新能源汽车电池能量管理系统设计
摘 要
随着改革开放以来，人民消费水平的提高和消费观念的改变。汽车已经从奢侈品变成了许多家庭的必需品，汽车的需求量越来越多，导致汽车行业迅速发展，汽车行业快速发展带来了一系列问题。大气污染严重，对人类身体健康的危害，对大自然生态环境的污染，这已经到了不得不去寻找方法解决的地步。新能源汽车成为了汽车生产商很重视的一类汽车。
本次的论文对新能源汽车电池能量管理系统进行了分析和设计。电池剩余电量（SOC）估算是新能源汽车电池能量估算的难点之一，论文对电池剩余电量（SOC）估算进行了改进，使电池剩余电量（SOC）估算更加准确，论文选用了“双向反激变换器”作为电池均衡装置，并以电动汽车为对象设计了可用于箱体均衡的结构。论文采用电池检测芯片DS2438，来检测电池的电压、电流、温度。通过得到的电池电压，电池电流，电池温度等数据，对电池状况进行分析、预警，使其能够及时处理遇到的问题。其数据测量准确，电路简单。
关键词：锂电池；电池均衡；电池电压电流；电池剩余电量计算
Design of Energy Management System for New Energy Vehicle
Battery ABSTRACT
With the reform and opening up, the people's consumption level and the consumption of the concept of change. The car has become a luxury from many families into the necessities of the car , leading to the rapid development of the automotive industry, the rapid development of the automotive industry has brought a series of problems. Air pollution is serious, the harm to human health, the ecological environment of pollution, which has been serious enough to have to find the way to solve the problem. New energy vehicles have become a car manufacturer attaches great importance to a class of cars,
This paper analyzes and designs the new energy vehicle battery energy management system. (SOC) estimation is a new energy vehicle battery energy estimation of one of the difficulties, the paper on the battery residual power (SOC) estimates were improved, so that the battery remaining capacity (SOC) estimates more accurate, the paper selected \flyback Converter \be used to balance the structure. The paper uses the battery detection chip DS2438, to detect the battery voltage, current, temperature. Through the battery voltage, battery current, battery temperature and other data, the battery status analysis, early warning, so that it can handle the problems encountered. The data is accurate and the circuit is simple.
Key words: Lithium battery; Battery balance; Battery voltage and current; Battery remaining power calculation
目 录
1 绪论 .................................................................................................... 2
1.1 新能源汽车研究背景及意义 .................................................................. 2 1.2 新能源汽车电池管理系统概述 .............................................................. 2
2 电池剩余电量（SOC）预算 ............................................................ 4
2.1 锂离子电池的结构和工作原理 .............................................................. 4 2.2 估算电池剩余电量的方法选用 .............................................................. 6
3 电池均衡方案研究 .......................................................................... 10
3.1 电池均衡的目的 .................................................................................... 10 3.2 电池不均衡出现的原因 ........................................................................ 10 3.3 进行电池均衡的方法 ............................................................................ 10 3.4 电池均衡方法改进 ................................................................................ 11
4 新能源汽车电池能量管理系统设计 .............................................. 20
4.1 新能源汽车电池能量管理系统功能要求 ........................................ 1420 4.2 新能源汽车电池能量管理系统设计 ................................................ 1520
5 结论与建议 .................................................................................... 173
5.1 结论 ...................................................................................................... 173 5.2 建议 ...................................................................................................... 173
1 绪论
1.1 新能源汽车研究背景及意义
在汽车还没有普及的时代，汽车尾气的污染还没有严重到不得不治理的地步，20世纪末期汽车开始成为大众化的产品，人人消费的起，家家户户可以买的起，汽车多了起来，排放的有害气体已经远远超出了我们地球的自我净化和改善的能力水平。汽车尾气不仅污染环境还对人体健康产生很大的威胁，尤其是尾气中的NO，SO等气体对人的生命有很大的危害，我们都知道空气是很轻的，一个1.53吨的轿车一年产生的尾气可以达到五吨左右，可何况每年那么多汽车产生的尾气了[1]，对空气的污染造成多大的作用，近几年雾霾更是 成为汽车对环境破换的代名词，新闻更是天天报道，国家开始实行汽车限号政策都是为了改善环境。更何况汽车运行需要能源驱动，导致地球资源日益枯竭，这导致了一系列恶性循环，这一切迫使汽车生产商不得不寻求新的能源来代替传统的燃料，新能源电动汽车的研究和发展就显得十分重要。
新能源汽车用电能等无害能源代替了传统的石油能源，新能源汽车一定会成为未来汽车发展的主要方向，新能源汽车有很多优点是传统汽车无法相比的，例如更经济实惠，结构也不太复杂，维修起来也会容易许多，运行起来噪音也比较小，但电动汽车也有不足，电动汽车没有传统汽车续航时间长，电池生产成本较高，这样就使电动汽车的推广受到了障碍。不过总的来说，电动汽车发展会成为各大汽车生产商重点关注研究的项目。其中新能源汽车电池能量管理系统起着举足轻重的作用[2]。国内外比较典型的纯电动汽车如下图1-1所示
本次得论文设计是按照设计的要求，对新能源汽车电池能量管理系统进行了分析和设计，在参考了一些文献后完成了电池整体设计，电池剩余电量计算方法，软件的设计，电池均衡方面的研究和方法。电池的电压，电流，温度等数据的采集能够进行。相关功能的控制，故障方面的分析和反馈。
本论文设计主要是针对纯电动小型汽车电池能量管理设计的。
1.2 新能源汽车电池管理系统概述
在当前情况下，影响纯电动汽车发展的重要原因是电池技术或者是与电池方面有密切关系的技术。所以说纯电动汽车在目前的情况下要想发展迅速，必须在电池技术方面进行深一步的研究，对电池技术进行进一步的探讨。而对电池组进行检测和管理的是电池管理系统。电池管理系统包括电池能量管理，电池组发热处理，SOC等模块。这对电池的使用寿命，电池的合理利用。电池更好的充放电是十分重要的。
当纯电动汽车运行时，每个电池组进行工作的时候，电池正常的温度，电池稳定的电压，电池稳定的电流等都是电池组进行正常的工作必要的条件。这对锂电池来说更加需要这些条件，如果没有满足这些条件，电池的使用时间会大大的缩短，有时候也会发生事故，会对车上的人员造成危险，有时候甚至会造成生命危险[3]。
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每个电池管理系统的功能都会有所不同，但一般的电池管理系统都有六项基本功能。如下图1-2所示。
电池的电压采集，电流采集，温度采集等数据的采集是电池管理系统最基本的性能。SOC的估测是每个电池管理系统都有的功能，温度的采集主要是通过软件来进行测量和控制，是电池的温度不能超过电池进行工作的正常温度。安全性能的管理主要是对电池的温度，电池的电流电压进行检测和预警[4]。当超出某个界限后，发出危险信号，采取相应方法。系统的能量管理是对电池进行均衡的作用和电池进行充电和放电作用。故障诊断技术是通过对得到的数据进行分析，然后发现电池组哪里出现了问题。能够及时的解决。
下面是两种比较典型的电池管理系统
一种是韩国的DEV5-5纯电动汽车，是在纯电动汽车电池管理系统中非常具有代表性的一种系统，如下图1-3所示。
BMS中央处理器可以和SOC显示状态进行数据通信，可以向安全装置、加热/制冷器件发送开关信号，并将诊断信息，电池数据发送到上位计算机，可以接收电池组的电压、电流、温度信息。充电器给电池组充电，电压电流控制由充电器和BMS中央处理器共同决定。
该电池管理系统功能包括了数据的采集和检测，优化充电，电池SOC，还包括了电池系统能量管理，故障诊断分析等作用。中央处理器在其中扮演着总控制和决策的作用[5]。
另一种是奇瑞公司的分布式管理，如下图1-4所示
图1-4奇瑞公司的分布式电池管理系统
几个电池模块来组成电池管理系统，几个电池来组成电池组，电池管理系统里边有数据采集模块，CAN总线，当然也会有中心控制功能。
1.5 电池管理系统的发展趋势
与电动汽车其他控制器技术相比较，电池管理系统的研究水平和成果还不够完善。电池管理系统是电动汽车的核心技术之一，虽然近些年这方面有了很大的提高和改善，有很多方面已经进入了试验甚至应用阶段，但是有些地方还是不够完善，例如电池组剩余电量SOC的估算、电池均衡方法的改进等等，以下是电池管理系统的几个未来发展方向： 1. 当今的电动汽车对BMS提出了更高的要求，数据采集量更大。精度要求更高，电池管理系统的抗干扰能力需要不断提高。
2. 选择更合理的方法，更准确的估算SOC值也是未来研究的重点之一。 3. 动力电池组自身安全问题也需要大量的试验，也是未来研究的重点之一。 4. 不同的动力电池组具有不同的特性，目前同一套电池管理系统只适用于单一种类的电池组管理，开发出能适用于所有种类电池的通用型BMS也是未来研究的重点之一
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