新能源汽车能源管理系统.ppt

1、电动汽车的能源管理系统和辅助装置，第一节电动汽车的能源管理系统第二节充电器第三节电力转换装置第四节电动汽车制动能量回收系统第五节燃料电池汽车氢安全系统第六节了解电动汽车的基础设施、教育目的和要求：了解电动汽车能源管理系统和辅助装置分类，了解其组成、结构和工作原理、特性、应用领域。本章重点：电动汽车的能源管理系统、充电器、电源转换装置和电动汽车制动能量回收系统本章的难点：电动汽车的能源管理系统培训内容要点：第一节电动汽车的能源管理系统，定义：电动汽车能源管理系统是调节、分配和控制电力系统能源转换装置工作能量的软、硬件系统。I、概述、配置：硬件：传感器、ECU控制单元和执行元素。软件系统主要计算传

2、感器传递的信号，优化能量转换装置的工作能量，向执行组件下达命令，控制其行为。电动汽车能源管理系统的功能：在满足汽车基本技术性能和成本等要求的前提下，根据每个部件的特性和汽车的运行条件，使能量在每个能源转换装置之间沿最佳路径流动，从而达到最大的车辆能源使用效率。每个能源转换装置包括：引擎、能源存储装置、马达动力传输装置、电源转换模块、发电机和燃料电池等。纯电动汽车、能量转换装置：由电池、电动机/发电机、电力转换器和电力传输装置组成。能量传递路径：是从电池到车轮(行驶)从车轮到电池(能量回收)的两个。混合燃料电池汽车和混合电动车、能源转换装置通常包括发电装置(发动机/发电机或燃料电池)、电力转换器

3、、动力传输装置、能源存储装置、充电和放电装置等。能量传输路径：一个从发电机到轮子，另一个从电池到轮子，另一个从发电设备到能源存储设备，另一个从轮子到能源存储设备(能量回收)。二是纯电动汽车的能源管理系统、输入能源管理系统电子控制装置ECU参数车辆运行状态参数：运行速度、电机功率等；每个电池组的状态参数：工作电压、放电电流和电池温度；刹车、启动、加速和减速等车辆操作状态；功能：能源管理系统收集通过传感器从纯电动车各子系统收集的操作数据，选择电池充电方式；电池充电状态(SOC)；电池操作监控；预测剩余里程；调节灯亮度；调节室内温度；回收再生制动能量。其中，电池管理系统(BMS)是电源管理系统(EM

4、S)的主要子系统，用于处理电池的标记、测量、预测和全面管理等问题。1电池管理系统主要是电源电池组管理系统热(温度)管理系统高压电线管理系统，(1)电源电池组配置：多个单电池或多个电池连接，总电压3360200 400V。电源电池组管理系统通常使用微处理器，通过标准通信接口、CAN总线和控制模块等管理电源电池组。(2)功能，1)电源电池组管理可监控电源电池组充电和放电时的电压和电流，以及电源电池组的温度变化等。在充放电操作过程中动态显示电池SOC变化的显示设备，防止电源电池组过度充电或过度放置，保护电池不受损，保持电池组的最佳运行状态。2)单电池管理实时测量单电池动态电压和温升变化，监控和管理电

5、池组中单个电池的不匹配情况，并及时发现和删除单个有性能缺陷的电池。，2电池管理系统功能，提供充电状态(SOC)指示，提供电池温度信息，电池高温报警，电池性能异常预警，显示电解质状态，提供电池老化信息，记录电池重要数据。图8-2电动车电池管理系统功能图，(1)数据收集电池管理系统的所有算法将收集的数据作为输入，采样率、准确度和预滤波特性是影响电池管理系统性能的重要指标。电动汽车电池管理系统的采样率通常应大于200HZ(50ms)。(2)电池状态估计电池状态估计包括两个方面：机箱状态(SOC)和健康状态(SOH)。SOC告诉司机电池的负载功率，以估计汽车的行驶距离。SOH告诉司机电池还剩多少寿命。

6、SOC和SOH是能源管理的重要参数。最常用的SOC估计方法是Ah测量联合效率补偿的方法。(3)在能源管理能源管理中，SOC、SOH、电流、电压、温度等参数用作使用SOC、SOH和温度限制电池放电电流的输入。控制充填过程，包括平衡充填。充放电过程的监控和限制与电池类型、电池过程非常相关。(4)温度管理温度管理的功能包括保持电池单体温度在适当范围内，要求平衡，对高温电池进行冷却，在低温条件下对电池进行加热等。对于在高功率放电和高温条件下使用的电池，电池的热量管理功能更为重要。(5)通信功能电池管理系统与车辆设备或非车辆设备之间的通信也是重要功能之一。数据交换可以使用不同的通信接口，如模拟、PWM、

7、CAN总线或I2C串行接口，具体取决于应用程序需要。(6)安全管理的具体职能如下：防止电池过热，因而无法控制热量；监控电池的电压、电流是否超过限制。防止电池过度放电，尤其是防止个别电池单体过度放电。3、电池SOC估计和故障诊断电源电池组管理系统需要SOC标记功能或汽车在线里程标记功能、SOC错误8%、故障诊断专家系统，以便提前预测电源电池组的缺陷和风险。它具有自检和诊断功能，并具有高抗干扰能力。4，电池散热管理系统功能：电池包温度过高时有效散热，低温条件下快速加热，确保所有电池单体的良好温度一致性，发生有害气体时有效通风。5，安全电源电池组的总电压可以达到200400V，高电压需要采取有效的隔

8、离措施。一般需要将电源电池组和乘车区分开。汽车停止后，自动切断电源，如果电动车发生碰撞或翻车，电池管理系统必须能够在电解质对人体没有危害或引起火灾的情况下立即切断电源并发出警报。6，典型电动车电池管理系统(1)美国通用EV1电动车电池管理系统电动车用27个铅酸电池运行，电池寿命为450个深放电周期，放电深度80，充电113公里，高速公路里程145公里。(2)德国柏林大学开发的电池管理系统的主要功能包括电池充电预防、电池模块和平衡器的均衡充电、基于模糊专家系统的剩余电量估计、电池组热管理、通过神经网络识别电池老化信息、解决电池故障以及为电池诊断和电池诊断和维护任务存储历史数据的模糊专家系统的参数

9、、数据记录和存储。该电池管理系统是目前国际上功能比较齐全、技术力高的高科技电动车用电池管理系统。图8-3柏林大学设计的电池管理系统的整体结构，电动汽车能量管理的困难在于根据收集的每个电池的电压、温度、充电和放电电流的历史数据，建立确定每个电池剩余能量量的更精确的数学模型。对于电动汽车来说，不仅需要电池能量管理系统，在电池组中选择电池时，选择具有各种特性参数的附近电池更为重要。这对提高电池组中每个电池的寿命也很重要。第三，燃料电池汽车和混合汽车的能源管理系统，1燃料电池汽车的能源管理系统能源一般是燃料化学能源，能源存储设备中存储的能源和回收汽车动能三种。用燃料电池代替了内燃机。能源管理战略的任务

10、是控制汽车动力系统的能量传递和转换过程，以达到期望的系统响应。具体来说，就是平衡各部件的工作负载，减少能源损失，提高燃料经济性，而不影响汽车性能或零部件寿命。能源管理战略主要包括三个部分：电力分配战略、速度比控制和制动能量反馈战略。电力分配是关键问题。只有将这三者紧密结合，才能减少燃料消耗，延长燃料电池和蓄电池的寿命。对于装有电池的燃料电池汽车，能源管理战略的主要任务是在不损坏电池的情况下满足汽车的动力设计要求，并确保可接受的驾驶性。确定燃料电池系统的运行状态(开或关)，以获得最大的燃料经济性。根据驾驶员扭矩要求和子系统的限制，确定车轮扭矩命令。确定动力系统的驱动模式和每种模式之间的转换机制，

11、从而确定传动系统的速度比。此处电池运行状态控制是能源管理战略中需要解决的基本问题。电池效率是SOC的函数，与内部电阻密切相关。应选择电池的最佳操作区域，同时保持吸收最大功率的额外空间，并减少充放电损失。控制电池的充放电深度，放电深度和频率可能影响电池的循环寿命。电池中存储的能量必须在整个循环条件下平衡。根据能量管理系统的结构、当前速度、电池SOC等，根据驾驶员的转矩要求信号，确定当前汽车的最佳齿轮。转矩要求为负时，制动状态根据预设的制动能量反馈策略确定电动机的反馈转矩。确定了所有负荷的功率要求后，根据功率分配策略计算燃料电池系统的需求功率，在满足当前电力要求的同时，提高车辆能效。图8-5燃料电

12、池汽车能源管理系统结构，2混合动力汽车能源管理系统(1)长安混合动力汽车的系统结构，该汽车的能源传递路径为4条：第一路径从4缸EFI引擎到轮胎；第二条路径是从动力电池组到轮胎；第3条从发电机组ISG到电源电池组；第四条路径是从轮胎到动力电池，当汽车下降或处于制动状态时，发电机/马达ISG将汽车的再生或制动能量存储在动力电池中。电子控制单元ECU和电子节气门控制引擎。ISG通过ISG控制器和驱动器控制电池能量管理系统对电池组的充电状态。通过控制器区域网络(CAN)总线，混合系统中的所有控制子系统将子系统运行信息发送到多能源动力系统管理系统，并接收多能源组件管理系统的控制命令，从而通过多能源动力系

13、统管理系统实现混合系统的控制协调。(图8-6长安混合动力汽车的系统结构，(2)基于交换机的控制策略是由系统初始化模块、数据收集模块、数据处理模块和数据显示模块组成的主要系统软件。图8-7基于交换机的控制策略系统控制流程图，电池充电状态的最小值和最大值分别设置为60和80。系统的主要功能包括发电机控制器控制、电机控制器监控和管理、电池组操作状态监控；根据电池组的电源自动打开或关闭发电机组，为电池组充电或停止充电。基于交换机的控制策略的优点：使引擎以最高效率运行，因此具有较高的散热效率和较少的有害排放。缺点主要是电池充电和放电频繁，发动机启动、停止时动态损失，系统总损耗功率增加。(3)“电力跟踪型

14、”控制策略“电力跟踪型控制策略”由引擎全面跟踪汽车电力需求，仅当电池充电状态最大，电池供电功率满足汽车需求时，引擎才会停止或闲置运行。该策略的优点是减少电池充电和放电的次数，从而减少系统内部损失。另外，还可以利用小型蓄电池降低汽车质量，减少行驶阻力。主要缺点是发动机必须在更大的工作条件范围内工作，平均热效率低，有害排放更多。第二个充电器，现在电动汽车电池仍然是铅酸电池，正确使用电池，及时充电可以有效降低汽车使用成本。第一，电池充电方法1恒压充电2恒流充电3快速充电4智能充电5均衡充电，1恒压充电恒压充电是保持电池充电压力的固定充电方法，以固定电压为每个单体电池充电。优点：随着充电速度快、充电进

15、行，充电电流逐渐减少，如果电压设置合适，充电将自动停止。缺点：不能保证电池完全充足，如果电池放电深度太深，充电的电流会很大，不仅会导致充电器的安全，还会对电池造成损坏。如果充电电压太低，以后充电电流太小，充电时间可能会延长。2恒流充电恒流充电是保持电池充电电流不变的充电方法。恒定电流由调节充电器的电流控制，可以在普通硅整流充电机上实现，充电工作简单方便。但是，需要小电流、长充电模式，通常需要15h以上的恒流充电。充电电流的第一步采用额定容量的十分之一。阶段2的充电电流取一半，即额定容量的1/20。电池的充足电力是1芯电池的充电电压约为2.7伏；到达的标志。电解质会产生大量气泡。电解质的密度提高

16、到了最大。优点：确保电池完全充足的电源，延长电池寿命，减少电池“硫化”故障的倾向。缺点：充电时间比较长。到目前为止。恒流两步充电法是铅酸电池充电中最常用的方法。3快速充电的快速充电，如果可能的话，在电池上应用尽可能多的充电电流，防止电池气体过多的发生，并遵循防止电池过度充电的原则。铅酸电池的充电可以缩短到23h。以脉冲方式将电流传送到电池，对电池充电，然后在电池用短时间、大脉冲放电充电的同时反复充电、放电电池。4智能充电智能充电应用dU/dt技术跟踪电池末端电压在单位时间内的变化情况，特别是在电池充电的后期，各种电池在充电后会发生不同的变化。并且动态跟踪电池允许的充电电流，确保充电电流始终位于

17、电池允许的充电电流曲线附近。DU/dt的值确定后，电池的充电深度基本确定，可以确定关机条件。5平衡填充平衡填充是用小电流填充l 3h的过度填充过程，通常不经常进行平衡填充。在电动车中，根据发动机-发电机发电情况和动力电池组情况，选择不同的充电方法，多种充电方法可以兼用。2、充电器类型、1充电站、停车场和维修用大中型充电器充电站、停车场和维修用大中型充电器一般使用380V三相交流充电器。需要体积小、质量轻、操作容易、工作稳定、自动控制和自检系统等。夜间可以给多辆车充电，充电时间一般为510h。，2家用小型充电器家用小型充电器通常使用单相交流充电器或单相/三相交流充电器。一般来说，您需要小巧、轻便的质量、易于安装和移动、易于操作、可靠的工作、精确的显示和自动控制功能