新能源汽车动力电池的管理系统研究王坚--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

新能源汽车动力电池的管理系统研究王坚

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：王坚

[导读] 摘要：随着现代科学技术的不断提升，国家正在大力发展新能源汽车，其中特别注重对电动汽车动力电池的研究和发展。

        (浦北高迈新能源科技有限公司广西浦北 535300)
        摘要：随着现代科学技术的不断提升，国家正在大力发展新能源汽车，其中特别注重对电动汽车动力电池的研究和发展。电池管理系统作为电动汽车稳定高效运行的保证，在电动汽车的发展中起着关键作用。通过对电动汽车使用过程中电池热管理策略的优化设计，阐述了电池管理系统的关键性，并对电芯的使用寿命、电动汽车的性能提升有很大帮助，对电池热管理策略的设计具有重要意义。
        关键词：新能源汽车；纯电动汽车；电池管理系统；
        引言
        当下，中国新能源汽车的发展，正好赶上新一轮产业技术革命的机遇。中国把新能源汽车的发展提升到国家战略，是迈向汽车强国的必有之路，是破解汽车产业发展环境和资源约束的有力保障。同时大力补贴和促进新能源汽车基础技术的发展，在电池和电机系统上实现了一定的突破。这种特定环境下，新能源汽车发展也有其特点，政府大力推动国内企业自主掌握电池、电机、电控技术，补贴整车和优先路权的推动，造就了传统车企被迫转型和涌现出一大批造车新势力。发展初期，价格仍然偏高，舒适性和可靠性有待提升。电动汽车作为城市清洁能源动力车型，更加环保、高效。
        1新能源汽车的设计理念
        从能源消耗方面研究是新能源汽车的主要理念，然而我国新能源汽车的研发相对较晚，经验短缺，所以还不能确定新能源汽车的能源形式，然而现在的新能源汽车由锂电子动力电池为其提供动力，为此本文从两个正面介绍新能源汽车，从狭义方面而言，非常规能源作为中国新能源汽车的主要动力，同时非常规能源可确保汽车正常行驶；就广义方面而言，新能源汽车的能源不同于传统汽车的能源，传统汽车主要以柴油、汽油等燃料为动力能源，而新能源汽车主要是以电气混合动力、油电混合动力作为其动力来源。
        2新能源汽车动力电池具备的优势
        2.1电池的快速充电和超长的使用寿命
        电池的负极材料常采用三维泡沫石墨烯，其自身具有较好的层状结构和良好的导电性，可将新能源汽车动力电池的充电时间有效的缩短，新能源汽车动力电池的循环性能也得到明显的改善。动力电池在5000mAH/g的电流下，电池可在一分钟的时间充满电。动力电池在经过7500次的充电和放电后，电池的容量不会发生太多变化。电池经过7500次的循环就意味着对其每天充电一次，20年以后，新能源汽车动力电池仍旧完好还可进行正常使用，这早已刷新了大众之前对新能源汽车动力电池循环1000次寿命的认知。
        2.2安全性能较高
        新能源汽车动力电池的电解液采用的是离子液体，从而彻底消除了易燃易爆等安全隐患。针对此问题有人做过试验，在正在工作中的新能源汽车动力电池钻入电钻，动力电池仍旧持续工作，没有出现燃烧的情况。另外，新能源汽车动力电池的原材料成本比较低，取材方便，尽管当下三维泡沫石墨烯的成本相对较高，然而在不久的将来，在新能源汽车动力电池的大规模的生产和应用时，其生产成本必然会大幅度的下降，进而实现合理的价格。
        2.3新能源汽车动力电池的不足
        尽管在实际中新能源汽车动力电池具备很多优势，然而动力电池也有些许的缺点。当下，2V电压是新能源汽车动力电池释放的最大电压，相比较于可以释放出3.6V电压的动力电池还差距很大。如仅计算电池中的活性物质，新能源汽车动力电池其能量密度中的活性物质仅有40Wh/kg，新能源汽车动力电池活性物质的能量密度远高于它。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        3新能源汽车动力电池的管理系统研究
        3.1电池均衡
        在一个大的电池组中，包含几十组或者上百组单体电池，而这些单体电池都有自己的特性，正是由于各个单体电池在老化程度、充放电特性等存在差别，单体电池的电池容量、内阻、电压等存在不一致性。而这种现象很有可能会降低电池组的总容量。所以，应用电池均衡技术，可有效避免这些问题的发生。在电池均衡的问题上，解决电池组内单体电池间的不平衡是电池管理系统的重要任务。通过不断实验补偿不同电池间差异、降低对电池组的损坏、延长电池寿命，这些都将是电池管理系的核心问题。所以，电池的均衡技术是电动汽车电池管理系统重点研究的方向之一。
        3.2电池均衡方案的分类
        按照均衡功能分类分为充电均衡、放电均衡和双向均衡;按照能耗分类分为能量消耗型和非能量消耗型;按照均衡电路拓扑形式分类分为独立式均衡和集中式均衡;以触发时机分类可分为主动均衡和被动均衡。其中，主动均衡是非能量消耗型均衡，被动均衡是能量消耗型均衡。本文将主要阐述被动均衡和主动均衡的方法。被动均衡型被动均衡的原理是以电池组中单体电池的多余的能量通过热能的形式消耗。这种方法控制逻辑简单、成本较低、硬件上很容易实现，但是能量损耗较大，效率偏低，被动均衡用的方法主要是电阻消耗法。主动均衡技术是电池管理技术的重点研究方向，其原理是能量的转移，将单体能量高的转移到单体能量低的或用整组能量补充单体电池。主动均衡主要的方法是电感式主动均衡、开关电容式主动均衡、变压器式主动均衡。
        3.3热管理系统
        作为新能源汽车重要组成部分的电池热管理系统决定其使用性能、安全性、寿命及使用成本等关键因素。锂离子电池的温度水平直接影响其使用中的能量与功率性能。温度较低时，电池的可用容量将迅速发生衰减，锂离子电池的热相关问题直接影响电池的安全性，电池的内部热量不容易散出，可能会出现电池内部温度不均或者局部温升过高等问题，进一步加速电池衰减，而且会缩短电池寿命，并增加用户的总体拥有成本。因此，需要通过电池热管理系统处理这些问题。
        3.4保障动力电池安全性
        增强动力电池的安全性能可有效的促进新能源电池的快速发展。动力电池的安全性能关乎着其储存的能量，表现在伴随电池容量的不断增加，同时也会增大电池的体积，影响电池的散热性能以及电池的安全性能，导致电池的散热性异常和存在安全隐患。所以，为确保电池的安全性能，应综合分析电池的电解液、电极的材质和电池的制造情况等因素的影响，从而研发出安全性能较高、电池容量更大的锂电子电池。
        3.5动力电池的发展
        动力电池是个系统工程，其性能的提高与突破需要在关键材料和电池制造技术等多个方面实现综合突破。在现有产业和技术情况下，加强产学研协同创新，联合开展锂离子动力电池及其关键材料的研究开发，以及下一代新型电池材料和体系的研究，并综合考虑新材料及新体系的能量密度、安全性能、循环寿命、温度特性以及资源成本等方面因素，为新能源汽车的产业发展提供可持续的动力电池及其关键材料支撑。同时，应加强新能源汽车与动力电池的联合开发与合作，开展面向不同应用需求的开发设计，消除消费者里程焦虑，促进新能源汽车的推广应用。
        结束语
        综上所述，目前我国的动力电池无论是在电池的制造方面还是保养维护方面等均处在初始阶段，在电池的制造和发展中还存在着较多技术上、管理上以及战略上的问题，我国电池行业的发展在增强电池技术研究的同时也应该确保价格优势，提升锂电子动力电池的科技含量，进而增加锂电子动力电池在市场的竞争优势，为我国新能源汽车产业的蓬勃发展打下有利的基础。
        参考文献:
        [1]缑庆伟，关云霞，许行宇.不同炭材料配比对新能源汽车动力电池的影响[J].电源技术，2017，41（3）：473-474.
        [2]叶继宏.关于新能源汽车动力电池关键技术的研究[J].中国战略新兴产业2018（11）：7.
        [3]崔东树,2018年新能源汽车市场分析及2019年展望[J].上海汽车, 2019 (02):1-10.