如何實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力汽車中的電池控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)？

隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題的加劇，混合動(dòng)力汽車(HEV)作為一種新型的汽車動(dòng)力系統(tǒng)，受到了越來(lái)越多的關(guān)注和研究。HEV的電力系統(tǒng)由燃油發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)組成。

因此，HEV的電池需要具有高能量密度和高功率密度的特性，以實(shí)現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換和高性能驅(qū)動(dòng)。

三元鋰離子電池作為一種高性能的電池，被廣泛應(yīng)用于HEV的電力系統(tǒng)中。同時(shí)，電池管理系統(tǒng)(BMS)也成為HEV電池組控制的核心技術(shù)之一。

三元鋰離子電池的基本性能和應(yīng)用特點(diǎn)

1.三元鋰離子電池的基本原理

三元鋰離子電池是以鋰鈷酸、鋰鎳酸和鋰錳酸作為正極材料，以碳、石墨和鋰鈦酸等作為負(fù)極材料的充放電電化學(xué)系統(tǒng)。其充放電過(guò)程如下：

正極：LiCoO2/LiNiO2/LiMn2O4+Li+ +e- ? LiCoO2/LiNiO2/LiMn2O4

負(fù)極：C/LiTi2O4+Li+ +e- ? LiC/LiTi2O4

整體反應(yīng)式：LiCoO2/LiNiO2/LiMn2O4+C ? LiC+LiCoO2

三元鋰離子電池具有高能量密度、長(zhǎng)壽命、低自放電率、高充電效率和較高的安全性等優(yōu)點(diǎn)，因此在HEV中得到廣泛應(yīng)用。

2.基本性能

高能量密度：三元鋰離子電池具有較高的能量密度，通?？蛇_(dá)到150Wh/kg以上，這意味著它能夠?yàn)樵O(shè)備提供更長(zhǎng)時(shí)間的使用時(shí)間。

長(zhǎng)壽命：三元鋰離子電池壽命長(zhǎng)，通常可以充放電幾千次，這意味著它們具有更長(zhǎng)的使用壽命。

高充放電效率：三元鋰離子電池具有高充放電效率，通?？梢赃_(dá)到90%以上，這意味著它們能夠更有效地利用電能。

低自放電率：三元鋰離子電池具有較低的自放電率，這意味著即使在長(zhǎng)期存儲(chǔ)之后，電池的電量也不會(huì)大量流失。

3.三元鋰離子電池的應(yīng)用特點(diǎn)

三元鋰離子電池的應(yīng)用特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：

高能量密度：三元鋰離子電池具有高能量密度，可以為HEV提供高效能的能量轉(zhuǎn)換和高性能驅(qū)動(dòng)。

長(zhǎng)壽命：三元鋰離子電池具有較長(zhǎng)的壽命，可滿足HEV長(zhǎng)期使用的要求。

低自放電率：三元鋰離子電池的自放電率很低，可以保證HEV在長(zhǎng)時(shí)間停放后，仍然能夠正常啟動(dòng)。

高充電效率：三元鋰離子電池的充電效率高，可以縮短HEV的充電時(shí)間。

較高的安全性：三元鋰離子電池具有較高的安全性，可以有效降低HEV的安全風(fēng)險(xiǎn)。

電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和功能

1.電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

電池管理系統(tǒng)(BMS)是HEV電池組的重要組成部分，主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)電池組的狀態(tài)、控制電池組的充放電、保護(hù)電池組以及預(yù)測(cè)電池組的壽命等。BMS的設(shè)計(jì)原理主要包括以下幾個(gè)方面：

電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)：BMS通過(guò)監(jiān)測(cè)電池組的電壓、電流、溫度等參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池組的狀態(tài)，以保證電池組的正常運(yùn)行。

電池組充放電控制：BMS通過(guò)控制電池組的充放電過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組的控制和保護(hù)。

電池組保護(hù)：BMS通過(guò)監(jiān)測(cè)電池組的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池組的異常情況，并采取相應(yīng)的措施，保護(hù)電池組的安全。

電池壽命預(yù)測(cè)：BMS通過(guò)對(duì)電池組的壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組的優(yōu)化管理。

2. 電池管理系統(tǒng)的功能

電池管理系統(tǒng)的功能主要包括以下幾個(gè)方面：

電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)：混合動(dòng)力汽車電池管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的電壓、電流、溫度、電量等多個(gè)參數(shù)，了解電池的工作狀態(tài)。

充放電控制：混合動(dòng)力汽車電池管理系統(tǒng)可以通過(guò)控制電池的充放電電流和電壓，使電池在最佳充放電狀態(tài)下工作，延長(zhǎng)電池壽命。

安全保護(hù)：混合動(dòng)力汽車電池管理系統(tǒng)可以對(duì)電池進(jìn)行多種保護(hù)，如過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)、溫度保護(hù)、短路保護(hù)等，保證電池的安全性和穩(wěn)定性。

均衡管理：混合動(dòng)力汽車電池管理系統(tǒng)可以對(duì)電池中的各個(gè)單體進(jìn)行均衡管理，確保電池各個(gè)單體的電量均衡，避免因?yàn)閱误w電量差異導(dǎo)致整個(gè)電池壽命縮短。

故障診斷：混合動(dòng)力汽車電池管理系統(tǒng)可以對(duì)電池進(jìn)行故障診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除電池故障，保證電池系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

數(shù)據(jù)記錄和分析：混合動(dòng)力汽車電池管理系統(tǒng)可以記錄和分析電池的工作數(shù)據(jù)，包括電池的充放電歷史、電池的狀態(tài)參數(shù)等，這些數(shù)據(jù)可以為后期的優(yōu)化和升級(jí)提供參考。

綜上所述，混合動(dòng)力汽車電池管理系統(tǒng)是一種非常重要的系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)電池的監(jiān)測(cè)和控制，可以延長(zhǎng)電池壽命，提高電池的安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)也為車輛的優(yōu)化和升級(jí)提供了重要的數(shù)據(jù)參考。

隨著電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的需求和產(chǎn)量正在增加，兩種類型的車輛都需要高電流容量的電池來(lái)運(yùn)行50kW 或更高功率的電機(jī)，并且這些都使用高壓系統(tǒng)。汽車電池管理系統(tǒng)中對(duì)于電流的測(cè)量檢測(cè)需要隔離測(cè)量的方式，而霍爾電流傳感器是隔離測(cè)量，所以霍爾電流傳感器是該應(yīng)用的首選產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;混合動(dòng)力汽車;電池管理系統(tǒng);霍爾電流傳感器

1：汽車電池管理系統(tǒng)功能概述

汽車電池管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的功能。在電池充放電過(guò)程中，實(shí)時(shí)采集電動(dòng)汽車蓄電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓。準(zhǔn)確估測(cè)動(dòng)力電池組的荷電狀態(tài)，即電池剩余電量維持在合理的范圍內(nèi)，防止由于過(guò)充電或過(guò)放電對(duì)電池造成損傷，并隨時(shí)顯示混合動(dòng)力汽車儲(chǔ)能電池的剩余能量，即儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)。

2：霍爾電流傳感器在汽車電池管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

在電池充放電過(guò)程中，汽車電池管理系統(tǒng)可以通過(guò)霍爾電流傳感器，實(shí)時(shí)采集電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池組中每塊電池的充放電電流，防止電池發(fā)生過(guò)充電或過(guò)放電現(xiàn)象。此外，依靠霍爾電流傳感器，電池管理系統(tǒng)還能檢測(cè)電池用電及時(shí)給出電池狀況，有效杜絕出現(xiàn)電池漏液、絕緣受損以及局部短路的情況，進(jìn)而挑選出有問(wèn)題的電池，保持整組電池運(yùn)行的可靠性和高效性。

在電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車中，霍爾電流傳感器用在三電系統(tǒng)中的電池系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)及充電系統(tǒng)。相對(duì)燃油車來(lái)說(shuō)，霍爾電流傳感器是電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車完全新增的需求，且所有的電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車都會(huì)使用。

混合動(dòng)力汽車的工作原理：在車輛開(kāi)始時(shí)，電池充滿電，其能量輸出可以滿足車輛的要求，輔助動(dòng)力系統(tǒng)不需要工作。當(dāng)電池電量低于60%時(shí)，輔助動(dòng)力系統(tǒng)啟動(dòng)：當(dāng)車輛能量需求較大時(shí)，輔助動(dòng)力系統(tǒng)和電池組同時(shí)為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能量;

當(dāng)車輛能量需求較小時(shí)，輔助動(dòng)力系統(tǒng)為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能量，并向電池組充電。由于電池組的存在，發(fā)動(dòng)機(jī)在相對(duì)穩(wěn)定的工況下工作，以改善其排放。

混合動(dòng)力汽車的兩種工作方式串聯(lián)并聯(lián)：

串聯(lián)式動(dòng)力

串聯(lián)動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電機(jī)組成，由串聯(lián)動(dòng)力組成SHEV動(dòng)力單元系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過(guò)控制器輸送到電池或電機(jī)，電機(jī)通過(guò)變速器驅(qū)動(dòng)汽車。小負(fù)荷由電池驅(qū)動(dòng)，大負(fù)荷由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

并聯(lián)式動(dòng)力

并聯(lián)裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)汽車。發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)屬于兩個(gè)系統(tǒng)，可以獨(dú)立向汽車傳動(dòng)系統(tǒng)提供扭矩，可以在不同的道路上共同驅(qū)動(dòng)。

混聯(lián)式動(dòng)力

混合裝置包括串聯(lián)和并聯(lián)的特點(diǎn)。動(dòng)力系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電機(jī)。根據(jù)不同的動(dòng)力裝置，分為發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)。

雙引擎之所以被稱為雙引擎，是因?yàn)樗袃煞N功率輸出，一種是傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)，它使用1.8L阿特金森循環(huán)的自然吸氣汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，另一套是依靠電機(jī)、電池組和電氣控制系統(tǒng)的電動(dòng)系統(tǒng)。

這兩種動(dòng)力都是依靠的E-CVT變速箱傳遞到車輪上，混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)際上是為了改善傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的最佳工況。

例如，當(dāng)紅燈發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，當(dāng)電池充足時(shí)，混合動(dòng)力車型完全熄火，一滴油不消耗。當(dāng)我們開(kāi)始時(shí)，這也是內(nèi)燃機(jī)最耗油的工作條件。它將依靠扭矩快速響應(yīng)，大型電機(jī)將取代汽車的啟動(dòng)。

所以，如果你開(kāi)這款雙引擎，你會(huì)發(fā)現(xiàn)起步的時(shí)候很安靜，完全是電動(dòng)車，所以很多人說(shuō)這款車在大城市越堵越省油。

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)主要由控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輔助動(dòng)力系統(tǒng)和電池組組組成。

混合動(dòng)力汽車采用能夠滿足汽車巡航需求的小型發(fā)動(dòng)機(jī)，依靠電機(jī)或其他輔助設(shè)備提供加速和爬坡所需的附加動(dòng)力。結(jié)果是在不犧牲性能的情況下提高了整體效率。

混合動(dòng)力汽車被設(shè)計(jì)成可回收的制動(dòng)能量。在傳統(tǒng)汽車中，當(dāng)司機(jī)踩下制動(dòng)器時(shí)，這種本可以用來(lái)加速汽車的能量被白白扔掉?；旌蟿?dòng)力汽車可以回收大部分能量，并在加速時(shí)暫時(shí)儲(chǔ)存。

當(dāng)司機(jī)想要有最大的加速度時(shí)，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)并聯(lián)工作，提供與強(qiáng)大的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相同的啟動(dòng)性能。在加速要求較低的情況下，混合動(dòng)力汽車可以單獨(dú)依靠電機(jī)或汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，或兩者結(jié)合以達(dá)到最大的效率。

例如，在公路上巡航時(shí)使用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。低速行駛時(shí)，無(wú)需汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助，可單獨(dú)由電機(jī)拖動(dòng)。即使在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)，電動(dòng)轉(zhuǎn)向動(dòng)力系統(tǒng)仍然可以保持操作功能，提供比傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)更高的效率。