新能源汽车动力电池系统控制技术研究_王志伟.pdf

汽车维修技师2023年第8期117职教天地 CAREER EDUCATION摘要：本文首先对动力电池系统的组成和功能进行了概述，并强调了动力电池系统在新能源汽车中的重要性和所面临的挑战。接着对现有的动力电池系统控制技术进行了综述。随后，提出了动力电池系统的控制策略，并进一步探讨了动力电池系统与车辆控制系统之间的通信与集成控制技术。关键词：新能源汽车；动力电池系统；控制技术引言随着环境保护意识的增强和对能源可持续性的需求，新能源汽车的发展已成为全球汽车行业的重要趋势。动力电池系统作为新能源汽车的核心组件，对整个车辆的性能和安全具有关键影响。因此，对动力电池系统的控制技术进行深入研究，提高其性能和可靠性，对推动新能源汽车的发展具有重要意义。一、动力电池系统概述（一）动力电池系统组成和功能动力电池系统是新能源汽车中的关键部件，由电池模组、电池管理系统（BMS）和电池包组成。电池模组是基本单元，通过串联和并联组装形成所需的电压和容量。BMS是核心，监测、控制和保护电池模组的工作状态，包括状态估计、温度管理、电流管理等功能。电池包由多个电池模组组装而成，包括冷却系统和接口。动力电池系统的功能包括提供动力、能量管理、状态监测与控制以及故障保护与安全。（二）动力电池系统的重要性和挑战动力电池系统在新能源汽车中具有重要性，它是关键能源存储装置，影响车辆的续航里程和性能，同时也对环境和资源保护具有重要作用。然而，动力电池系统也面临着挑战，其中，能量密度和续航里程是挑战之一，需要提高电池的能量密度以满足长续航里程的需求。安全性和稳定性是另一个关键挑战，需要开发高效的控制策略和故新能源汽车动力电池系统控制技术研究安徽安凯汽车股份有限公司/王志伟障诊断系统以确保电池系统的安全运行。此外，成本、可靠性、循环寿命和衰减等问题也都是亟待解决的挑战。（三）现有动力电池系统控制技术综述现有动力电池系统控制技术包括状态估计与SOC估计、温度管理、电流管理、功率管理、故障诊断与管理以及车辆与电池系统的通信协议等方面的研究和应用。这些技术的发展和应用不断提升动力电池系统的性能和可靠性。通过状态估计和SOC估计，可以准确评估电池的状态和电量；温度管理技术有助于保持电池在适宜的工作温度范围；电流管理和功率管理策略优化电池的充放电过程，提高能量利用率；故障诊断与管理技术能及时检测和处理电池系统的故障，提升系统的安全性和可靠性；车辆与电池系统的通信协议确保数据传输和协同工作。二、动力电池系统控制策略（一）动力电池系统的优化控制算法动力电池系统的优化控制算法旨在通过建模和优化电池系统的状态和性能，实现最佳的电池管理策略。该算法的原理是基于对电池特性和系统要求的深入理解，通过数学模型和算法优化，确定最优的操作策略，以最大限度地提高能量利用率、延长电池寿命，并保证电池的安全性和稳定性。该算法的运作过程如下：首先，通过传感器和监测装置，实时采集电池系统的关键数据，例如电流、电压、温度和SOC等参数。其次，基于采集到的数据，建立电池系统的数学模型，包括电池的内部特性、响应特性和功率特性等。然后，利用状态估计算法，估计电池的实际状态，如SOC和健康状态。然后，根据系统要求和优化目标，设计合适的优化算法。常见的优化算法包括动态规划、模型预测控制、遗传算法等。这些算法可以考虑多个因素，如电池的容量、功率需求、温度限制等，以确定最佳的电池操作策略。最后，将优化算法得到的操作策略应用于实际的电池管理系统中。作者简介王志伟，1990年5月，汉族，安徽宿州，硕士研究生，工程师，新能源汽车方向汽车维修技师2023年第8期118职教天地 CAREER EDUCATION根据算法的输出，调整电池的充放电电流、电压或功率分配，以实现最优化的控制策略。（二）充放电过程中的功率管理策略充放电过程中的功率管理策略是针对动力电池系统在充电和放电过程中，合理分配和调控功率的策略。其主要目标是根据车辆需求和电池状态，实现最佳的功率流动，以满足性能要求并提高能量利用效率。该策略可以通过以下方式实现：功率分配：根据车辆需求和电池状态，确定充电和放电功率的分配比例。在充电时，控制充电功率的大小，以避免过度充电并保护电池的寿命。在放电时，根据动力需求和电池的可用能量，合理控制放电功率，以满足车辆的动力性能要求。峰值功率管理：在车辆需要瞬时高功率输出时，合理管理电池系统的峰值功率输出。通过控制电池的放电速率和电池温度，确保电池系统在高功率需求时的稳定性和安全性，同时避免功率过载导致电池寿命的缩短。功率平衡：对于多个电池模块或电池单体组成的电池系统，需要实现功率的平衡管理。通过监测和控制各个模块或单体的充放电功率，确保系统中各部分的电荷状态和温度均衡，避免容量差异和热失衡对系统性能和寿命的影响。（三）动力电池系统的故障诊断与故障管理动力电池系统的故障诊断与故障管理是保证电池系统安全和可靠性的关键环节。通过监测和分析电池的工作状态和参数，可以及时检测和诊断电池系统中的故障，并采取相应的故障管理措施。这包括故障预警、故障定位、故障隔离和故障恢复等步骤，以最小化故障对电池系统性能和整车运行的影响，保障行车安全和稳定性。三、通信与集成控制技术（一）动力电池系统与车辆控制系统的通信协议动力电池系统与车辆控制系统之间的通信协议是实现二者之间数据交换和信息传递的关键技术。该通信协议需要确保高效的数据传输、可靠的通信连接和安全的信息交换。一些常见的通信协议包括CAN、LIN和FlexRay等。这些协议提供了标准化的数据传输格式和通信规范，使得动力电池系统能够与车辆控制系统进行实时的数据交互，包括电池状态、充电状态、温度信息等，以便车辆控制系统能够对动力电池系统进行有效的监测和控制。（二）动力电池系统的远程监测与管理技术动力电池系统的远程监测与管理技术是指通过无线通信和互联网技术，实现对分布在不同车辆中的动力电池系统进行远程监测、诊断和管理的方法和工具。这项技术的主要目的是实时获取电池系统的状态和性能信息，进行远程监控和故障诊断，以优化电池系统的使用效果和延长其寿命。远程监测与管理技术通常包括以下方面：通过传感器和数据采集设备，实时获取电池系统的相关数据，如电池温度、电压、电流、SOC等。这些数据经过处理和压缩后，通过无线通信技术传输到远程监控中心或云平台。在远程监控中心或云平台上，利用数据分析、模型建立和算法技术，对接收到的电池系统数据进行处理和分析。通过比对预设的阈值和规则，检测出潜在的异常情况和故障信号，并及时发出警报或通知。远程监测与管理技术还可以实现对电池系统的远程控制和管理。通过远程指令和控制策略，调整电池充放电策略，实现充电调度和放电优化，提高能量利用效率和电池寿命。同时，还可以对电池系统进行固件升级、参数配置和故障处理等管理操作。（三）动力电池系统的智能集成控制技术研究动力电池系统的智能集成控制技术研究旨在通过融合人工智能（AI）和控制理论，实现对电池系统的智能化管理和优化控制。这项技术研究涉及建立智能化的电池系统模型，开发基于机器学习和优化算法的智能控制策略，以及设计智能决策和反馈机制。智能集成控制技术能够对动力电池系统进行实时监测和预测，根据不同工况和需求自适应调整控制参数，提高能量利用率、保护电池安全，并优化电池寿命和性能。此外，智能集成控制技术还可以实现对不同车辆系统的协同控制，提升整车性能和能源管理效率。结论与展望动力电池系统控制技术在新能源汽车发展中起着关键作用。优化控制算法、充放电功率管理策略和故障诊断与管理方法可以提高电池系统的性能、效率和可靠性。通信与集成控制技术为动力电池系统的远程监测、管理和智能化提供了支持。展望未来，新能源汽车动力电池系统控制技术的不断研究和创新将为新能源汽车的发展提供更可靠、高效和智能化的动力解决方案。参考文献1 李永伟.新能源汽车动力电池系统故障诊断研究综述J.时代汽车,2023(5):184-186.2 王树林.新能源汽车动力电池系统故障诊断研究综述J.时代汽车,2023(3):113-115.3 谢振,张江红,熊俊.新能源汽车锂离子动力电池系统关键技术研究J.有色金属工程,2022,12(10):158.