新能源汽车动力电池管理系统设计分析

摘要：

随着科学技术的快速发展，我国经济建设发展非常迅速，我国各行业运用先进技术发展自身取得了非常不错的成效。新能源汽车在近年来发展的速度不断加快，电池管理系统设计作为整个电池系统的核心部分，其运行质量直接关乎到动力电池系统的运行安全，也关乎到整车运行安全。因此，需要加大电池管理系统设计的研发力度，走产品的集成化和标准化道路，采用采用分工合作商业模式并加强检测与评价的标准，推进电池管理系统更好地发展并满足需求。

引言

　　我国近年来整体经济建设发展非常迅速，道路行业的快速发展推动我国汽车行业的不断进步，改善我国人们的出行质量。新能源汽车具有运行高效稳定以及结构简单等优势。但是，此类汽车在电池设计方面需要消耗较高成本，续航里程短。为确保新能源电池使用寿命，控制汽车使用环节成本，要重视动力电池的管理系统设计开发工作。

一、系统组成

动力电池管理系统主要由以下几个模块组成：

电池组：由多个单体电池通过串并联方式组合而成，集成了参数传感器、导热元件、电气元件等。电池组是电动汽车能量的主要储存和释放装置。
电池箱体组件：为保护电池系统免受损害，电池组通常被安置在由高强度、轻质金属材料制成的电池箱体内，并通过螺栓等紧固件牢固地固定在车身上。
电池管理系统（BMS）：作为动力电池系统的“大脑”，BMS负责采集电池各项数据、进行安全管控和故障诊断，从而确保电池系统的稳定运行。
高压电气系统：包括电流电压传感器、高压连接器、保险丝及接触器等，旨在满足电动汽车高压电能的传输需求。
热管理系统：负责将电池的工作温度控制在适宜范围内，预防温度急剧变化，从而消除安全隐患，延长电池使用寿命。

二、设计流程

新能源汽车动力电池管理系统的设计流程一般遵循以下步骤：

需求分析：
- 根据整车的设计要求，从性能需求出发，确定电池系统的工作电压、可用能量及充放电功率需求。
- 确定系统的额定电压及工作电压范围，通常允许的上限为额定电压的115%～120%，下限为75%～80%。
能量计算：
- 结合整车重量、动力系统配置及典型行驶工况，通过仿真计算确定所需搭载的动力电池能量。
- 根据驱动电机、DC/DC等负载的功率需求，初步计算出持续功率和峰值功率。
电芯选择与电池组合设计：
- 选择合适的电芯，并设计电池的组合结构，这涉及到系统容量、正负极材料体系及现有成熟产品规格等因素。
- 根据系统的额定电压计算单体电池的串联数量。
BMS设计：
- 确定BMS的需求并进行功能设计，包括数据采集、状态监测、均衡控制、热管理、安全保护、信息管理等功能。
- 引入先进的传感器技术和智能算法，提升电池的能量管理效率和安全性能。
热管理系统设计：
- 确定热管理系统的设计要求并进行结构设计，确保电池的工作温度始终保持在适宜范围内。
电气及机械系统设计：
- 包括高压系统、线束连接、箱体结构等方面的设计，确保整个系统的电气安全和机械稳定性。
仿真模拟与试验验证：
- 通过仿真模拟和具体试验来验证设计的可行性与有效性，确保电池系统在各种工况下都能稳定、安全地运行。

三、关键技术点

SOC估算：
- SOC（State of Charge，剩余电量）的精确估算对于提高电动汽车的续航里程和降低电池成本至关重要。BMS通过复杂的算法计算SOC，确保电池电量维持在合理范围内，防止过充或过放。
均衡管理：
- 均衡管理是保证电池组中各个单体电池性能一致性的关键。BMS通过均衡控制策略，使电池组中各个电池的电压和容量保持一致，避免性能退化。
热管理：
- 热管理系统通过冷却或加热方案，将电池的工作温度控制在适宜范围内，确保电池在各种极端条件下都能安全稳定地工作。
安全保护：
- BMS具有多种安全保护功能，如过充保护、过放保护、过热保护等，确保电池在异常情况下能够及时切断电源，防止安全事故的发生。