電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

李成瑤

（廣東福迪汽車有限公司，廣東 佛山 528225）

汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展使環(huán)境污染及能源短缺的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。從目前來(lái)看，很多發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)展電動(dòng)汽車技術(shù)的研究。由此根據(jù)環(huán)境保護(hù)、國(guó)情以及世界汽車發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)環(huán)境與能源問(wèn)題的重視等因素，推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)向低能耗高環(huán)保方向發(fā)展刻不容緩。電動(dòng)汽車的發(fā)展成為業(yè)界的主要發(fā)展方向，而要推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)是其及其重要的組成部分。對(duì)于電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，電池是電動(dòng)汽車的核心，它的性能好壞直接影響著電動(dòng)汽車的行駛。目前電池有大體兩個(gè)方向的問(wèn)題，一是電池的價(jià)值，二是電池的性能，而通過(guò)電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)，則可以讓電池性能得以改善，減少故障的產(chǎn)生，所以電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)在電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)中必須給予高度重視。

1 電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及現(xiàn)狀

1.1 能量管理系統(tǒng)概述

電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)之所以在電動(dòng)汽車中存在，是因?yàn)橐刂埔恍╇娮硬考皺C(jī)械之間的關(guān)系，包括電力儲(chǔ)存裝置、發(fā)電設(shè)備和電動(dòng)馬達(dá)，以及電力電子轉(zhuǎn)換器、通知系統(tǒng)和幫助存儲(chǔ)設(shè)備中流動(dòng)，讓這些設(shè)備發(fā)揮出最高的效率。能量管理系統(tǒng)是一個(gè)電控系統(tǒng)（圖1），由三部分組成——微處理器、傳感以及執(zhí)行器。

利用車內(nèi)的傳感器，電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)便得到了有用的信息，并實(shí)時(shí)傳遞給駕駛者。例如當(dāng)車輛在行駛時(shí)，系統(tǒng)須及時(shí)向駕駛者提供電池狀態(tài)情況以及車速、剩余續(xù)航里程等信息，讓駕駛者對(duì)目前的駕駛方式進(jìn)行有效調(diào)整。而這些信息在傳遞給駕駛者的同時(shí)也會(huì)傳送給電腦，以此來(lái)保障車輛運(yùn)行處于正常及優(yōu)化狀態(tài)。比如說(shuō)通過(guò)參考變頻器等器械信息，避免蓄電池過(guò)度深放，平衡機(jī)械溫度，以達(dá)到控制充電、實(shí)時(shí)掌控汽車健康狀況等效果。

圖1 電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)

1.2 電池能量管理系統(tǒng)功能

電池能量管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)的保護(hù)者，也是電動(dòng)汽車電池的關(guān)鍵，只有對(duì)電池組進(jìn)行有效的管理才能讓電動(dòng)汽車的安全得到保障，電池組性能得到有效發(fā)揮，電池得到有效的使用，從而提高整個(gè)電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定性，典型的電池能量管理系統(tǒng)應(yīng)具備如下功能。

（1）電池工作管理。在電池能量管理系統(tǒng)中，要利用在電池箱內(nèi)的傳感系統(tǒng)傳達(dá)的信息對(duì)電池進(jìn)行管理，也可以說(shuō)是對(duì)電池工作中發(fā)生的情況作出監(jiān)測(cè)與控制，根據(jù)不同的時(shí)刻來(lái)監(jiān)測(cè)每塊電池端電壓、電流、內(nèi)阻等數(shù)據(jù)。另外因?yàn)闇囟仁且粋€(gè)參數(shù)變數(shù)，容易對(duì)其他數(shù)據(jù)造成影響，所以一般控制指令信號(hào)都采用電池溫度來(lái)制定，通過(guò)分析設(shè)定好的溫度數(shù)據(jù)與測(cè)定值的差異來(lái)對(duì)電池進(jìn)行冷卻。

（2）能量檢測(cè)。在電動(dòng)汽車的行駛過(guò)程中，電池能量管理系統(tǒng)可以計(jì)算出汽車行駛所產(chǎn)生的能耗量，從而預(yù)估電池組剩余電量，計(jì)算出汽車還能行駛的路程數(shù)據(jù)。另外此數(shù)據(jù)也可以讓駕駛?cè)藛T提前知道車輛還能繼續(xù)行駛的時(shí)間，為剩下的行駛路程做出規(guī)劃，以免出現(xiàn)拋錨現(xiàn)象。

（3）正常充電。電池能量管理系統(tǒng)之所以存在，是為了給汽車檢測(cè)添加助力。電池能量管理系統(tǒng)可以分析出每塊電池的運(yùn)行狀態(tài)，并且可以讓其進(jìn)行有效充電。實(shí)時(shí)將電池組和電池的狀態(tài)通知給充電機(jī)，以達(dá)到讓充電機(jī)知道采用什么樣的模式進(jìn)行充電，對(duì)電池性能進(jìn)行分析，了解其需要多少電量等信息。只有對(duì)性能好的電池不過(guò)充，對(duì)性能差的電池足充，掌握其度才能保證電動(dòng)汽車的整體供給。

（4）其它功能。除了以上功能外，典型的電池能量管理系統(tǒng)還可以讓電動(dòng)汽車上電池組的性能得到提高；完成功能轉(zhuǎn)化以達(dá)到保證低壓系統(tǒng)正常工作的效果；解決性能一致性的保護(hù)功能。

1.3 能量管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

從電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀來(lái)看，國(guó)外已經(jīng)在此方面得到了大量的理論，做了很多的實(shí)踐工作，并主要研究荷電狀態(tài)和健康狀況等方面問(wèn)題。我國(guó)電動(dòng)汽車能量管理系也收獲了一定成果，比如荷電狀態(tài)與健康狀況的估計(jì)研究。

（1）電池組診斷

我國(guó)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種有效算法——靜態(tài)SOR評(píng)估算法，這種算法是以模糊數(shù)學(xué)診斷原理為基準(zhǔn)，建立電池組診斷模型，綜合規(guī)則以及各種數(shù)據(jù)以達(dá)到運(yùn)行性能評(píng)估的目的。

（2）電池組均衡管理策略

從1999年開(kāi)始，北交大就對(duì)電池能量管理系統(tǒng)做了大量的研究，找到氫鎳等不同結(jié)構(gòu)以方便生產(chǎn)各式各樣的車型。能夠做到電池電壓、充放電電流檢測(cè)，電池均衡管理等功能。而力高新能源研發(fā)的智能均衡系統(tǒng)，通過(guò)均衡電池電流可以讓安培級(jí)均衡管理系統(tǒng)更加完善。

2 電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展

能量管理系統(tǒng)是整個(gè)車最關(guān)鍵的地方，從近幾年的研究來(lái)看，已經(jīng)取得了一定的成果，雖然可能其技術(shù)仍有缺陷，但是能量管理系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)汽車的發(fā)展起著決定性的作用。能量管理系統(tǒng)在應(yīng)用及發(fā)展上有以下問(wèn)題。

2.1 電池能量管理系統(tǒng)昂貴

電池能量管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的主要核心，但是由于電池能量管理系統(tǒng)成本價(jià)格較貴，電路的構(gòu)成較復(fù)雜，電池充放電的變化規(guī)律也難以論證。在電動(dòng)汽車的使用上，由于放電隨機(jī)性，導(dǎo)致電池電壓與電池的容量難以測(cè)定，且建立模型較難，對(duì)于怎么才能降低電池能量管理系統(tǒng)的成本以及準(zhǔn)確估測(cè)電動(dòng)汽車模塊狀態(tài)，仍是能量管理系統(tǒng)應(yīng)用以及后期研究發(fā)開(kāi)的難點(diǎn)，需要著重研究。

2.2 安全預(yù)警

對(duì)于電動(dòng)汽車的運(yùn)行來(lái)說(shuō)，沒(méi)有比安全性能更重要的研究課題了。而在能量管理系統(tǒng)應(yīng)用中電池模塊安全預(yù)警技術(shù)也是需要著重探索的方向，因?yàn)檫@關(guān)系著汽車的正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及使用者的口碑問(wèn)題。安全預(yù)警除了對(duì)于汽車中電池組技術(shù)和系統(tǒng)異常報(bào)警外，還能對(duì)某些特殊情況進(jìn)行及時(shí)處理，比如說(shuō)電池模塊的壓力過(guò)大，流量過(guò)大，或者說(shuō)是欠壓等。

2.3 能量管理系統(tǒng)復(fù)雜

在能量管理系統(tǒng)中，因?yàn)槠湟?guī)模越來(lái)越大，導(dǎo)致外部運(yùn)行需要的條件也越發(fā)復(fù)雜。能量管理系統(tǒng)運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)某些不同尋常的現(xiàn)象，比如說(shuō)功能失效、在很短的時(shí)間里出現(xiàn)各種數(shù)據(jù)跳動(dòng)改變等現(xiàn)象。這些問(wèn)題以目前傳統(tǒng)技術(shù)還很難理解，所以只能繼續(xù)發(fā)展研究能量管理系統(tǒng)，才能讓電動(dòng)汽車有更好的性能。

2.4 能量管理系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)

從目前來(lái)看，不論是國(guó)外比較優(yōu)良的能量管理系統(tǒng)，還是國(guó)內(nèi)成型的能量管理系統(tǒng)，這些技術(shù)性能都比較單一化且具有良好效果，但是電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的配置多種多樣，所以強(qiáng)行使用此技術(shù)會(huì)加大任務(wù)的難度，因此開(kāi)發(fā)新裝置和通用效果較好的能量管理系統(tǒng)，對(duì)于電動(dòng)汽車發(fā)展會(huì)有較好影響。

3 結(jié)語(yǔ)

電動(dòng)汽車的應(yīng)用解決了能源與環(huán)境問(wèn)題，所以發(fā)展此產(chǎn)業(yè)是發(fā)展方向，開(kāi)發(fā)以及應(yīng)用能量管理系統(tǒng)是推廣電動(dòng)汽車的關(guān)鍵性一步，由于能量管理系統(tǒng)的技術(shù)很容易延伸到其余產(chǎn)品，很多企業(yè)對(duì)此進(jìn)行了研究，為電動(dòng)汽車發(fā)展提供了有效助力，所以開(kāi)發(fā)研究能量管理系統(tǒng)會(huì)讓電動(dòng)汽車發(fā)展有更廣闊的前景。

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