新能源汽车动力电池的管理系统研究

发布时间：2022-02-17T07:58:09.865Z 来源：《中国科技人才》2021年第28期 作者： 陈华华 贺艳娇

[导读] 而动力电池管理系统作为新能源汽车制造生产过程的重中之重，直接关系到新能源汽车能否保持安全稳定的持续运行，充分保障动力电池的使用寿命。

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摘要：电池技术是新能源汽车发展的关键技术，也是影响新能源汽车规模化生产和大范围普及的重要因素，而动力电池管理系统作为新能源汽车制造生产过程的重中之重，直接关系到新能源汽车能否保持安全稳定的持续运行，充分保障动力电池的使用寿命。 关键词：新能源汽车；纯电动汽车；电池管理系统

1、新能源汽车动力电池的发展趋势

我国是世界上最大的新能源汽车生产国和消费国，在全球新能源电池市场上也占据重要地位，这些为我国新能源汽车动力电池技术的发展创造了良好条件。从总体上看，我国新能源汽车动力电池呈现出智能化、规模化、合作化的发展趋势，发展势头也比较好。首先，技术智能化。随着大数据技术和智能技术的发展，各个行业都呈现出智能化的发展趋势，同样汽车动力电池技术也逐步走向智能化，电池研发、测试、生产及销售等都呈现出智能化特点，比如在汽车动力电池制造中可以用机器代替人力，提高工业生产效率，降低企业的人力成本。在汽车动力电池测试、维修、使用等过程中都可以使用智能技术，提高动力电池的智能化程度。其次，规模化生产。当前许多汽车厂商都面临着电池成本过高的问题，所以有效降低动力电池制造成本成了动力电池发展的重要方向。当前降低电池制造成本的方式有三种：一是以崭新的技术提高电池的质量及寿命，以此降低动力电池成本;二是以规模化生产的方式降低单位产品的成本，从整体上降低电池成本;三是推动电池回收技术发展，建立完整的动力电池回收产业链，提高动力电池回收效率。此外，合作化发展。从总体上看新能源汽车动力电池是一个涉及原材料生产、技术研发、规模化生产等多方面内容的复杂系统，许多整合生产链、资金链、技术链等，建构合作共同、共同开发的产业发展模式。比如在动力电池生产领域，可以支持中小型企业的发展，让相关中小企业都能够参与到电池生产活动，进而形成完整的动力电池产业链;在技术研发中要充分发挥高校、高科技企业、科研院所的技术优势，构建产学研相结合的技术成果转化体系。 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，其自身具有较好地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地改善。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地生产和应用时，其生产成本必然会大幅度地下降，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。 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，其原理是能量地转移，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地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地不断增加，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。

结语：综上所述，要想推动我国新能源汽车行业稳定持续的发展，创造出更多社会经济效益，新能源汽车制造厂商就必须加强对动力电池管理系统的优化设计工作，技术人员通过科学采用开关式集中均衡充电模块，能够实现对各个电池组的均衡充电，全面提升动力电池使用寿命。 参考文献

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