电动自行车新型锂电池管理系统的设计

电动自行车新型锂电池管理系统的设计

曾彦凯

浙江方圆检测技术服务有限公司 浙江 杭州 310018

摘要：现目前在世界上电动汽车在飞速发展，新型锂电池管理系统的研究也受到了国内外相关人士的重视，新型锂电池具有良好的性能，将其应用到电动自行车中，对电动自行车新型锂电池管理系统进行有效设计，可以更加高效和安全的促使电动自行车使用新型锂电池。结合目前我国电动自行车发展，本文就电动自行车新型锂电池管理系统的设计及设计意义进行研究。

关键词：电动自行车；新型锂电池；管理系统；设计研究

前言

随着社会发展，人们的需求在不断发生变化，生活水平提升对出行的需求越来越多，在我国人们使用交通工具方面，汽车的使用量在不断增加，消耗大量的资源也影响着环境，因此相关部门都在探索更为优质的出行工具，电动自行车可谓是目前我国人们出行较为便利的选择，可以减少环境污染、缓解城市交通压力。而将运用到电动汽车中的新型锂电池应用到电动自行车中，对新型锂电池管理系统的设计进行研究，提高新型锂电池使用的安全性，促进电动自行车进一步发展。

一、电动自行车新型锂电池管理系统的设计意义

电动自行车作为现阶段人们代步的新型交通工具，现目前在国内外已经广泛引起了重视，世界各国研究出了多种多样的电动自行车，电动自行车有很多优点，如不会造成较大的交通拥堵问题、电动自行车操作方便、可以满足很多人群需求、购买价格低、行驶费用低，同时不会造成较大的空气污染和声音污染，所涉及到的电池充电可以直接在夜间进行，不会造成能源争夺问题。并且，电动自行车作为短途低速交通工具，由于电动自行车的电池性能和投入成本，距离电动自行车满足实际需求的大量生产还有一定距离。而新型锂电池在工作过程中电压高、充电和放电效率都比较高，同时使用寿命较长、也不会给环境造成污染问题。因此在生产电动自行车的过程中越来越多的生产企业将新型锂电池应用到电动自行车上，设计出更符合现代化电动自行车发展的新型锂电池管理系统，可以有效的提高电动自行车应用锂电池的安全性[1]。并且，可以提高电动自行车锂电池电机控制技术和电池技术，也提高了数据采集的可靠性和提高安全管理效率。

二、电动自行车新型锂电池管理系统的设计

（一）系统介绍

结合目前我国电动自行车发展的情况来看，很多电动自行车车载电池，都没有一个完整的管理系统，实际上没有完整的管理系统针对其他电池系统还是基本可以维持电动自行车正常运行的。但对于新型锂电池而言，若没有一个完整科学的电子管理系统是不行的，其原因是由于锂电池在电动自行车运行过程中过分放电、过度充电和产生过度电流以及过高的温度都会对锂电池造成损伤，若问题严重，还会导致电动自行车发生爆炸等安全问题。所以，应合理科学的结合电动自行车使用锂电池的实际情况，设置一套符合实际情况的锂电池管理系统。

新型锂电池管理系统分为四个部分：一是电动自行车运行过程中的数据采集模块；二是是电动自行车中锂电池在运行过程中的电路保护模块；三是电动自行车在使用时和电动自行车在充电时的电量计算及显示模块；四是电动自行车在充电期间的均衡充电模块[2]。另外，在数据采集模块中含有电动自行车运行过程中和充电过程中的温度、电流、电压数据采集。整个电动自行车新型锂电池管理系统的设计主要针对的是数据采集和电子管理，以相应的数据采集作为管理的基础支撑。而在该系统设计过程中，需要重视的是整个电动自行车的电路要在保障安全和稳定的基础上尽量的做到简单，所以在电动自行车新型锂电池管理系统进行有效设计时要对整个电动车的硬件电路进行有效升级，如采集电路、电流等功能要植入。

（二）锂电池保护及均衡设计

在电动自行车锂电池管理系统中，应非常重视锂电池的保护，要使相关的管理系统有效的识别故障和充分的对电动自行车在运行过程中的情况进行判断。而在针对锂电池保护及均衡设计时，重视过度电压、电流、温度得保护，要有效的识别电动自行车在运行过程中和充电过程中是否存在这三方面的过度问题，实时、准确的对电动自行车的各项功能进行有效保护。同时，均衡充电模块主要是对锂电池在充电过程中离散性较大，当电动自行车在充电和使用过程中，锂电池离散性大，就会导致很多电动车在充电过程中存在着充电慢或者充电快的问题，致使使用电动自行车时无法有效的判断充电时间，也许在同样的时间内有的电动自行车已经充满，而有的电动自行车已经存在过充现象，为了有效的保持每一台电动车都能够在充电时间上的一致性，合理科学的进行均衡设计，可以避免在充电时的安全事故发生。同样的在电动车使用过程中，锂电池依然存在离散性大的问题，若没有明确的均衡措施来进行管理，有的电池已经处于低压状态，而有的电池还有一定的电量，这不仅会影响到人们使用电动自行车时的体验感，还会损耗到电池的使用寿命。所以强化锂电池保护及均衡设计是非常有必要的[3]。

（三）锂电池SOC估算设计

新型锂电池作为一种二次电池，在充电和放电过程中，电池的电压和内部特征都会受到电池的剩余电量变化影响。所以针对锂电池管理时应强化对锂电池的剩余电量进行有效估算，利用电池的端电压等参数来计算锂电池内剩余的电量。同时，为了更加准确的表现出电动自行车的剩余电量，用荷电状态来表示（SOC）通过电池组的外部特征来进行判断：电压、电流、温度等。而在锂电池管理系统中能够准确的估算锂电池内的剩余电量是一项非常重要的工作，能够更加精准实时的了解到锂电池内剩余电量情况。并且，在锂电池SOC估算设计时很多系统估算都存在着一定的问题，无法满足现代化下电动自行车运行的实际需求，其原因是在估算过程中会受到很多因素影响，估算的难度较大，进而无法提高有效的精准度，所以在SOC估算设计时要进行深入细致的研究。

在锂电池SOC估算设计时会采用以下几种SOC估算办法：其一是按时积分估算。通过电池荷定电容量、电子电流、电池充放电效率来进行分析计算，在使用该方法时，若电流测量不准就会造成SOC估算存在误差，还会随着电动自行车的使用误差逐渐增大。同时，这种计算方法在电动汽车电池系统中应用较多，可以很好的获取到起始状态数据，相应的计算方法简单。其二是开路电压法。这种方式是利用锂电池的开路电压和电池荷电状态来分析两者之间的关系，判断核电池在充放电时存在的状态。其三是卡尔曼滤波法。利用时间来判断锂电池充放电情况[4]。

（四）电动自行车新型锂电池管理系统的要求

有以下几个方面的要求：其一是准确性和完整性，在涉及到锂电池充放电时所采集的数据应该精准和完整，更好的判断电池的状态防止意外发生。其二是可靠性和安全性，设置相应系统，其目的是为了保障电动自行车能够正常、安全运行，所以提高系统的可靠性和安全性是非常重要的[5]。其三是经济性和先进性，随着电动自行车的发展对相应电池的管理系统应符合现代化信息技术的需求，也要充分的考虑经济性，合理科学的去选择相应的硬件和系统配置。

结论

综上所述，电动自行车作为时代发展的新型交通工具，锂电池的使用可以更好的提高电动自行车的经济性和环保性，强化对锂电池的管理，合理科学的设计锂电池管理系统。进而可以有效的保障使用锂电池的电动自行车安全性和稳定性。

参考文献：

[1]李春南,梁志勇,梁景志. 电动自行车锂电池国内外标准比对及安全风险分析[J]. 轻工标准与质量,2023,(01):51-53.

[2]王栋,肖磊,耿娜,吴宗江,高党寻. 电动自行车锂离子电池控制与保护[J]. 中国自行车,2022,(03):72-75.

[3]王柯永. 电动汽车锂电池热管理系统综述[J]. 新型工业化,2022,12(08):18-21.

[4]郝磊,张阳. 试论新型锂电池组的PACK及管理方式[J]. 设备管理与维修,2020,(18):146-148.

[5]卢恒. 电动自行车的绿色设计理论研究[J]. 艺术品鉴,2019,(12):300-301.