新能源汽车电源控制技术浅析

张会

诺浩科技（沈阳）有限公司 辽宁沈阳 110000

改革开放以来，随着我国综合国力不断增强，工业化水平也得到了极大的提升，汽车行业发展迅速。当前，国家发展到了新阶段，对发展路线和发展观念提出了新要求。这就需要汽车制造业大力推进以节能减排为核心的科技创新，平衡好环境保护与经济效益的关系。新能源汽车的出现，能最大限度的减少人们的日常出行对于环境的污染，从而从根本上改变人与自然关系，为子孙后代造福。

1 电源控制技术的主要内容

新能源汽车电源控制技术的首要内容，就是电力能源的储备和合理分配。对电池情况进行管理，优化电池单元之间的配合，监测电池的工作情况，通过分析传感器收集到的温度、电压的数据，对电池荷电量进行合理分配，避免因为温度、电压等因素造成电池的损害，为汽车提供稳定的动力。除此之外，电源管理系统还能通过电荷的分配进行反馈，完成电池故障的诊断处理，进入监测车辆的状态，保证发电机的稳定运转，为汽车的性能品质保驾护航[1]。

2 新能源汽车电源控制现存的主要问题

电动汽车依靠动力电池提供动力能源，现存的主要问题可归纳为安全问题、电池组工作协同性及电量精确估测这三个方面。安全性上，车载电池组为高压系统，现有市场的电动车还是以蓄电池为主（具有化学反应系统），一旦发生漏电或短路的情况，对于行驶中的电动汽车来说非常危险，严重影响着乘客的乘车安全。此外，电池的过充现象（即充满电后继续充电），以及充电或放电电流的过大都会导致电池内部的严重发热，轻则损毁电池，重则引起自燃、爆炸等致命事故。过放现象，即放电超过电池的终止电压值，会造成电池变形、容量大量降低等不可逆的损毁。电动汽车的动力电池通常由多个电池串并联组成电池组协同作业。由于电池组由多个不同的单体电池组成，因此在工作时会存在性能的不一致性、电池状态的差异性。如果缺乏统一的电池管理，电池组会出现浅放电工作时部分电池过放现象，或者充电未完成时已有部分电池过充现象。电量的精准估测是目前电动汽车电池管理系统的核心问题。在车辆行驶过程中对动力电池的状态进行准确监测，并对剩余电量状态进行精准估测，可有效防止电池受到损伤，保证甚至延长电池的使用寿命，并且可以辅助驾驶员安全驾驶，防止电动汽车在行驶过程中动力不足。为更好地解决现有的上述问题，电池管理系统（BMS）得以研究和发展，为电动汽车的安全行驶保驾护航[2]。

3 电池管理系统技术原理

3.1 电池管理系统的组成结构

电池管理系统的组成模块主要分为三个部分，采样模块、主控模块及电源管理模块。电池采样模块利用多种传感器及电池监视芯片等对电池信息进行采集，主要采集信息包括电池的电压、电流、温度等，在采集模块中需要采用滤波电路来抑制噪声，减少测量误差。此外，采样模块对电池的均衡控制具有重要意义。主控模块主要用于接收采样模块采集的数据，并对数据进行分析处理，进而向系统的其他模块发送指令。主控模块与上位机及系统的各子模块之间通过CAN总线协议进行通信。电源管理模块主要实现主控模块及采样模块与整车供电之间的电平转换，并管理系统的对外控制功能。在该模块中不仅要实现电压转换，还要实现与外界的CAN总线通信。

3.2 关键技术原理

（1）SOC（荷电状态）估测。SOC估测需要由主控模块对采集的数据进行分析计算，目前常用的方法有安培法、开路电压法、卡尔曼滤波法等。安培法最为常用，由于该方法不用考虑电池的内部结构和状态等方面的变化，操作起来相对简便；但该方法测量精度较低，容易造成累积误差。卡尔曼滤波法是较为复杂的新型估测法，该方法将电池作为动力系统，SOC即为该动力系统的内部状态，利用相关算法将电池的非线性状态线性化处理。卡尔曼滤波算法的优点是误差很小，但算法较为复杂，所以对系统的主控模块要求很高。

（2）电池均衡管理。针对动力电池组的均衡管理方法可分为主动均衡法和被动均衡法。主动均衡法即在电池的充放电过程中，通过某种介质（锂离子电池与铅酸电池不同）把能量从电压较高的电池转移给电压较低的电池，进而使得动力电池组均衡地充放电。被动均衡法是通过给电池组的单体电池连接电阻，将部分单体电池高于其他电池的能量释放掉，从而平衡各单体电池。电池均衡管理可减少电池的损耗，有利于电动汽车的平稳供电，并可以延长电池寿命。

（3）系统热管理。系统热管理用于对电池的温度进行监控，并对温度进行主动控制式管理。电池工作温度关乎电池性能优劣，温度过高可造成电池寿命缩减，温度过低会造成电池放电不足，续航能力大打折扣。实现系统的热管理需要确定电池的最优工作温度范围，确定测温点，计算电池热场及进行温度预测，并对电池组的传热介质进行选择。此外，还需设计风机和散热结构。

4 结语

新能源汽车的动力来源是电池组提供的电能储备，而新能源汽车的运转核心是电源管理系统。因此，新能源汽车的发展核心就是运用电源控制技术和电源管理系统，来完成电源的管理、优化和分配工作。新能源汽车还有很大的发展空间和发展潜力，它是减少环境污染的有效途径，也是未来发展的必然趋势。所以，新能源汽车市场的开放和发展，是推动可持续发展的重要节点。并且随着控制技术的不断进步，电源控制工程中的一些技术问题都会得到解决，我国的新能源汽车行业将会迎来新的春天[3]。