新能源电子教案5-6章精品资料

1、第 21 讲 第 5 章：电动汽车能量管理与回收系统课前分析：1.教学内容及时间分配电池管理系统0.5 学时纯电动及混合动力汽车电池管理系统1.5 学时2.教学目的通过本次教学，让学生掌握电动汽车电池管理系统的分类；并了解纯电动及混合动力汽车电池管理系统。3.教学重难点重点：电池管理系统。4.教学方法本教学环节采用理论讲授的方法。5.板书布置详见教学内容教学内容：0.导入回顾上一节讲过的内容导入本节新内容。1. 电动汽车能量管理系统能量管理系统在电动汽车中非常重要，它由硬件系统和软件系统组成，如图所示。能量管理系统具有从电动汽车各子系统采集运行数据，控制完成电池的充电、显示蓄电池的荷电状态(S

2、OC) 、预测剩余行驶里程、监控电池的状态、调节车内温度、调节车灯亮度以及回收再生制动能量为蓄电池充电等功能。能量管理系统中最主要的是电池管理系统。2.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 的预估问题，电动汽车电池操作窗SOC 的合理范围是3070% ，这对保证电池寿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：（ 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

3、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。（ 2 ）确定电池的 SOC 。准确估测动力电池组的 SOC ，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SOC ，使电池的SOC 值控制在30%70% 的工作范围。（ 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，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。（ 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。（ 5 ）一致性补偿。当电池之间有差异

4、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。（ 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，即准确估计电动汽车蓄电池的SOC 状态。3.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

5、理系统ECU 、电池输出控制器、电机发电机系统控制等组成。（2 ）电池荷 (充 )电状态指示器电池荷 (充 )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(充 )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电池荷(充 )电状态指示器。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理系统的

6、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。4.混合动力电动汽车能量管理系统1）混联式混合动力电动汽车的能量管理策略混联式混合动力电动汽车由于其特有的传动系统结构，如采用行星齿轮传动，除了采用瞬时优化能量管理策略、全局优化能量管理策略和模糊能量管理策略 (与并联式混合动力汽车能量管理策略原理类似 ) 以外，还有一些特有的能量管理策略：(1) 发动机恒定工作点策略。由于采用了行星齿轮机构，发动机转速可以独立于车速变化，这样使发动机工作在最优工作点，提供恒定的转矩输出，而剩余的转矩则由电动机提供。这样电动机来负责动态部分，避免了发动机动态调节带来的损失，而且与发动机相比，电动机的控

7、制也更为灵敏，易于实现。(2) 发动机最优工作曲线策略。发动机工作在万有特性图中最佳油耗线上，只有当发电机电流需求超出电池的接受能力或者当电动机驱动电流需求超出电动机或电池的允许限制时，才调整发动机的工作点。2）并联式混合动力电动汽车的工作模式并联式混合动力电动汽车主要蕴含以下工作模式：(1) 纯电动模式。当混合动力电动汽车处于起步、低速等轻载工况且动力电池的电量充足时，若以发动机作为动力源，则发动机燃油效率较低，并且排放性能很差。因此，关闭发动机，由动力电池提供能量并以电机驱动车辆。但当动力电池的电量较低时，为保护电池，应当切换到行车充电模式。(2) 纯发动机模式。在车辆高速行驶等中等负荷时，车辆克服路面阻力运行所需的动力较小，一般情况下主要由发动机提供动力。此时，发动机可工作于高效区域，燃油效率较高。(3) 混合驱动模式。在加速或爬坡等大负荷情况下，当车辆行驶所需的动力超过发动机工作范围或高效区时，由电机提供辅助动力同发动机一同驱动车辆。若此时动力电池的剩余电量较低，则转换到纯发动机模式。(4) 行车充电模式。在车辆正常行驶等中低负荷时，若动力电池的剩余电量较低，发动机除了要提供驱动车辆所需的动力外，还要提供额外的功率通过电机发电以转换成电能给动力电池充电。(5) 再生制动模式。当混合动力电动汽车减速 /制动时，发动机不工作，电机尽可能多地回收再生制动能量，剩余部分