【計算機論文】基于新能源汽車動力電池管理系統(tǒng)設計的分析

摘要：隨著科學技術的快速發(fā)展，我國經濟建設發(fā)展非常迅速，我國各行業(yè)運用先進技術發(fā)展自身取得了非常不錯的成效。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)設計作為整個電池系統(tǒng)的核心部分，其運行質量直接關乎到動力電池系統(tǒng)的運行安全，也關乎到整車運行安全。因此，需要加大電池管理系統(tǒng)設計的研發(fā)力度，走產品的集成化和標準化道路，采用采用分工合作商業(yè)模式并加強檢測與評價的標準，推進電池管理系統(tǒng)更好地發(fā)展并滿足需求。關鍵詞：新能源汽車；動力電池；管理系統(tǒng)設計引言我國近年來整體經濟建設發(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)的不斷進步，改善我國人們的出行質量。新能源汽車具有運行高效穩(wěn)定以及結構簡單等優(yōu)勢。但是，此類汽車在電池設計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)設計開發(fā)工作。1、新能源汽車動力電池管理一要加大關鍵技術攻關，鼓勵車用操作系統(tǒng)、動力電池等開發(fā)創(chuàng)新。支持新能源汽車與能源、交通、信息通信等產業(yè)深度融合，推動電動化與網聯(lián)化、智能化技術互融協(xié)同發(fā)展，推進標準對接和數(shù)據(jù)共享。二要加強充換電、加氫等基礎設施建設，加快形成快充為主的高速公路和城鄉(xiāng)公共充電網絡。對作為公共設施的充電樁建設給予財政支持。鼓勵開展換電模式應用。2、電池管理系系統(tǒng)設計使用的關鍵技術1.檢測工作參數(shù)，在電池管理系統(tǒng)當中，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，需要使用單體電池的電壓，同時其他功能也需依賴電壓數(shù)據(jù)展開計算。2.SOC算法，使用卡爾曼濾波方法作為SOC算法，可實現(xiàn)靜態(tài)學習，利用殘余電量的計算方法，對電池的SOC初始值進行計算。在此過程中需要借助大量實驗數(shù)據(jù)，才能獲取電池的準確使用信息，并且還應掌握電池兩端溫度信息以及電壓值，確保SOC初始值的計算相對準確。然后利用此值作為基礎輸入值，并在卡爾曼濾波方法的運用下，對電池的SOC值進行估算。但是，在此過程運用的計算公式并非線性方程，需要在實際計算環(huán)節(jié)將其線性化，利用估計值以及給出誤差協(xié)方差矩陣，對誤差范圍加以估算，最終獲取精準的SOC值。3、新能源汽車的動力電池管理系統(tǒng)設計3.1主控ECU主控ECU包含估算SOC、采集及計算電流、電壓的程序，還有分析故障、給出報警以及數(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)結合起來分析，判斷出整個電池組所處的工作狀態(tài)，并對其運行的歷史數(shù)據(jù)進行記錄。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”的結構，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，并且確認電池存在“過充”或者“過放”等問題之后，還能啟動保護功能?？刂瓢迳夏軌蛱峁╇姵睾驼囃ㄐ啪W絡、CAN接口、上位機串口連接功能。在主控板的控制方面，能夠和采集板模塊功能緊密關聯(lián)，且相互獨立。由采集板對電池組內各單體電池各項參數(shù)進行檢測，并實現(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網絡，向整車控制器內傳輸電池狀態(tài)實時信息和處理結果。主控板當中還具備和上位機通信功能，利用串口獲取采集數(shù)據(jù)，向上位機傳送，經上位機處理之后，顯示結果，完成人機界面操作。3.3產品的集成化和標準化電池管理系統(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)的設計中也存在很大的差異。將電池管理系統(tǒng)產品集成化、標準化運行，不需要對電池系統(tǒng)的類型予以區(qū)分，在測試精度，實施熱管理，進行均衡管理以及電磁兼容性和電性能適應性等方面都實施集成化管理，保證電池管理系統(tǒng)的標準化運行。3.4電量檢測電量檢測的算法設計需要基于電池模型，使用三階等效模型，利用其高階特點以及使用過程產生高斯白噪聲，并且電池處于模式切換狀態(tài)時，還會產生噪聲。切換繼電器環(huán)節(jié)，由于存在震蕩，可能導致檢測數(shù)據(jù)結果存在誤差，車輛運動環(huán)節(jié)發(fā)生震動問題，也可對電池產生隨機干擾。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展，可實現(xiàn)在電池電量發(fā)生變化之時，將其中隨機噪聲濾除。3.5動力電池系統(tǒng)可靠性設計優(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器件，合理搭建動力電池系統(tǒng)拓撲結構。2.優(yōu)化動力電池系統(tǒng)電氣走線，提高動力電池系統(tǒng)的安全防護等級，避免系統(tǒng)正負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)化機車控制系統(tǒng)，避免動力電池濫用造成電芯內短路。4.配置一套由硬件組成的安全冗余保護電路，該保護電路通過電池系統(tǒng)電壓和溫度檢測裝置對檢測結果的判斷，直接對動力電池系統(tǒng)進行動作保護，避免電池管理系統(tǒng)（BMS）由于軟件保護邏輯故障造成系統(tǒng)保護完全失效。3.6加強檢測與評價的標準電池管理系統(tǒng)在于復雜的車載環(huán)境中運行，要確保其處于各種氣候環(huán)境中都處于良好的運行狀態(tài)，就要對產品進行測試，確保電池管理系統(tǒng)具有良好的環(huán)境適應性。在電池管理系統(tǒng)的檢測和評價中要按照標準執(zhí)行，對各種溫度環(huán)境、濕度環(huán)境以及振動環(huán)境的適應性進行檢測、評價。具體按照如下的標準進行。其一，電池管理系統(tǒng)處于高溫環(huán)境中運行，經過測試可以明確，其工作狀態(tài)從室內溫度提高到65攝氏度，持續(xù)1個小時之后，對電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)是否準確進行分析。其二，電池管理系統(tǒng)處于低溫環(huán)境中運行，經過測試可以明確，其工作狀態(tài)從室內溫度降低到零下25攝氏度，持續(xù)1個小時之后，對電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)是否準確進行分析。其三，對電池管理系統(tǒng)的耐高溫性能進行測試，可以明確，其工作狀態(tài)從室內溫度提高到85攝氏度，持續(xù)4個小時之后，對電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)是否準確進行分析。其四，對電池管理系統(tǒng)的耐低溫性能進行測試，可以明確，其工作狀態(tài)從室內溫度降低到零下40攝氏度，持續(xù)4個小時之后恢復到正常的室溫，對電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)是否準確進行分析。其五，對電池管理系統(tǒng)的耐溫度變化性能進行測試，讓系統(tǒng)在高溫狀態(tài)下維持2個小時的時間，經過5次的循環(huán)，恢復到正常的室內溫度，對電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)是否準確進行分析。其六，對電池管理系統(tǒng)的耐鹽霧性能進行測試，在正常插接下進行持續(xù)6個小時的鹽霧測試，當室內溫度恢復到正常狀態(tài)之后，對電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)是否準確進行分析。其七，對電池管理系統(tǒng)的耐濕熱性能進行測試，持續(xù)48個小時