新能源汽车概论5.ppt

新能源汽车概论5.ppt

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规格严格功夫到家（威海）（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院第第5章章电动汽车的能量管理与回收系统电动汽车的能量管理与回收系统5.1电动汽车能量管理系统电动汽车能量管理系统5.1.1电池管理系统的功能电池管理系统的功能5.1.2纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统5.1.3混合动力电动汽车能量管理系统混合动力电动汽车能量管理系统5.2电动汽车再生制动能量回收系统电动汽车再生制动能量回收系统5.2.1制动能量回收的方法和类型制动能量回收的方法和类型5.2.2电动汽车的制动能量回收系统电动汽车的制动能量回收系统第1页规格严格功夫到家（威海）（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.1电动汽车能量管理系统电动汽车能量管理系统能能量量管管理理系系统统在在电电动动汽汽车车中中非非常常重重要要，它它由由硬硬件件系系统统和和软软件件系系统统组组成成，如如图图所所示示。

能能量量管管理理系系统统具具有有从从电电动动汽汽车车各各子子系系统统采采集集运运行行数数据据，控控制制完完成成电电池池的的充充电电、显显示示蓄蓄电电池池的的荷荷电电状状态态（SOC）、预预测测剩剩余余行行驶驶里里程程、监监控控电电池池的的状状态态、调调节节车车内内温温度度、调调节节车车灯灯亮亮度度以以及及回回收收再再生生制制动动能能量量为为蓄蓄电电池充电等功能。

能量管理系统中最主要的是电池管理系统。

池充电等功能。

能量管理系统中最主要的是电池管理系统。

第2页规格严格功夫到家（威海）（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.1.1电池管理系统的功能电池管理系统的功能电池管理系统是集监测、控制与管理为一体的复杂的电气测控系统，也电池管理系统是集监测、控制与管理为一体的复杂的电气测控系统，也是电动汽车商品化、实用化的关键。

电池管理的核心问题就是是电动汽车商品化、实用化的关键。

电池管理的核心问题就是SOC的预估的预估问题，电动汽车电池操作窗问题，电动汽车电池操作窗SOC的合理范围是的合理范围是3070%，这对保证电池寿，这对保证电池寿命和整体的能量效率至关重要。

命和整体的能量效率至关重要。

典型的电池管理系统应具备如下功能：

典型的电池管理系统应具备如下功能：

（1）实时采集电池系统运行状态参数。

实时采集电动汽车蓄电池组中的）实时采集电池系统运行状态参数。

实时采集电动汽车蓄电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流以及电池组总电压等。

由于电池组每块电池的端电压和温度、充放电电流以及电池组总电压等。

由于电池组中的每块电池在使用中的性能和状态不一致，因而对每块电池的电压、电中的每块电池在使用中的性能和状态不一致，因而对每块电池的电压、电流和温度数据都要进行监测。

流和温度数据都要进行监测。

（2）确定电池的）确定电池的SOC。

准确估测动力电池组的。

准确估测动力电池组的SOC，从而随时预报电，从而随时预报电动汽车储能电池还剩余多少能量或储能电池的动汽车储能电池还剩余多少能量或储能电池的SOC，使电池的，使电池的SOC值控制值控制在在30%70%的工作范围。

的工作范围。

第3页规格严格功夫到家（威海）（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.1.1电池管理系统的功能电池管理系统的功能（3）故障诊断与报警。

当蓄电池电量或能量过低需要充电时，及时报警，）故障诊断与报警。

当蓄电池电量或能量过低需要充电时，及时报警，以防止电池过放电而损害电池的使用寿命；当电池组的温度过高，非正常以防止电池过放电而损害电池的使用寿命；当电池组的温度过高，非正常工作时，及时报警，以保证蓄电池正常工作。

工作时，及时报警，以保证蓄电池正常工作。

（4）电池组的热平衡管理。

电池热管理系统是电池管理系统的有机组成）电池组的热平衡管理。

电池热管理系统是电池管理系统的有机组成部分，其功能是通过风扇等冷却系统和热电阻加热装置使电池温度处于正部分，其功能是通过风扇等冷却系统和热电阻加热装置使电池温度处于正常工作温度范围内。

常工作温度范围内。

（5）一致性补偿。

当电池之间有差异时，有一定措施进行补偿，保证电）一致性补偿。

当电池之间有差异时，有一定措施进行补偿，保证电池组表现能力更强，并有一定的手段来显示性能不良的电池位置，以便修池组表现能力更强，并有一定的手段来显示性能不良的电池位置，以便修理替换。

一般采用充电补偿功能。

设计有旁路分流电路，以保证每个单体理替换。

一般采用充电补偿功能。

设计有旁路分流电路，以保证每个单体都可以充满电，这样可以减缓电池老化的进度，延长电池的使用寿命。

都可以充满电，这样可以减缓电池老化的进度，延长电池的使用寿命。

（6）通过总线实现各检测模块和中央处理单元的通讯。

在电动汽车上实）通过总线实现各检测模块和中央处理单元的通讯。

在电动汽车上实现电池管理的难点和关键在于如何根据采集的每块电池的电压、温度和充现电池管理的难点和关键在于如何根据采集的每块电池的电压、温度和充放电电流的历史数据，建立确定每块电池剩余能量的较精确的数学模型，放电电流的历史数据，建立确定每块电池剩余能量的较精确的数学模型，即准确估计电动汽车蓄电池的即准确估计电动汽车蓄电池的SOC状态。

状态。

第4页规格严格功夫到家（威海）（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.1.2纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统1.纯电动汽车能量管理系统的组成纯电动汽车能量管理系统的组成纯电动汽车能源管理系统主要由电池输入控制器、车辆运行纯电动汽车能源管理系统主要由电池输入控制器、车辆运行状态参数、车辆操纵状态、能源管理系统状态参数、车辆操纵状态、能源管理系统ECU、电池输出控、电池输出控制器、电机发电机系统控制等组成。

制器、电机发电机系统控制等组成。

第5页规格严格功夫到家（威海）（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.1.2纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统2.电池荷电池荷（充充）电状态指示器电状态指示器电池荷电池荷（充充）电状态指示器是能源管理系统的一个重要组成。

电状态指示器是能源管理系统的一个重要组成。

电动汽车蓄电池中储存有多少电能，还能行驶多少里程，是电电动汽车蓄电池中储存有多少电能，还能行驶多少里程，是电动汽车行驶中必须知道的重要参数。

与燃油汽车的油量表类似动汽车行驶中必须知道的重要参数。

与燃油汽车的油量表类似的仪表就是电池荷的仪表就是电池荷（充充）电状态指示器，它是能源管理系统的一电状态指示器，它是能源管理系统的一个重要装置。

因此，在电动汽车中装备满足这一需求的仪表即个重要装置。

因此，在电动汽车中装备满足这一需求的仪表即电池荷电池荷（充充）电状态指示器。

电状态指示器。

第6页规格严格功夫到家（威海）（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.1.2纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统电池管理系统是能源管理系统的一个子系统。

蓄电池管理系电池管理系统是能源管理系统的一个子系统。

蓄电池管理系统主要任务是保持电动汽车蓄电池性能良好，并优化各蓄电池统主要任务是保持电动汽车蓄电池性能良好，并优化各蓄电池的电性能和保存、显示测试数据等。

的电性能和保存、显示测试数据等。

目前，主要是根据实际情况，确定具体纯电动汽车的电池管目前，主要是根据实际情况，确定具体纯电动汽车的电池管理系统的功能和形式。

电池管理系统包括硬件系统的设计和软理系统的功能和形式。

电池管理系统包括硬件系统的设计和软件系统的设计。

件系统的设计。

硬件的设计取决于管理系统实现的功能。

基本要实现对动力硬件的设计取决于管理系统实现的功能。

基本要实现对动力电池组的合理管理，即保证采集数据的准确性、可靠稳定的系电池组的合理管理，即保证采集数据的准确性、可靠稳定的系统通信、抗干扰性。

在具体实现过程中，根据设计要求确定需统通信、抗干扰性。

在具体实现过程中，根据设计要求确定需要采集动力电池组的数据类型；根据采集量以及精度要求确定要采集动力电池组的数据类型；根据采集量以及精度要求确定前向通道的设计；根据通信数据量以及整车的要求选用合理的前向通道的设计；根据通信数据量以及整车的要求选用合理的总线。

总线。

第7页规格严格功夫到家（威海）（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.1.2纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统图是某电池管理系统的结构框图。

图是某电池管理系统的结构框图。

第8页规格严格功夫到家（威海）（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.1.2纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统本硬件系统是在基于本硬件系统是在基于ATMEGA8L单片机进行设计的。

单片机进行设计的。

（1）电压采样的实现。

电压采样是对电动汽车电池组的电电压采样的实现。

电压采样是对电动汽车电池组的电压进行采样，每个电池组由压进行采样，每个电池组由10个单体电池构成。

本系统中一个单体电池构成。

本系统中一共有共有14个电池组组成电动汽车的动力电池。

原理如图所示，个电池组组成电动汽车的动力电池。

原理如图所示，每个电池为一个电池组。

每个电池为一个电池组。

第9页规格严格功夫到家（威海）（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.1.2纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统

（2）电电流流采采样样的的实实现现。

电电流流的的采采样样是是估估计计电电池池SOC的的主主要要依据。

这里采用电流传感器依据。

这里采用电流传感器LT308（LEM）其测量电路如图所示。

其测量电路如图所示。

第10页规格严格功夫到家（威海）（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.1.2纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统（3）温度采样的实现。

温度传感器采用美国）温度采样的实现。

温度传感器采用美国DALLAS公司公司继继DS1820之后推出的增强型单总线数字温度传感器之后推出的增强型单总线数字温度传感器DS18B20。

温度采集电路如图所示。

温度采集电路如图所示。

第11页规格严格功夫到家（威海）（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.1.2纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统（4）抗干扰措施的设计。

由于电池管理系统用在情况比较）抗干扰措施的设计。

由于电池管理系统用在情况比较复杂的电动汽车上，所以干扰可以沿各种线路侵入单片机系统。

复杂的电动汽车上，所以干扰可以沿各种线路侵入单片机系统。

其主要的渠道有三条：

即空间干扰、供电系统干扰、过程通道其主要的渠道有三条：