电动汽车动力电池管理系统控制问题研究

赵书美　魏冬

摘 要：合理的动力电池容量管理以及系统控制设计方法不仅能够有效地将各类动力电池容量控制在最优化的工作效率区间，对于有效保障各类动力电池的可充电性能、一致性、安全性和电池使用寿命等均具有重要指导作用。作为现代混合能源动力车型汽车的一个关键部件，动力电池对提升整车综合动力性、经济性和驾驶安全性等都具有重大战略影响。

关键词：动力电动汽车控制 动力电池能源管理 动力系统控制

Research on Control Problems of Power Battery Management System for Electric Vehicles

Zhao Shumei，Wei Dong

Abstract：Reasonable power battery capacity management and system control design methods can not only effectively control the capacity of various power batteries within the optimal working efficiency range， but also effectively guarantee the rechargeability， consistency， and safety of various power batteries. The service life of the battery has an important guiding role. As a key component of modern hybrid energy vehicles， the power battery has a significant strategic impact on improving the overall power， economy and driving safety of the vehicle.

Key words：power electric vehicle control， power battery energy management， power system control

當前，由于能源与环境的变化压力不断增大，节能、环保问题成为世界各国地方政府及电动汽车产业共同关注的重要焦点，同时随着动力电池管理技术的不断创新突破，发展纯能源电动汽车已被众多行业人士列为发展新能源电动汽车的一项重要发展战略，然而为了使其达到一定的续驶性和里程，降低车辆能量驱动损耗并大大提高动力电机的正常运行控制效率，纯能源电动汽车普遍建议采用一种容量大、电压低和平台高的新型动力电池，这对汽车动力电池系统是否最终能够安全、可靠地正常运行控制提出了新的技术挑战。而动力电池系统作为纯纯电动汽车的第二部分动力舱，不仅直接决定了电动车辆的主要动力性、续驶性和里程，同时也是纯能源电动汽车的唯一主要能量损耗来源，能否合理运行控制动力电池管理系统安全可靠正常运行也已成为当前衡量我国电动汽车行业能否取得继续健康发展的重要衡量指标，结合项目主创者研发的一款纯能源电动汽车专用动力电池，对其动力电池系统管理软件系统控制软件方法应用做深入理论解析，研究纯能源电动汽车专用动力电池系统管理软件系统控制方法，延长车辆动力电池整车使用寿命，并使其实现在复杂使用环境和紧急工况下安全稳定的可靠运行，保证车辆整车使用性能和驾驶人员安全。

1 电动汽车动力电池系统

电动汽车集成动力电池系统的集成研究方向，总体上来说可以大致分为动力电池组本身的集成机械系统化集成和动力电池过程管理控制系统的集成研究。其中的汽车电池组本身的内部机械系统强度集成主要内容包括能够满足良好汽车内部空间结构布置的汽车电池组、塑料箱体的外部机械空间强度尺寸结构设计和内部机械系统强度结构设计，以及能够满足良好汽车散热性能条件的电池箱体内部空间尺寸结构设计、合理的汽车电池箱体串联散热方式和内部空间结构布置。其汽车自动行驶安全过程管理中安全性故障问题也一直是一个重要技术议题，必须能够实现有效的的汽车高压电安全防护管理和汽车故障检测诊断处理功能。本文在系统分析了国内现有的一些动力电池动态模型的基础上，建立了对动力电池的电量动态模型及各参数数值进行精确识别的系统数学方法，其研究结果同时也认为可以对各类动力电池长期剩余可用电量的数值估算校准提供较好的技术参考价值，有助于逐步提高电池soc的电量估算校准精度。目前动力电池组在实际使用前的能量匹配精度要求还比较高，能有效减少一些不均衡性的直接影响，但是仍不能根本本上解决均衡性的影响问题。为了有效解决这种不均衡对传统锂离子智能电池组的直接影响，在智能电池组的日常使用管理过程中也就需要充分使用智能电池均衡管理器及其均衡锂离子系统对其电池进行系统优化均衡管理。

2 动力电池系统简介

动力电池管理系统由动力电池组、电池能量管理控制系统、电气系统三个大部分共同组成，三者各部分合理进行匹配，根据不同使用工况和各种整车使用需求进行充放电，同时可以实现对整车动力电池使用状态实时监控以及能量消耗管理、安全风险管理和健康安全管理。这3个核心系统相辅相成，以系统动力电池为中，电池实时管理核心系统软件作为整个系统动力电池的实时控制管理核心，用于实时控制和分析管理整个系统动力电池的实际工作环境状态，并充分结合热能源管理系统相关关键部件为整个动力电池用户提供最舒适可靠的电池工作状态环境。

3 电池管理系统

3.1 电池管理系统电气架构

本文中主要涉及的储能电池电源管理控制系统为分布式储能电池电源管理控制系统，由1个专用主高压控制器1个专用高压电源控制器、2个从高压控制器及一个相关数据采样器与控制器总线束连接组成，通过a、can总线连接实现各个从控制器间数据信息交互。

3.2 电池管理系统控制方法

动力电池快充系统核心功能建设能否完全实现，循环充电寿命多长能否完全满足用户整车使用要求，整个充电系统过程能否安全可靠正常运行，这些都与动力电池质量管理以及系统控制成本策略密不可分。

3.2.1 工作模式控制

电池工作管理控制系统主要具有以下4种基本工作管理模式：待机管理模式、放电管理模式、充电管理模式、故障报警模式。

待机电池启动管理模式：系统采用其他电池相关数据自动管理待机启动模式系统（BMS）在此新的待机启动模式下不必再需要手动处理任何其他电池相关数据，能耗极低，能快速准确完成待机启动。

放电待机模式：BMS汽车在自动待机充电模式下通过检测车辆放电等信号后，接收到的车辆状态控制器（VCU）接收发来的汽车动力电池系统运行相关状态控制指令和接触器的相关动作控制指令，并自动执行车辆相关操作指令，完成车辆BMS上的放电及预充电工作流程，进入自动放电待机模式。

充电待机模式：BMS系统在车载待机充电模式下自动检测车载充电信号WAEUP充电信号后，接收充电VCUUP发来的车载动力电池信号运行相关状态控制指令和接触器的充电动作控制指令，并自动执行充电相关动作指令，完成运行BMS车载充电工作流程，进入车载充电待机模式，同时与车载充电控制机进行通讯。

故障上报模式：BMS在任何故障模式下每当检测器遇到软件故障，均自动进入软件故障上报模式，同时自动上报AAVCU软件故障上报状态和显示相关软件故障上报代码。

3.2.2 充放电控制方法

通过系统分析动力电芯内的充放电相关功率条件特性，并通过结合各种动力电池在不同使用环境、不同使用工况下的电芯充放电功率能力，提出合理的電芯充放电功率条件及充放阀值，提高传统动力电池进行充放电时的安全性。

根据不同环境变化温度、动力电池快速SOH、SOC及可充电工作功率等不同测量维度均可控制各种动力电池快速及可充电工作条件及电压阀值。

3.2.3 热资源管理控制实施方法

根据我公司BMS公司从中国动力电池控制器应用终端网站上报的当前使用范围、环境空气净化温度和当前使用环境动力电池、当前使用空气温度等的相关数据信息，充分考虑后来评估当前使用环境动力电池温度，是否完全可达到持续充分发挥释放所用电量的处理能力，控制器可选择开启、关闭等与使用温度相关用于动力电池加热器和动力冷却器的放电控制装置。此热管理功能系统管理模式电热系统为高温冷热冷和风冷，模式功能管理系统分为低级高温充电热系统功能模式管理和高级低温放热式冷却电热系统功能模式管理，冷却式热系统功能管理装置系统具有两个主要管理挡位：一个动力电池热却式冷却功能管理、空调通过这个一体化热却式冷却功能管理。

4 故障诊断方法

随着电动车辆长期高速行驶，动力电池发生短路、开路、电性能明显下降、过电和充过电或放电及汽车通风排水系统不畅等不良现象，均很有可能随时出现，所以合理的汽车故障检测诊断管理机制尤为重要。通过对BMS自动监控及电气系统的软硬件自动匹配，合理配置识别有效安全故障，并及时给出安全启动预警或故障保护启动策略，对于每个安全故障均同时具有三级冗余智能判断：轻微安全故障、严重安全故障、致命安全故障。

5 安全监控方法

安全失效监控系统通过利用相关监控软件的源代码设计实现的是对外部功能硬件集成电路和内部功能系统零部件的相关功能安全失效情况判断，其设计目的主要在于为汽车动力电池系统增加一层相关软件上的冗余安全保护，从而能够使电动车辆更加安全可靠高效地正常行驶。具体内容结构如波形图所示，通过对资源电压、电流、温度、时间、通讯等电源信息的实时监控，结合不同电源信息间的相互关系，由此对BMS进行处理并分析识别并找出潜在的电源失效工作模式。

6 结语

综上所述，电池应用管理信息系统控制管理方法不能作为汽车动力电池应用中心化的控制系统思想，直接严重影响汽车动力电池的正常使用寿命及动力电动汽车的安全稳定运行与提高整车使用性能。

参考文献：

[1]董超，李立伟，张洪伟.新型电动汽车锂电池管理系统的设计[J].通信电源技术，2012，29（03）：33-35.

[2]徐朝胜，闫改珍，李进.电动汽车电池管理系统的设计[J].长江大学学报（自然科学版），2013，10（07）：47-49+73+5.

作者简介

赵书美：（1986.04—），女，汉族，山东省济南市，硕士研究生。研究方向：车辆动力学。