基于新能源汽车动力电池管理系统设计的分析

摘要：随着科学技术的快速发展，我国经济建设发展非常迅速，我国各行业运用先进技术发展自身取得了非常不错的成效。新能源汽车在近年来发展的速度不断加快，电池管理系统设计作为整个电池系统的核心部分，其运行质量直接关乎到动力电池系统的运行安全，也关乎到整车运行安全。因此，需要加大电池管理系统设计的研发力度，走产品的集成化和标准化道路，采用采用分工合作商业模式并加强检测与评价的标准，推进电池管理系统更好地发展并满足需求。

关键词：新能源汽车；动力电池；管理系统设计

引言

我国近年来整体经济建设发展非常迅速，道路行业的快速发展推动我国汽车行业的不断进步，改善我国人们的出行质量。新能源汽车具有运行高效稳定以及结构简单等优势。但是，此类汽车在电池设计方面需要消耗较高成本，续航里程短。为确保新能源电池使用寿命，控制汽车使用环节成本，要重视动力电池的管理系统设计开发工作。

1 、新能源汽车动力电池管理

一要加大关键技术攻关，鼓励车用操作系统、动力电池等开发创新。支持新能源汽车与能源、交通、信息通信等产业深度融合，推动电动化与网联化、智能化技术互融协同发展，推进标准对接和数据共享。二要加强充换电、加氢等基础设施建设，加快形成快充为主的高速公路和城乡公共充电网络。对作为公共设施的充电桩建设给予财政支持。鼓励开展换电模式应用。

2 、电池管理系系统设计使用的关键技术

1.检测工作参数，在电池管理系统当中，其工作参数检测主要包括工作电流、电压和温度等。在测量电池电压、充放电电流及电池温度等过程，需要采集单体电池的电压测量数据，利用该数据对电池工作状态加以判断；在估算荷电状态时，需要使用单体电池的电压，同时其他功能也需依赖电压数据展开计算。2.SOC算法，使用卡尔曼滤波方法作为SOC算法，可实现静态学习，利用残余电量的计算方法，对电池的SOC初始值进行计算。在此过程中需要借助大量实验数据，才能获取电池的准确使用信息，并且还应掌握电池两端温度信息以及电压值，确保SOC初始值的计算相对准确。然后利用此值作为基础输入值，并在卡尔曼滤波方法的运用下，对电池的SOC值进行估算。但是，在此过程运用的计算公式并非线性方程，需要在实际计算环节将其线性化，利用估计值以及给出误差协方差矩阵，对误差范围加以估算，最终获取精准的SOC值。

3 、新能源汽车的动力电池管理系统设计

3.1 主控ECU

主控ECU包含估算SOC、采集及计算电流、电压的程序，还有分析故障、给出报警以及数据通信程序等。主控单元将接收到参数（单体电池温度、电压等）以及所测量的自身SOC、电流、总电压等数据结合起来分析，判断出整个电池组所处的工作状态，并对其运行的历史数据进行记录。

3.2 管理方式

电池组的管理主要有两种形式：集中式和分布式。选择分布式管理，主要利用“主从分布”的结构，完成电流、温度和电压等信息检测，保证电池组形成均衡控制局面，利用该系统能够估算电池的SOC值，并且确认电池存在“过充”或者“过放”等问题之后，还能启动保护功能。控制板上能够提供电池和整车通信网络、CAN接口、上位机串口连接功能。在主控板的控制方面，能够和采集板模块功能紧密关联，且相互独立。由采集板对电池组内各单体电池各项参数进行检测，并实现均衡控制。由主控板完成电池组工作电流的采集、数据分析、SOC估算等。利用CAN网络，向整车控制器内传输电池状态实时信息和处理结果。主控板当中还具备和上位机通信功能，利用串口获取采集数据，向上位机传送，经上位机处理之后，显示结果，完成人机界面操作。

3.3 产品的集成化和标准化

电池管理系统主要用于锂离子电池。由于电池的种类不同，电池系统有不同的性能，在电池管理系统的设计中也存在很大的差异。将电池管理系统产品集成化、标准化运行，不需要对电池系统的类型予以区分，在测试精度，实施热管理，进行均衡管理以及电磁兼容性和电性能适应性等方面都实施集成化管理，保证电池管理系统的标准化运行。

3.4 电量检测

电量检测的算法设计需要基于电池模型，使用三阶等效模型，利用其高阶特点以及使用过程产生高斯白噪声，并且电池处于模式切换状态时，还会产生噪声。切换继电器环节，由于存在震荡，可能导致检测数据结果存在误差，车辆运动环节发生震动问题，也可对电池产生随机干扰。因此，将嵌入式以及电池检测的滤波算法考虑其中，将卡尔曼滤波这一算法加以扩展，可实现在电池电量发生变化之时，将其中随机噪声滤除。

3.5 动力电池系统可靠性设计优化建议

1.选择与动力电池系统相匹配的断路器和熔断器等保护器件，合理搭建动力电池系统拓扑结构。2.优化动力电池系统电气走线，提高动力电池系统的安全防护等级，避免系统正负极母线因破损污染等原因造成系统短路。3.选择更为安全可靠的动力电池，优化机车控制系统，避免动力电池滥用造成电芯内短路。4.配置一套由硬件组成的安全冗余保护电路，该保护电路通过电池系统电压和温度检测装置对检测结果的判断，直接对动力电池系统进行动作保护，避免电池管理系统（BMS）由于软件保护逻辑故障造成系统保护完全失效。

3.6 加强检测与评价的标准

电池管理系统在于复杂的车载环境中运行，要确保其处于各种气候环境中都处于良好的运行状态，就要对产品进行测试，确保电池管理系统具有良好的环境适应性。在电池管理系统的检测和评价中要按照标准执行，对各种温度环境、湿度环境以及振动环境的适应性进行检测、评价。具体按照如下的标准进行。其一，电池管理系统处于高温环境中运行，经过测试可以明确，其工作状态从室内温度提高到65 摄氏度，持续1 个小时之后，对电池管理系统数据是否准确进行分析。其二，电池管理系统处于低温环境中运行，经过测试可以明确，其工作状态从室内温度降低到零下25 摄氏度，持续1 个小时之后，对电池管理系统数据是否准确进行分析。其三，对电池管理系统的耐高温性能进行测试，可以明确，其工作状态从室内温度提高到85 摄氏度，持续4 个小时之后，对电池管理系统数据是否准确进行分析。其四，对电池管理系统的耐低温性能进行测试，可以明确，其工作状态从室内温度降低到零下40 摄氏度，持续4 个小时之后恢复到正常的室温，对电池管理系统数据是否准确进行分析。其五，对电池管理系统的耐温度变化性能进行测试，让系统在高温状态下维持2 个小时的时间，经过5 次的循环，恢复到正常的室内温度，对电池管理系统数据是否准确进行分析。其六，对电池管理系统的耐盐雾性能进行测试，在正常插接下进行持续6 个小时的盐雾测试，当室内温度恢复到正常状态之后，对电池管理系统数据是否准确进行分析。其七，对电池管理系统的耐湿热性能进行测试，持续48 个小时，当室内温度恢复到正常状态之后，对电池管理系统数据是否准确进行分析。

结语

总之，合理设计新能源汽车的电池管理系统，对于车辆的安全使用以及电池的高效利用影响较大。通过对电池使用原理深度分析，完善系统硬件和软件设计，满足汽车对动力电池的工作需求，提高电池利用效率，加速新能源汽车行业的发展。