须满足以下要求：首先在构建发动机控制系统时应考虑到各部件之间存在着相互作用及相互制约关系；其次电机功率与传动比的选取也需符合实际情况；最后对电动机参数进行仿真计算并得出最佳工作状态，为系统设计提供理论依据。

结语

综上所述，我们可以了解到，混合动力汽车的电池技术发展已经有了很大程度的进步。但是我国目前还处于研究和试验阶段。因此需要大量投入资金来解决这一问题，使其在国内市场能够得到长远发展；其次要从国外引进先进设备以及技术进行改进与创新。最后是对充电设施进行升级改造以适应更多车型性能需求等措施来提高混合动力电动汽车产品质量并促进产业化进程，从而带动整个行业的进步。随着市场的发展，混合动力汽车越来越受到人们关注，而在我国也开始重视起来。因此研究并完善这一新兴产业将具有十分重要的意义。

参考文献

[1]王庆庆.混合动力汽车锂电池管理系统的研究[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学,2019.

[2]张延明.基于CY8C5588的混合动力汽车电池管理系统研究[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学,2019.

[3]张小荣,冯国胜,谷枫,等.混合动力汽车电池管理系统的均衡策略研究[J].石家庄铁道大学学报(自然科学版),2017(04):72-76.