電動汽車動力電池組管理系統設計探討

楊姍　倪曉菊

摘要 隨著我國交通的不斷發展，汽車的銷量在不斷增長。與此同時，當代汽車逐漸從原本單一的交通工具轉變為復雜性的機電一體化產品。隨著社會的發展，電動汽車逐漸成為社會的熱點話題。對此，為了提高電動汽車制造質量，本文詳細分析電動汽車動力電池組管理系統的設計，為今后電動汽車的創新與發展提供理論性研究。

關鍵詞 電動汽車；電力電池組；管理系統；設計

中圖分類號 TM91 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2016）14-0075-02

動力電池組是電動汽車的輔助能量源與關鍵性部位，其質量的好壞與壽命的長短直接決定著整個車的性能好壞。因此，對電池組實行有效檢測與管理顯得格外重要。與此同時，考慮到電動汽車的電池組安裝和布置，設計了電池組分布式的管理系統與電池組熱管理系統。

1電動汽車動力電池組分布式管理系統

1.1動力電池組分布式管理系統的組成

動力電池組分布式管理系統主要由電池單體檢測模塊、總線和電池組綜合管理器所組成，整個系統的內部應用的是成本非常低的RS-485網絡系統，并且在車輛上能夠和其他控制器之間的數據通訊應用CAN通訊網絡實現統一性。電池管理系統主要由單體檢測模塊與綜合管理器所構成，并且多個電池單體檢測模塊在電池組綜合管理器的控制之下能夠實現電池組的數據上傳、互換與相互檢測。在綜合管理器和車輛的其他控制器之間，也是能夠整體協調的，在整車的綜合控制器的協調與控制之下實現整車數據的管理、交換以及控制。在整車結構中，電池單體檢測模塊能夠完成對電池單體的電壓以及現場溫度的采集與檢測，并借助RS-485總線將所采集和檢測到的數據上傳至電池組的綜合管理器當中。綜合管理器能夠將所采集到的電池組電流、電壓以及溫度環境等，針對電池組剩余電量預測算法完成軟硬件來實現計算和預測。除此之外，電池組的綜合管理器還能夠借助RS-485的通訊接口與CAN通訊接口，實現對電池單體檢測模塊的數據交換與互換，并且可以對整車的綜合控制器實現數據的互換，并將其結果借助汽車的液晶顯示器與鍵盤單元提供給駕駛員光看，從而實現顯示電池單體電壓與電池組的狀態信息。

1.2動力電池組分布式管理系統設計

1.2.1電池單體檢測模塊硬件設計

在電池管理系統當中，電池單體建模塊是屬于整個系統的下位機位置，其主要是對單體電池端電壓與電池工作時的環境溫度進行檢測并采集，并且還可以借助RS-485串行通訊端口在電池組的綜合管理器協調之下進行工作。模塊主要是具備2個模擬輸入端口，分別能夠采用1個電池的溫度以及5塊電池的端口電壓，并借助模數轉換之后獎數據初春到模塊寄存器當中，在模塊接收到電池綜合管理器所發出的信息之后，便可以將寄存器當中的數據上傳至綜合管理器。

1.2.2動力電池組綜合管理器軟件設計

電池單體檢測模塊的軟件設計應用中斷使程序結構，也就是定時器終端完成數據采集與看門狗的保護，借助串行口中斷完成電池單體檢測模塊的總線數據交換，這樣既能夠保障數據采集時的實效性，還能夠促使模塊在總線通訊時能夠快速的相應電池組的綜合管理器對單體數據的采集需求。

動力電池組綜合管理器的軟件系統可以從功能上分為系統初始化、人機接口、數據處理、故障診斷、通訊與網絡5個程序模塊。系統初始化程序模塊主要是能夠完成中央處理電路模塊的診斷以及啟動等系統變量的初始化設定與定義。人機接口程序的模塊主要負責輸入命令的處理以及輸出信息的顯示。數據處理程序模塊主要是應用于信息采集之后，借助A/D數據處理，計算電池剩余電量等作用；故障診斷模塊主要是實現單體電壓報警以及溫度、總電壓以及剩余電量的報警。網絡程序模塊與通信保障系統其他控制單元之間能夠實現快速、可靠安全的信息交換。整個系統的軟件設計思路是確保系統的初始化、人機接口、故障診斷以及通信等多個模塊之間的通用性。

2電動汽車動力電池組熱管理系統

2.1電池組熱管理系統的必要性

電池是電動汽車的能源儲存主要方式，電池組是否能夠穩定、安全的運行直接決定這電動汽車的性能及安全性，其重要性不言而喻。對于電動汽車的電池組實行熱管理，主要源于在于3個方面：1）電池組長時間處于惡劣工作環境中，很容易導致電池組的放電電容量逐漸下降，從而降低電池的整體使用壽命；2）電池包內溫度場的不均勻分布導致電池模塊與單體電池的性能之間呈現不一定狀況；3）電池組的熱管理與熱監控對于整車的安全性有著明顯的檢測作用。

2.2電池組熱管理系統的設計重點

首先，需要明確電池的最佳工作狀態，尤其是在不同環境下，其熱量的具體安全范圍值以及最大工作效率范圍值等，因為電動汽車的大小、型號以及運行狀態、環境等因素的不同，電池組在使用時的溫度也有明顯差異。對此，明確電池組的溫度特性中的明確電池最佳工作溫度范圍成為最重要的系統設計內容。電池的溫度特性主要表現在電池的內阻、開路電壓、SOC以及充放電效率等多個方面。電池的溫度范圍主要是借助實驗與仿真兩種方法獲得。例如，某型號60A H鎳氫電池在不同的溫度之下充放電效率結果顯示為20℃～40℃時效率最高，則可以明確最佳的溫度控制范圍為20℃～40℃；其次，傳熱介質的選擇。電池組的熱管理系統主要是應用某種傳熱介質進行傳遞熱量和控制熱量，當前電動汽車中主要是以空氣、液體以及相變材料為主。

空氣的冷卻方式非常簡單，只需要借助空氣的流通便可以實現溫度的檢測與控制，其最大的特點便是結構非常簡單，實現也很容易，但是也存在許多缺陷，例如會排放有害氣體，電池壁之間所具備的換熱系統非常低，加熱與冷卻所需要的時間比較長；液體冷主要是直接接觸為主。雖然加熱與冷卻速度比較快，但可能會漏液，重量相對較高，維修與保養比較復雜，需要換熱器或水套等零部件，結構相對而言比較復雜；變相材料的冷卻是一種新型的冷卻方式，其借助變相材料能夠直接吸收來自外界的熱溫度，并對電池進行制劑性的冷卻降溫。相對而言，變相材料的冷卻結構非常簡單，并且效率也非常高，但是其綜合成本也比較高。

3結論

綜上所述，借助在電動汽車上的實際應用，動力電池組分布式管理系統與熱管理系統均具備顯著的精確性與穩定性，具體表現為電池單體檢測模塊能夠準確檢測出電池單體電壓與溫度狀況，并將數據借助總線床樹脂電池組綜合管理器上，綜合管理器能夠對電池組的電流、電壓實行朱期內性檢測，并準確測量電池的剩余電量。由此可見，電動汽車動力電池組采用分布式管理系統和熱管理系統均滿足設計與使用的實際需求，有著顯著的應用意義。endprint