車載動力電池系統(tǒng)及充電機充電技術(shù)解析

電動汽車車載動力電池的性能直接影響汽車的續(xù)航里程，車載動力鋰離子電池組的安全性和串聯(lián)充電機充電不均衡問題是限制其發(fā)展的一大阻力。結(jié)合國內(nèi)外電動汽車動力電池的發(fā)展狀況，對其中前景較好的鋰離子電池管理系統(tǒng)的構(gòu)成和核心功能進行了重點介紹。

電動汽車采用電能替代化石燃料作為動力，是未來交通的唯一長遠解決方案。動力電池系統(tǒng)作為電動汽車的心臟，只有對其進行充分的了解，才能實現(xiàn)電動汽車的順利推廣。本文從國內(nèi)外電動汽車主要車載動力電池的發(fā)展趨勢角度出發(fā)，對比較有發(fā)展前景的鋰離子電池及其電池管理系統(tǒng)進行了重點分析。

鋰離子電池組充電機充電不均衡易使其產(chǎn)生過充放電問題，嚴重損害其使用壽命。本文提出了一種新型智能充電機充電模式，使電池組更加安全、可靠地充電機充電，能夠延長其使用壽命，增加安全性，降低使用成本。

1車載鋰離子電池管理系統(tǒng)

作為電動汽車電池的監(jiān)測“大腦”，電池管理系統(tǒng)(BMS)在混合動力電動汽車中可以實現(xiàn)對電池剩余電量的監(jiān)測，預測電池的功率強度，便于對整個電池系統(tǒng)的了解和整車系統(tǒng)的掌控。

在純電動汽車中，BMS具有預測電池剩余電量、預測行駛里程和故障診斷等智能調(diào)節(jié)功能。BMS對鋰離子電池的作用尤為明顯，可以改善電池的使用狀態(tài)、延長電池使用壽命、增加電池安全性。BMS將是未來電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

如圖1所示，BMS中數(shù)據(jù)采集模塊對電池組的電壓、電流和溫度進行測量，然后將采集的數(shù)據(jù)分別傳送到熱管理模塊、安全管理模塊并進行數(shù)據(jù)顯示。熱管理模塊對電池單體溫度進行控制，確保電池組處于最優(yōu)溫度范圍內(nèi)。

安全管理模塊對電池組的電壓、電流、溫度及荷電狀態(tài)(SOC)估算結(jié)果進行判斷，當出現(xiàn)故障時發(fā)出故障報警并及時采取斷路等緊急保護措施。狀態(tài)估計模塊根據(jù)采集的電池狀態(tài)數(shù)據(jù)，進行SOC和健康狀態(tài)(SOH)估算。

目前主要是SOC估算，SOH估算技術(shù)尚不成熟。能量管理模塊對電池的充放電過程進行控制，其中包括電池電量均衡管理，用來消除電池組中各單體的電量不一致問題。數(shù)據(jù)通信模塊采用CAN通信的方式，實現(xiàn)BMS與車載設(shè)備和非車載設(shè)備之間的通信。

BMS的核心功能是SOC估計、均衡管理和熱管理，此外還具有其他功能比如充放電管理、預充電機充電管理等。在電池充放電過程中，需要根據(jù)環(huán)境狀態(tài)、電池狀態(tài)等相關(guān)參數(shù)進行管理，設(shè)置電池的最佳充放電曲線，例如設(shè)置充電機充電電流、充電機充電上限電壓值、放電下限電壓值等。電動汽車的高壓系統(tǒng)電路存在的容性負載在上電瞬間相當于短路，因此需要進行預充電機充電管理來防止高壓電路上電瞬態(tài)電流沖擊。

2電池管理系統(tǒng)的核心功能

2.1 SOC估算

SOC用來描述電池剩余電量，是電池使用過程中最重要的參數(shù)之一。SOC估計是判斷電池過充過放的基礎(chǔ)，精確的估計可以最大限度的避免電池組的過充放電問題，使其更加可靠地運行。

電池SOC的估算在內(nèi)部工作環(huán)境和外界使用環(huán)境變換的影響下呈現(xiàn)出非常強烈的非線性。影響電池容量的內(nèi)外因素有多種，如電池溫度、電池壽命、電池內(nèi)阻等，要準確完成SOC估算有很大困難。

現(xiàn)有的SOC估算方法如下：

(1)安時計量法。安時計量法不考慮電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)、狀態(tài)等方面的變化，因而有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的優(yōu)點，但是該方法的精度不高。若電流測量精度不高，那么隨著時間的推移，SOC累計誤差將不斷加大，影響最終結(jié)果。該方法適合計量電動汽車上的電池SOC，若能提高測量精度，不失為一種簡單可靠的SOC計量方法。