夏岩松 柴琎 王剑英
国网广汇（上海）电动汽车服务有限公司 邮编：201101
摘要：能源危机和生态危机产生的人类生存压力越来越明显，汽车产业受能源危机和生态危机的双重影响，电动汽车的研发俨然是大趋势。电动汽车的问世减少了环境污染，缓解了生态压力，而其也减少了能源消耗，在解决能源枯竭问题方面有着积极意义。其研发与应用得益于其电池管理系统的设计优化，这也是新型能源汽车研发中的核心命题。基于此，本文主要针对电动汽车电池检测及容量估算展开相关概述。
关键词：电动汽车电池；容量；SOC；管理系统
引言
随着全球对能源问题的关注与研究，未来电动汽车取代汽油车已成为必然，电动汽车也得到了越来越多的关注，各国从国家战略层面推出了电动汽车实施计划。但是当前电动汽车的实用过程中，存在两个主要问题：一是电池的续航问题，包括电池荷电状态的实时监控；二是充电基础装置的普及问题。基于此，文中针对电动汽车电池管理系统存在的问题，以期准确测量电池的实时参数，实现电动汽车荷电状态的实时准确估算。
1电动汽车动力电池工作原理
当前汽车的动力电池多对为金属燃料，主要构成是铝，基于其材料选择和性能循环的优化考虑，电池负极为金属材料，正极则采用泡沫石墨烯，其电解液主要成分是四氯化铝，实现了充放电的有效循环，即使在常温条件下也可以正常循环运作。其正极所对应的石墨烯材料属于典型的层状材料，其能有效容纳阳离子，实现电解液内阴离子的容纳，让动力电池放电形成良性循环。
2电池电荷状态分析
电池电荷状态（Stater of Charge，简称SOC），表示电池剩余容量的可用状态。电池电荷状态估算的影响因素主要有以下几点：
（1）充放电倍率
充放电倍率指的是充放电电流与电池额定容量的比值，这就说明充放电倍率的变化所影响的是电池的实际电量。当充放电倍率较大时，电池实际所能存储和释放的能量比较小，当放电倍率较小时，电池实际所能存储和释放的能量比较大，都与额定的值会有一定的差异，一般在估算时会采取校正措施。
（2）电池温度
电池的温度在SOC估算时对其影响比较大，在电池工作温度允许的范围内，在放电过程中当温度升高时，电池的电压会有所升高，这是因为此时电池的化学反应会相应的更加活跃，那么电池释放的电量将会比正常温度下电池释放的电量要高。在充电过程中当温度比较高时，会加快充电的过程，缩短充电的时间，此时充满电的实际容量要小于常温下充满电的实际容量，这都会影响SOC的估算。
（3）自放电率
电池的自放电率是指电池虽然在存放着并没有连接使用，但是电池自身的化学反应却不会停止还是一直在进行着，电池就会自动放电，从而引起电池容量的减小。自放电的根本原因是电池的生产工艺问题，生产出来的电池都会存在内阻，就会发生自放电现象。自放电率是越小越好，磷酸铁锂的自放电率比其它类型电池要小。
（4）电池循环寿命
电池在循环使用过程中，由于电池老化和上诉的因素，电池容量会衰减。电池的容量和电池循环寿命存在函数关系，想要知道电池容量时，先使用电池测量的方法找到函数关系，再统计出电池的循环使用次数，根据函数得到此时实际的电池容量。
3电池管理系统框架研究
3.1硬件设计研究
硬件电路设计研究是动力电池管理系统设计的一大主体。其对系统的整体性性能发挥影响明显，其又细分为荷电状态估算、电池均衡控制等多个具体方面，其设计成效对电池管理系统性能影响是显而易见的，具体影响到电池管理系统的安全度、通信效率和放电控制效果等。
（1）中央控制单元设计
电池管理系统中央控制单元设计主要起中央控制作用的。具体来说，涉及到电力参数的接收、电池温度数据的接收等，并对这些接收到的信息进行有效的分析与处理，进行SOC的估算，以明确电量是否有剩余及具体的剩余情况，及时发出运行命令进行控制，且辅助进行其与上位机的信息交流与共享。
（2）电池电流与电压采集电路设计
总电压采集电路的设计中需要明确当前应用较为常见的电压检测方法，如电阻分压、飞渡电容、运算放大器差分放大法等，电阻分压更适用于单体电池的电压采集，虽然其累积误差无法避免，但其不利影响可以忽略不计。电流采集电路设计与电压采集设计相似，其对应的电流传感器型号为WCS275，以闭环磁补偿电流原理为设计导向，具有较强的抗干扰能力，且辅助实现高精度的数据获取。
（3）热管理电路设计
电池组长期在高温环境下作业是不允许的，会降低电池性能，不利于其稳定供电，因此必须引入热管理电路设计，以该控制系统减少或者规避高温对电池组的负面影响。在外界温度较低时，电池内部化学反应，产生一定热量，以实现外界低温压力的缓解。而电池温度较高时则启动降温措施，如电风扇降温，使得温度在合理范围内。
（4）单体电池均衡电路
均衡电路设计初衷是解决单体电池电压不均衡的问题。若不均衡时，自动对电池组中超过设定阈值的电压进行处理，实现过余电量的有效消耗，让单体电池处于均衡状态。要取得电路均衡控制的理想效果，往往需要进行分流电阻均衡电路器的开关控制设计，其也能带来电路的设计简化与高效运作。
3.2软件设计研究
（1）控制实现
在电池管理系统设计研究中，要让软件设计控制目标有效达成，主要是借助主模块对采集模块、电池组、SOC估算、故障记录等模块进行有效控制。其中进行电池组模块的控制设计时需要对电动汽车运行状态有着充分的认识，了解到其具体的运动速度，判断电池的工作模式是否与系统预设的模式相一致，在发现不一致后继电器收到动作命令，使得电池组在合理的串并联模式下有效运行。
（2）电量检测
在软件设计中也涉及到电量检测的问题，电量检测的算法设计要根据电池模型决定，常用的是三阶等效模型，基于其高阶特点及使用中可能产生的高斯白噪声等，进行电量的检测分析。在车辆运动中如果出现震动问题，也干扰到电池的电量检测，因此要想解决这一问题，需要在设计上下功夫，可以将嵌入式及电池检测滤波算法融入其中，进行滤波算法的合理扩展，在电池电量发生变化时实现随机噪声的滤除。
（3）上位机软件设计
汽车电池管理系统的设计中上位机软件的设计也不容忽视，其作为电池管理系统的CAN通信节点，需要接收主控单元发送的电池组状态信息，及时获得报警信息提示等，其上位机的主板不具备CAN接口，其无法进行通信，因此需要将CAN接口卡与上位机已经有的通信接口转化为CAN可通信接口，以USBCAN-II为例，其能将USB接口转化为CAN接口，使其有效接入到电池管理系统CAN网络系统中，其该接口具备二次开发函数库的作用，能兼容多种开发环境。
4结束语
随着电动汽车被日益推广，关于电动车电池的研究也越来越重要，其电池健康状态直接影响电池的使用寿命。积极做好电动汽车动力电池管理系统的优化设计关系到电池的使用寿命，关系到电动汽车运行安全性等，也关系到生态环境，关系到能源保护，需要引起足够的关注。
参考文献
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