摘要：电池管理系统的多样性及其与整车控制系统相配合的复杂性，使得该系统尚处于初步研究阶段，也因此而具有非常广阔的发展空间。电池管理系统对混合动力汽车的燃油经济性至关重要。本文在原有电池管理系统的基础上，分别提出了电流测量和电压测量的优化方法，并通过实际的试验，验证了所提出的优化方法在提高测量精度与提升电池组充放电性能方面的优势。
关键词：混合动力；电池；电池管理系统；优化策略；
1.概述
混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，简称HEV）是指装备有两种或两种以上动力装置的汽车，其通常由传统内燃机以及电动机作为动力源。这种新型汽车以发动机与电动机的工作特性为理论基础，其各个动力装置之间由控制系统的协调作用实现各种工况条件下的能量的最优分配，既克服了纯电动汽车电池容量大、续驶里程少、充电不便等缺点，也大幅减少了传统内燃机汽车的燃油消耗、降低了发动机的设计体积和重量，实现了高度自动化下的低污染、低能耗的目的。
电池作为混合动力汽车的主要动力源之一，既可作为动力装置为电动机提供电源，也可以作为储能装置，将内燃机动力提供的部分能量以及汽车减速滑行或紧急制动时回收的部分制动能量所转化成的电能存入蓄电池。对电池管理系统采用高度实时和动态的优化控制策略，可以使动力系统中的各个部件在最佳状态和最高效率的区域内工作[1]，提高能量利用率，提高汽车的燃油经济性。
2.混合动力汽车的电池管理系统
混合动力电动汽车的能量管理系统主要包括电池管理系统、电压调节系统和低压电源管理系统组成。混合动力汽车的电池应保持在适当水平，以便在加速时时为汽车提供能量，并在制动滑行或紧急制动时回收部分制动能量；与发动机合理配合，为汽车提供所需能量；保证电池的安全性，并在使用过程中浅充浅放，延长电池使用寿命。为了满足上述要求，电池管理系统应具有以下主要功能：
（1）对蓄电池电量的计量功能：实时显示汽车蓄电池的剩余电量或荷电状态（SOC值），将蓄电池的SOC值保持在30%~70%范围内[2]。
（2）对蓄电池状态的检测功能：实时监控电池组中各电池的温度、端电压以及充放电电流。蓄电池电量过高或过低时，通过警报以及相应的控制策略，停止或开始对蓄电池的充电，避免电池出现过充电和过放电现象；保证蓄电池的正常工作温度，在其温度过高时进行报警；在电池工作时间过长或损或的情况下，实时报警并显示出现状况电池的信息，以便自动或手动对电池进行替换。
（3）充、放电的控制功能：根据车速、负载和蓄电池的SOC值，合理分配蓄电池组对混合动力汽车的能量供给，以提高能量的利用率和电池的使用寿命。在混合动力汽车加速或爬坡等需要提供大功率时，电池作为供能元件为车辆提供电能，且在电池管理的系统的控制策略下停止电池对车内空调等大功率电器设备的供能，避免电池的放电电流过大，提高电池能量的利用率。由于电池组在实际工作时，各电池的性能和状态有所差别，因此在对蓄电池组的充电过程中，需要根据电池的实时状态，通过合理、有效的电池管理策略，对电池组采取相应的充电方法，以提高充电效率。
3.混合动力汽车电池管理系统的优化方法
混合动力汽车的电池管理系统主要有集散式和集中式两种结构[3]汽车蓄电池。其中，集散式结构包括主
控模块和测控模块，主控模块的功能是测量电流、数据存储以及绝缘；测控模块功能是对电池的端电压和温度等进行测量。集中式结构的主要特征是对温度、电压、电流等进行集中测量，这种结构的采样点相对集中，因此具有成本较低、线束简单、便于维护等优点。因此，本文采用集中式结构，从混合动力汽车对电池电压、电流的测量方面，对电池管理系统进行优化设计。
3.1 电压测量的优化方法
电池的工作电压对电池的工作性能具有主要影响，因此，对电压的精确测量在电池管理系统中非常重要。电压的测量主要有共模测量法和差模测量法两种。其中，差模测量法测量精度较高，且适用于车用串联电池较多的情况，因此本文采用差模测量法。具体优化方法如下：
（1）对电压的测量，利用光电继电器逐层电压引入的测量结构。这种结构有效避免了同相输入端与反相输入端共地的现象，从而减少了因电阻分压所产生的误差积累，提高了电压采样的精确度。
（2）利用浮动地技术，在测量蓄电池组中各个电池的电压时，接地电位可以自动浮动。在
系统工作时，利用模拟开关进行选通，接入待测量的电池端以接收其电位信号。其中，这种电位信号分别由两路输入到差分放大器和窗口比较器中。当进入窗口比较器的信号与固定电位相同，即利用A/D模拟数字转换器进行测量；若进入窗口比较器的信号高于或低于固定电位，则控制地电位自动浮动，直至地电位调整至与固定电位相等后，再进入A/D转换器中进行测量。这种方法的调整过程较快，具有较短的响应时间，具有较好的精确度。
3.2 电流测量的优化方法
电池的剩余电量主要由电池的充放电电流反映，因此，需要严格要求电池的充放电电流的精度、抗干扰能力、零漂、温漂以及线性误差。利用分流器或电流传感器可以对该电流进行测量。分流器以直流电通过电阻时在电阻两端产生电压为理论基础，多用于均流取样检测。本文利用规格为250A/75mV的分流器进行电流的测量，同时利用模拟数字转换器ADC实现等精度测量，以提高测量精度、降低温漂、便于安装。
这种电流测量主要是利用分流器将电流转化电压信号，且信号范围控制在0~75mV，并通过滤波电路将信号传递至A/D转换器的输入端，将电压信号通过A/D转换为数字信号，最终将该数字信号传递至。电池管理系统利用CAN总线为车辆提供电流，对该电流的采样频率为80m
s，可根据电流的瞬时值测得该电流值；电池的荷电状态SOC通过电流得到，对该电流的采样频率为2s，可根据电流的有效值测得该电流值。
4.试验结果
试验过程需要根据实际情况，对电池管理系统进行调试，以提高系统的精确性和试验结果的可信性。
对电池进行充电，直至电池SOC为60%时，分别以1C，2C，4C，7C，11C，16C的电流对电池进行15s的充电和放电，测得的电流误差在[-0.37%，0.65%]范围内，符合±1%的标准，且比原有系统的测量精度提高了5.73%。对电压的测试中，分别测量得到了电池组上述各个电流下的放电特性，其结果为：当电流较小时，电压下降较慢，且电池组释放的电量较多；随着电流的增大，电压下降速率逐渐加快，且电池组释放的电量逐渐增大。
5.总结
本文在原有电池管理系统的基础上，分别提出了电压测量和电流测量的优化方法，并通过实际的试验，表明电流测量的优化提高了电流的测量精度；本文对电压的测量优化方法表明这
种方法对于低电流下的电池组的充放电，在性能上具有较好的提升。
参考文献
[1] 余志生. 汽车理论-第5版[M]. 机械工业出版社, 2009.
[2] 张忠义, 羌嘉曦, 杨林, 等. 混合动力汽车电池管理系统[J]. 机电工程技术, 2006,35(1): 61-64.
[3] 陈清泉, 孙逢春. 现代电动汽车技术[M]. 北京理工大学出版社, 2002.
发布评论