電動(dòng)汽車畢業(yè)論文4

1、<p><b>　　第一章緒論</b></p><p><b>　　研究背景</b></p><p>　　自進(jìn)入新世紀(jì)以來，節(jié)能環(huán)保成了當(dāng)前當(dāng)前能源環(huán)保問題的一大焦點(diǎn)，各個(gè)國(guó)家對(duì)節(jié)能和環(huán)保問題都很重視，不信投入大量資金和精力用于科研開發(fā)上，其中電動(dòng)汽車就是很多國(guó)家重點(diǎn)研究開發(fā)的對(duì)象，因?yàn)楫?dāng)前越來越多的家庭都有了自己的電動(dòng)汽車，而且私家車

2、的數(shù)目還在不斷增加，雖然給人們很多交通上的便利，但是卻消耗掉了全世界每年石油產(chǎn)量的一半以上，這么多是由燃燒后排放出去的氣體對(duì)環(huán)境來說也是一個(gè)巨大的負(fù)擔(dān)，空氣污染，酸雨都與這有著直接的聯(lián)系，而且加劇了能源的緊張，導(dǎo)致油價(jià)上漲等等一系列問題，尤其是最近幾年在我國(guó)有些地方出現(xiàn)了柴油、汽油緊缺的現(xiàn)象。電動(dòng)汽車是解決這一系列難題的一個(gè)好的出路，它有這么三大突出的優(yōu)點(diǎn)，第一，電動(dòng)汽車?yán)玫碾娔?，電能來源廣泛，有火力發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電

3、、太陽能發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電等發(fā)電方式；第二，電動(dòng)汽車對(duì)環(huán)境的污染非常小，噪音小，非常的環(huán)保；第三電動(dòng)汽車的能源利用率高，正符合國(guó)家節(jié)能環(huán)保的政策，。</p><p>　　當(dāng)前電動(dòng)汽車的研究已經(jīng)得到了越來越多的國(guó)家的歡迎和重視，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，電動(dòng)汽車必將成為未來發(fā)展的重點(diǎn)，具有廣闊的研究和應(yīng)用前景，我國(guó)對(duì)電動(dòng)汽車的研究表較早，很多大學(xué)和汽車公司已經(jīng)研制出了很多類型的電動(dòng)汽車，成果頗豐，我們學(xué)校為淄博市就研制出了一輛電動(dòng)公

4、交車，汽車上印著 “山東理工大學(xué)” 的名字呢，這也是我們學(xué)老師研究出來的成果，作為學(xué)校的一員同感榮幸。</p><p>　　目前電動(dòng)汽車主要有三種類型：純電動(dòng)汽車，它是以蓄電池的電能作為汽車的動(dòng)力；混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，它是發(fā)動(dòng)機(jī)和電力傳動(dòng)并存的電動(dòng)汽車，兩者可以互相補(bǔ)充，是發(fā)動(dòng)機(jī)汽車到電動(dòng)汽車的過度型；燃料電池汽車，它是以燃料電池作為動(dòng)力來源的。</p><p>　　當(dāng)然電動(dòng)汽車的發(fā)展還存在

5、許多問題，主要是動(dòng)力電池和高效率的充電問題，電池管理系統(tǒng)是很重要的一個(gè)研究反方向。</p><p><b>　　國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　目前世界各國(guó)都在大力研制電動(dòng)汽車。</p><p>　　下面介紹幾種典型的電池管理系統(tǒng)。</p><p>　?。?）德國(guó)柏林大學(xué)研制的電池管理系統(tǒng)</p>

6、<p>　　系統(tǒng)包括：顯示模塊、速度調(diào)節(jié)模塊、溫度調(diào)節(jié)模塊、上位機(jī)診斷模塊，還有為電池模塊配備的平衡器?？傮w控制方案中，采用CAN總線模式，微處理單元采用西門子公司的Microcontroller80C167CR。</p><p>　　該電池管理系統(tǒng)是目前國(guó)際上功能比較全、技術(shù)含量比較高的電動(dòng)汽車用電池管理系統(tǒng)，其主要功能主要包括防止電池過放充電、電池組熱管理、基于模糊專家系統(tǒng)的剩余電量估計(jì)、用神經(jīng)

7、元網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)電池。</p><p>　?。?）韓國(guó)大宇公司DEV5-5電動(dòng)汽車用電池管理系統(tǒng)</p><p>　　該電池管理系統(tǒng)的主要功能有：數(shù)據(jù)采集、優(yōu)化充電、SOC估計(jì)與顯示、安全管理、能量管理、電池管理和故障診斷功能。</p><p>　　電池管理系統(tǒng)有電池控制單元（BCU）、主充電器、輔助充電器、熱管理系統(tǒng)、SOC計(jì)算、電池報(bào)警系統(tǒng)、模塊傳感器裝置和安全模塊構(gòu)

8、成，其中BCU發(fā)揮核心功能。BCU實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池工作狀態(tài)，向各子程序系統(tǒng)發(fā)送正確的指令以使動(dòng)力電池正常工作。</p><p>　　（3）北京交通大學(xué)研制的電池管理系統(tǒng)</p><p>　　這個(gè)電池和管理系統(tǒng)是在國(guó)家“863”計(jì)劃支持下由北京交通大學(xué)完成的用于動(dòng)力鎳氫蓄電池監(jiān)測(cè)及管理的系統(tǒng)裝置，在2002年12月科技部驗(yàn)收了這個(gè)電池管理系統(tǒng)項(xiàng)目。系統(tǒng)裝置可以監(jiān)控電池的運(yùn)行狀態(tài)、估量電池的剩余電

9、量、對(duì)使用過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行早期的診斷和充電。</p><p>　　1.2電動(dòng)汽車用蓄電池

10、

11、 </p><p>　　根據(jù)汽車的使用特點(diǎn)，其實(shí)用的動(dòng)力電池一般應(yīng)具有比能量高、比功率大、自放電少、工作溫度范圍寬、能快速充電、使用壽命長(zhǎng)和安全可靠等特點(diǎn)。前景比較好的是鎳氫蓄電池，鉛酸蓄電池，鋰離子電池

12、，</p><p>　　1.3電池管理系統(tǒng)（ＢＭＳ）</p><p>　　電池能量管理系統(tǒng)是保持動(dòng)力電源系統(tǒng)正常應(yīng)用、保證電動(dòng)車安全和提高電池壽命的一種關(guān)鍵技術(shù)，它能保護(hù)電池的性能，預(yù)防個(gè)別電池早期損壞，利于電動(dòng)車的運(yùn)行，具有保護(hù)和警告功能。電動(dòng)汽車的充電、運(yùn)行等功能與電池相關(guān)參數(shù)協(xié)調(diào)工作是通過對(duì)電池箱內(nèi)電池模塊的監(jiān)控工作來實(shí)現(xiàn)的，它的功能有計(jì)算并發(fā)出指令，執(zhí)行指令，提出警告。電池能量管理

13、系統(tǒng)主要包括：電池狀態(tài)估計(jì)、數(shù)據(jù)采集、熱管理、安全管理、能量管理和通信功能。</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)采集 電池管理系統(tǒng)的所有算法、電動(dòng)車的能量控制策略等都是以采集的數(shù)據(jù)作為輸入，影響電池能量管理系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)是采樣速率、精度和前置濾波特性。</p><p>　?。?）電池狀態(tài)估計(jì)　　電池狀態(tài)估算包括ＳＯＣ和ＳＯＨ，是電動(dòng)汽車進(jìn)行控制和功率匹配的重要依據(jù)。在行車過程中系統(tǒng)可以隨

14、時(shí)計(jì)算車輛能耗給出ＳＯＣ值，供能源管理系統(tǒng)進(jìn)行功率配置和確定控制策略，使駕駛員知道車輛的續(xù)駛里程，及時(shí)作出決定到充電地點(diǎn)充電防止半路拋錨，ＳＯＨ告訴駕駛員電池的壽命。</p><p>　?。?）能量管理　在能量管理中，電壓、溫度、電流、SOC、SOH等作為輸入完成這些功能，控制充電過程，用SOC，SOH和溫度限制電源系統(tǒng)輸入、輸出功率。</p><p>　?。?）安全管理 具體功能是監(jiān)視

15、電池電壓、電流、溫度是不是越過正常范圍；防止單體電池過充。</p><p>　?。?）熱量管理 電池的熱量管理對(duì)于大功率放電和高溫條件下使用的電池非常關(guān)鍵。熱量管理的目的是使電池單體溫度平衡并保持在一定的范圍內(nèi)，使高溫電池降溫，使低溫電池溫度升高。</p><p>　　（6）通信功能 電池管理系統(tǒng)與車載設(shè)備設(shè)備的通信是BMS的重要功能之一，根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需要，可以采用不同的通信接口進(jìn)行

16、數(shù)據(jù)交換，如：PWM信號(hào)、模擬信號(hào)、CAN總線或I²C串行接口CAN總線是一種可考慮高、通信速率高的現(xiàn)場(chǎng)總線。</p><p>　?。?）人機(jī)接口 設(shè)置顯示和控制按鍵、旋鈕等來輸入指令給BMS。</p><p>　　（8）保證充電功能 電池能量管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)電池的工作狀態(tài)，特別是對(duì)煤質(zhì)電池的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)在充電前通知充電機(jī)即車與機(jī)的對(duì)話，告訴充電機(jī)電

17、池組的工作狀態(tài)和每只電池的技術(shù)狀態(tài)，“落后”電池和“先進(jìn)”電池的性能差異。系統(tǒng)計(jì)算此時(shí)充電機(jī)應(yīng)當(dāng)采取何種充電方式給電池充電才能達(dá)到給點(diǎn)吃充足，性能好的電池不能過充，而性能差的電池又能充足，保證整車能量的供應(yīng)。</p><p>　?。?）故障診斷功能 能夠與車輛檢測(cè)儀器進(jìn)行通信等，診斷系統(tǒng)故障，方便車輛的維修。</p><p>　　在電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)中，電池監(jiān)控主要指的是被動(dòng)的監(jiān)測(cè)和評(píng)估

18、電池的狀態(tài)，但是電池管理包括處理數(shù)據(jù)并且預(yù)測(cè)電池將來的表現(xiàn)，甚至是主動(dòng)干預(yù)和控制電池的充放電電流和電壓，控制充電條件和電池工作溫度等。</p><p>　　整車的能量管理是指動(dòng)力系統(tǒng)中為滿足駕駛員期望工況而進(jìn)行的功率和能量的平衡，要完成這個(gè)任務(wù)電池管理系統(tǒng)要進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，算法設(shè)計(jì)，硬件、軟件設(shè)計(jì)，應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等。</p><p>　　管理系統(tǒng)（BMS）主要有以下幾部分組成：數(shù)據(jù)采集單元（

19、采集模塊）、中央處理單元（主控模塊）、顯示單元、均衡單元檢測(cè)部件（電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器、漏電檢測(cè)）、控制部件（熔斷裝置、繼電器）等組成。中央處理單元由高壓控制回路、主控板等組成，數(shù)據(jù)采集單元有溫度采集模塊、電壓采集模塊等組成，大部分將均衡模塊與檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)在一起，顯示單元由顯示板、液晶屏、鍵盤及上位機(jī)組成。一般采用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)相互間的信息通訊。</p><p>　　BMS的主要工作原理可簡(jiǎn)

20、單歸納為：首先數(shù)據(jù)采集電路采集電池狀態(tài)數(shù)據(jù)，再由電子控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，再根據(jù)分析結(jié)果對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)功能模塊發(fā)出控制指令，向外界傳遞信息。</p><p>　　1.4本論文的主要內(nèi)容</p><p>　　本課題是電動(dòng)公交車充電管理系統(tǒng)的一部分，主要負(fù)責(zé)對(duì)充電進(jìn)行管理和控制。系統(tǒng)監(jiān)測(cè)所有電池的電壓，溫度等工作狀態(tài)，根據(jù)用戶選定的充電模式發(fā)出充電電流和電壓的指令給充電樁，系統(tǒng)通過CAN

21、總線與充電樁通信，具有過壓、過溫保護(hù)功能，要求設(shè)計(jì)相應(yīng)的充電管理硬件及軟件完成相應(yīng)的功能。主演內(nèi)容是針對(duì)電動(dòng)汽車用鎳氫蓄電池組，完成系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)，底層電壓、溫度的采集方案完成了硬件的設(shè)計(jì)和調(diào)試。</p><p>　　電動(dòng)汽車動(dòng)力電池一般有多個(gè)單體電池串聯(lián)組成一個(gè)電池模塊，加上微控制器為核心的電池管理系統(tǒng)組成一個(gè)車用電池組。本課題串聯(lián)384節(jié)1.2V DC容量為300Ah鎳氫電池，本課題實(shí)現(xiàn)了BMS控制器對(duì)電

22、池電壓、電流、溫度參數(shù)進(jìn)行采集，根據(jù)用戶選定的充電模式發(fā)出充電電流和電壓的指令給充電樁，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)完整的電池管理系統(tǒng)提供原始數(shù)據(jù)和軟硬件平臺(tái)。 </p><p><b>　　2電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　與動(dòng)力電池相關(guān)的管理控制設(shè)備稱為——電池管理系統(tǒng)（BMS），作為一個(gè)整體在電動(dòng)汽車中發(fā)揮作用。BMS的作用主要可分為兩個(gè)方面：保證電池安全；合理高

23、效的使用電池儲(chǔ)存的能量。</p><p>　　電池管理系統(tǒng)是一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，所以在研制它之前首先要對(duì)監(jiān)控的對(duì)象非常熟悉。所有的電池管理系統(tǒng)都是針對(duì)一種電池甚至是一個(gè)品牌一個(gè)型號(hào)的電池而言的。</p><p>　　2.1蓄電池的主要性能指標(biāo)</p><p><b>　　1.電壓</b></p><p>　?。?）電動(dòng)勢(shì)：指電

24、池正負(fù)極之間的電位差E。</p><p>　?。?）額定電壓：標(biāo)準(zhǔn)條件下電池在工作時(shí)達(dá)到的電壓值。</p><p>　?。?）開路電壓：開路時(shí)電池兩端的電壓，跟電池兩端的電動(dòng)勢(shì)近似相等。</p><p>　?。?）負(fù)載電壓：電池兩端接上負(fù)載R放電過程中的電壓，其數(shù)值就是電動(dòng)勢(shì)減去電池內(nèi)阻兩端的電壓，即U=E-I*R。</p><p><

25、b>　　2.能量</b></p><p>　?。?）實(shí)際能量：是指電池在一定的條件下放出來的能量，等于電池的平均電壓與實(shí)際容量的乘積。</p><p>　?。?）標(biāo)稱能量：電池在規(guī)定放電條件下放出的能量，其數(shù)值等于額定電壓與額定容量的乘積。</p><p>　?。?）能量密度：電池組的每單位體積輸出的能量，單位是/。</p><

26、p>　?。?）比能量：電池組單位質(zhì)量輸出的能量，單位是/。</p><p><b>　　3.電池容量</b></p><p>　?。?）實(shí)際容量：一定條件下電池輸出的能量，放電時(shí)間與放電電流的乘積。</p><p>　　（2）理論容量：按照法拉第定理根據(jù)蓄電池活性物質(zhì)的物理特性計(jì)算出的最高理論值，單位用體積容量Ah/L或質(zhì)量容量Ah/kg

27、表示。</p><p>　?。?）額定容量：電池按照一定標(biāo)準(zhǔn)在放電條件下放出的最低限度容量。</p><p>　?。?）標(biāo)稱容量：鑒別電池適當(dāng)?shù)慕浦怠?lt;/p><p>　　（5）荷電狀態(tài)：反映電池容量指一定放電倍率下電池剩余電量與額定容量在相同條件下的比值。</p><p><b>　　4.放電速率</b></p

28、><p>　　電池放電時(shí)放電電流與額定電流的比例。</p><p>　　電流率：指電池以某種電流強(qiáng)度放電量是額定容量的倍數(shù)。</p><p>　　時(shí)間率：指電池以某種電流強(qiáng)度放電放完額定容量序言的放電時(shí)間。</p><p><b>　　5.自放電率</b></p><p>　　自放電率是指電池在在沒有

29、負(fù)荷條件下存放時(shí)間內(nèi)電池容量損失的速度，用單位時(shí)間內(nèi)下降的電池容量百分?jǐn)?shù)表示。自放電率=℅，式中表示電池儲(chǔ)存的容量，表示一定時(shí)間后電池儲(chǔ)存的容量，t表示電池儲(chǔ)存的時(shí)間。</p><p><b>　　6.電池的內(nèi)阻</b></p><p>　　流過電池內(nèi)部的電流受到阻力電壓會(huì)降低，這個(gè)阻力就是電池內(nèi)阻。電池放電時(shí)因?yàn)殡姵貎?nèi)阻的作用端電壓會(huì)低于開路電壓和電動(dòng)勢(shì)，充電的時(shí)候

30、充電的端電壓高于開路電壓和電動(dòng)勢(shì)。</p><p><b>　　7.壽命</b></p><p>　　電池壽命為電池充放電的循環(huán)次數(shù)或者是使用年限。蓄電池工作是不斷充電、放電的循環(huán)過程，電池在每次循環(huán)中化學(xué)活性物質(zhì)發(fā)生一次可逆的化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)活性物質(zhì)會(huì)隨充放電次數(shù)增多老化變質(zhì)，電池充放電效率會(huì)降低電池的循環(huán)次數(shù)與電池的溫度、電池充放電形式、放電深度、電池安裝等有關(guān)。S

31、OH反映電池的預(yù)期壽命是一個(gè)相對(duì)量，SOH=，指蓄電池標(biāo)稱容量，指蓄電池預(yù)測(cè)容量。</p><p><b>　　2.2鎳氫電池</b></p><p>　　鎳氫電池屬于堿性電池，它的許多基本特性和鎳鎘電池相似，但它不存在重金屬污染問題，被稱作“綠色電池”。荷蘭Philips公司于20世紀(jì)70年代左右成功運(yùn)用LaNi5儲(chǔ)氫合金開發(fā)了鎳氫電池，可是因?yàn)樗p太快所以進(jìn)展緩慢

32、。80年代該公司制成了LaNi2.5Co2.5儲(chǔ)氫合金材料研制成功鎳氫電池。進(jìn)入90年代后伴隨著電動(dòng)汽車尤其是混合動(dòng)力汽車研究的需要高能量動(dòng)力電池成為鎳氫電池迅速發(fā)展的方向。</p><p>　　鎳氫電池正極活性物質(zhì)是NiOOh（放電時(shí)）和Ni（OH）2（充電時(shí)），負(fù)極的活性物質(zhì)是H2（放電時(shí)）和H2O(充電時(shí))，電解質(zhì)一般采用KOH堿性水溶液，鎳氫電池的充放電時(shí)的正極、負(fù)極化學(xué)反應(yīng)和總反應(yīng)方程如下：</p

33、><p>　　正極反應(yīng) Ni（OH）2+OH→NiOOH+H2O+e-</p><p>　　負(fù)極反應(yīng) M+H2O+e-→MHx+OH-</p><p>　　總反應(yīng) M+Ni（OH）2→MHx+NiOOH</p><p>　　目前鎳氫電池所能達(dá)到的指標(biāo)性能是：?jiǎn)误w電池的電壓為1.2V；功率密度是160～500W/kg;能量密度

34、為55～70Wh/kg;工作溫度是-30～50℃；快速充電從滿容量的40℅～80℅需要15分鐘；它的循環(huán)使用壽命超過1000次。</p><p>　　鎳氫電池優(yōu)點(diǎn)有：功率密度和能量密度均高于鉛酸電池和鎳鎘電池，在電動(dòng)車用電池中循環(huán)使用壽命是最高的，深度放電性能和快速充電性能好，沒有重金屬污染，充放電效率很高。</p><p>　　鎳氫電池的缺點(diǎn)有：成本很高是相同容量電池價(jià)格的5至8倍，自放

35、電損害比較大，而且它的單體電池的電壓低對(duì)環(huán)境溫度敏感，此外電池組熱管理任務(wù)重。</p><p>　　隨著燃料電池汽車的研制開發(fā)和混合動(dòng)力汽車的產(chǎn)業(yè)化，近幾年來鎳氫電池得到了很普遍的關(guān)注，伴隨著鎳氫電池技術(shù)的發(fā)展，它的功率密度、能量密度、快速充電能力和循環(huán)壽命都會(huì)得到很大幅度的提高，進(jìn)而價(jià)格也會(huì)降低。今后會(huì)有越來越多的公司把鎳氫電池作為燃料電池汽車和混合動(dòng)力電池汽車使用的動(dòng)力電池。</p><p

36、>　　2.3電池管理系統(tǒng)的功能</p><p><b>　　2.3.1充電管理</b></p><p>　　充電管理就要利用合適的方法充電，適時(shí)監(jiān)測(cè)電池的狀態(tài)以確保電池安全充電和良好的效率。以下是幾種比較安全有效的充電方式。</p><p><b>　　1.恒壓充電</b></p><p>　

37、　加恒定電壓于電池兩端，充電的電流是I=（V-E）/R，V是指外部電源供給電池的充電電壓，E是指電池的電動(dòng)勢(shì)，R是指它的內(nèi)部電阻。</p><p>　　在剛開始給電池充電的時(shí)候電動(dòng)勢(shì)是很低的，而電池的電流會(huì)很大，電動(dòng)勢(shì)隨著充電的繼續(xù)進(jìn)行會(huì)升高，于是充電電流會(huì)減小，最后充電就停止了。因?yàn)樵诔潆姷暮笃诔潆姷碾娏髯冃?，控制電池的過充電會(huì)變得很簡(jiǎn)單。該充電法把電流與電動(dòng)勢(shì)相關(guān)到了起來，但是電池的電動(dòng)勢(shì)是電池里面的物理和化

38、學(xué)變化的反映，所以該方法用來充電是非常好的，于電池恒流充電來說會(huì)有更多的優(yōu)點(diǎn)。由于恒壓充電也存在一些缺點(diǎn)，首先在最開始充電的時(shí)候電流會(huì)很大，但是到了充電的末期會(huì)隨著電池電動(dòng)勢(shì)升高電池的電流變得很小，不容易完全將充電設(shè)備利用起來，充電電壓的很小一個(gè)變化會(huì)導(dǎo)致電流非常大的變動(dòng)。電化學(xué)過程與電池的電流之間由電動(dòng)勢(shì)變動(dòng)所反映的絕非僅有線性關(guān)系，所以只根據(jù)線性關(guān)系來研究并不太合適。</p><p><b>　　2

39、.恒流充電</b></p><p>　　該充電法調(diào)整外部充電機(jī)的電壓，調(diào)節(jié)串聯(lián)電池的電壓，為的是使充電過程中的電流不在出現(xiàn)變化。恒流充電法控制起來很簡(jiǎn)單，因?yàn)殡姵氐慕邮苣芰?huì)因?yàn)槌潆娺^程的繼續(xù)會(huì)慢慢減小的，等到了充電快要結(jié)束的時(shí)候，充電電流的主要用處變成了電解水，會(huì)出現(xiàn)很多氣泡，影響電池使用狀態(tài)和壽命，所以一般選階段充電的方法。</p><p><b>　　3.恒壓恒

40、流充電</b></p><p>　　為防止恒壓充電開始時(shí)的電流太大，導(dǎo)致溫度增加的太大會(huì)給電池帶來嚴(yán)重的傷害，充電過程中一般將電流控制在在一范圍內(nèi)，這就是恒電壓恒電流流的充電方式。橫流階段是把限流值為恒值的充電方式，因此也稱作恒壓限流充電，如圖所示。</p><p>　　越來越多的廠家推薦該充電方式，它是一種非常有效的充電方式，因?yàn)閷?duì)電池來說低壓限流充電更有利于保護(hù)電池，因?yàn)樾?/p>

41、電池的充電電壓低末期電池的電流變得特別小，所以電解液基本上不產(chǎn)生氣泡，即使產(chǎn)生也會(huì)很少，既節(jié)省了電能又降減小了電池的溫度上，保護(hù)電池的極板。</p><p><b>　　4.涓流充電</b></p><p>　　為給蓄電池組在放電過程結(jié)束后給它內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)一個(gè)恢復(fù)過程，這個(gè)時(shí)候需要以某種中程度上相對(duì)來說較小的電流來給電池充電，在它的端電壓增達(dá)到某一數(shù)值后，然后用恒壓

42、恒流充電方法采用大電流來給電池充電，即為涓流充電。涓流充電的時(shí)候能使電流恒定而且數(shù)值比較小，隨著電池狀態(tài)恢復(fù)，整流器的電壓會(huì)隨著電池狀態(tài)而升高，因此涓流充電實(shí)際上是跟恒流充電非常相似的充電方法。 5.分階段充電方法</p><p>　　一般比較多用的充電方法有是二階跟三階段充電的方法。</p><p>　　二階段

43、充電法是一種很快的充電方法，它把恒定的電壓值跟恒定的電流值結(jié)合起來一起充電，如圖3．3所示。起始階段，電流值保持不變對(duì)電池進(jìn)行充電一直充電到設(shè)定好的電壓值，過了此階段后換成以恒定電壓值充完電池內(nèi)剩下的空間。下一階段的恒值電壓就是通常情況下轉(zhuǎn)換電壓，這就是二階段充電法。</p><p>　　三階段充電法是充電過程中有三個(gè)階段充電，第一階段和第三階段充電電流恒定，第二段采用的是用恒定電壓值充電，如圖3．4所示。在電流

44、減小至默認(rèn)值的時(shí)候，充電過程從第二階段很快轉(zhuǎn)換至下一階段即第三階段。分階段充電方法能夠把排氣量將之至低狀態(tài)，由于它是快速充電，所以該法的使用會(huì)有一些限制。</p><p>　　2.3.2快速充電方法</p><p>　　有的時(shí)候因?yàn)榍闆r比較急需要在最短的時(shí)間內(nèi)為電池充滿電量同時(shí)呢也是為了最大限度利用蓄電池充電時(shí)候的化學(xué)反應(yīng)速度，減少電池充滿電的時(shí)間，而且還要避免充電時(shí)電池兩極出現(xiàn)的極化現(xiàn)象

45、，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。</p><p><b>　　1.脈沖充電法</b></p><p>　　脈沖充電方式利用的是電池隔一段時(shí)間脈沖電流充電隔一段時(shí)間停止的充電方法，就這樣不停地循環(huán)，如圖3．5所示。在充電脈沖時(shí)間內(nèi)蓄電池可以充電直到充滿為止，蓄電池在非充電階段化學(xué)反應(yīng)階段出現(xiàn)的的氧氣和氫氣在這段時(shí)間內(nèi)重新反應(yīng)，這樣就會(huì)順其自然解決濃差和歐姆極化問題，這樣也就緩解

46、了蓄電池里面的壓強(qiáng)，這樣就會(huì)使下一個(gè)周期的恒值電流充電可以更加容易，這樣電池就能儲(chǔ)存更多的電量。這種充電方法使電池的充電更加合理電池有足夠的時(shí)間發(fā)生內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)，內(nèi)部氣體產(chǎn)生量大大減少，同時(shí)也增大了電池對(duì)電流的認(rèn)可度。這種間歇式充電方法是電池在充電方面的一項(xiàng)新技術(shù)，改變電池充電的時(shí)候以往的充電曲線的約束。</p><p>　　2. 間歇變電流充電法</p><p>　　該充電方法利用的是

47、將脈沖階段與恒流充電階段相結(jié)合的一種方法，它的充電方法是將一段間隔恒值電流段變換成限制電壓段變化電流值。剛開始階段的每段實(shí)行電流不恒定的階段性充電策略，在這種情況下力求把給電池充電的電流值高一些，目的就是在有限的時(shí)間之內(nèi)給電池沖進(jìn)去更多的電量。在最后的充電階段選擇恒壓的方法給電池供給能量，在電池的電量過度充滿后，把它的狀態(tài)最大限度的回到狀態(tài)經(jīng)過間斷式充電，在休息時(shí)間內(nèi)它內(nèi)部的產(chǎn)生的氣體反應(yīng)而消耗掉，從而解決了氣體在其內(nèi)部過度積攢而導(dǎo)致壓

48、強(qiáng)增大的問題，這樣也同時(shí)保護(hù)了電池健康狀態(tài)，延長(zhǎng)了電池的使用壽命。通過間歇停充，使蓄電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時(shí)間重新化合而被吸收掉，使?jié)獠顦O化和歐姆極化自然而然地得到消除，從而減輕了蓄電池里面的的氣體壓強(qiáng)，使下一輪的恒流充電能夠更加順利地進(jìn)行，使蓄電池可以吸收更多的電量。變電流間歇充電法電流電壓曲線如圖。</p><p>　　3.間歇變電壓充電法</p><p>　　在繼上一種方法

49、出現(xiàn)后科學(xué)家和工程師們又想出另一種類似的方法了這就是電壓出現(xiàn)變化的間隔充電法 (如圖3．7)。這種充電模式與上一種模式區(qū)別在于起始充電的時(shí)候恒值電流變成了恒值電壓。此充電模式大大提高了充電的效率越來越逼近了質(zhì)量最好效率最高的模式。恒值電壓充電的時(shí)候因?yàn)槭请妷翰蛔兊那闆r所以就會(huì)有電池依據(jù)一定的曲線減小，這種充電模式符合我們正常充電方法，而且還有利于電池的健康狀態(tài)，利于延長(zhǎng)電池的壽命，同時(shí)也順應(yīng)了自然規(guī)律，在健康狀態(tài)下一定的時(shí)間內(nèi)給電池補(bǔ)充

50、最多的電量。</p><p>　　4.智能系統(tǒng)充電方法</p><p>　　智能系統(tǒng)充電的特點(diǎn)是它的充電速度非?？?，它的研究重點(diǎn)是怎么樣才能使電池在最少的時(shí)間內(nèi)快速穩(wěn)定地恢復(fù)。</p><p>　　再給電池充電過程中的要求是確保以大電流迅速地給電池補(bǔ)充電量，在短時(shí)間內(nèi)充滿多少電量就要提供至少多大的電流，這就是要重點(diǎn)研究的問題，要充分考慮到電池的承受電流，不能超過這一

51、數(shù)值，否則電池就會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)，不利于安全充電，按照鎳氫電池的相關(guān)數(shù)據(jù)做好充電的相關(guān)策略，在安全充電的情況下大電流給電池迅速充電。</p><p>　　電池極化是困擾著電池地快速充電的一大難題，鎳氫電池充電如果時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生充電的監(jiān)測(cè)很慢，而且會(huì)損耗很多電，電池內(nèi)部如果發(fā)生極化的問題，，就會(huì)把電池的壽命嚴(yán)重折損，既不安全又浪費(fèi)了電池，給環(huán)境帶來大的污染，同時(shí)這樣也違背了智能充電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。</p>&l

52、t;p>　　根據(jù)蓄電池可接受充電電流定律以及馬斯三定律，可知在充電過程中，當(dāng)充電電流接近蓄電池固有充電曲線時(shí)，適時(shí)地對(duì)蓄電池進(jìn)行反向電流放電，可以提高蓄電池的充電接受能力，也就是說通過反向大電流放電，可以提高蓄電池的充電速度，縮短充電時(shí)間。因此，我們制定了多段段恒流充電與脈沖放電相結(jié)合的充電策略，如圖3．8所示。多段段恒流充電的每段恒流充電電流波形由一組脈沖波形組成，整個(gè)波形逼近蓄電池可接受充電電流曲線。</p>&

53、lt;p>　　所以，智能充電系統(tǒng)在初期根據(jù)電池組狀態(tài)確定是否需要涓流充電；在快速充電上采用多階段恒流充電與脈沖充電相結(jié)合的充電方法，通過負(fù)脈沖反向放電，并在快速充電過程中短時(shí)間的停止充電，從而防止電池組出現(xiàn)過充，并能夠消除或減少極化現(xiàn)象，這與馬斯三定律是符合的；在充電后期采用定電壓對(duì)電池組迸行補(bǔ)足充電直至電池組電量達(dá)到額定電量。這種策略能夠保證電池組充電的快速性，提高充電效率，同時(shí)很好地解決普通快速充電所導(dǎo)致的硫化問題，保證了電池

54、組的循環(huán)使用壽命，因此這種方案是合理的</p><p>　　2.3.3容量預(yù)測(cè)（SOC）</p><p>　　計(jì)算電池的荷電狀態(tài)是電池管理系統(tǒng)一大重點(diǎn)和難點(diǎn)，由于電池的工作環(huán)境比較難預(yù)測(cè)，電動(dòng)車的工作過程又是一個(gè)變化很多的過程，電池的自身狀態(tài)同時(shí)還要受到它的壽命影響，現(xiàn)在有很多關(guān)于SOC的估算方法，下文介紹幾種方法。</p><p><b>　　1.Ah計(jì)

55、量法</b></p><p>　　估計(jì)SOC的最常用方法是Ah計(jì)量法，假如充電的最初狀態(tài)是SOC0,則SOC的現(xiàn)在的狀態(tài)是：</p><p>　　其中I是電池電流，是額定容量；是充電效率，它是一個(gè)變量；I是鎳氫電池的充電電流。</p><p>　　在Ah計(jì)量法中會(huì)遇到的問題：量取的電流值誤差大不精確，會(huì)導(dǎo)致SOC的計(jì)算值出現(xiàn)偏差，而且誤差會(huì)隨著不停地積累

56、使誤差變得越來越大，電流波動(dòng)較大和溫度特高的狀態(tài)下都會(huì)使誤差變得很大很大，可以利用高性能電流傳感器實(shí)現(xiàn)電流測(cè)量，不過這種方法花錢要多一些，通過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量電池的充電的效率，這樣就可以找出電池有關(guān)它的充電效率的實(shí)用公式。各種各樣的電動(dòng)汽車都可以采用這個(gè)方法，如果電流測(cè)量值數(shù)據(jù)精確，并且有相當(dāng)多數(shù)據(jù)來的估計(jì)其起始的狀態(tài)，這是估計(jì)SOC的一種既簡(jiǎn)單又可靠實(shí)用的好方法。</p><p><b>　　2.內(nèi)

57、阻法 </b></p><p>　　電池的電阻有兩種即交流與直流內(nèi)阻，這兩個(gè)電阻跟SOC數(shù)量關(guān)系很近，所謂的交流阻抗是一個(gè)復(fù)數(shù)的變量，指電池的單體電壓同他的電流之比值 ，表示的是電池反抗交流電的一種能力，可以通過交流阻抗儀器去測(cè)量它的電阻值，溫度對(duì)交流阻抗的影響很大。</p><p>　　所謂電池內(nèi)阻是指電池反抗直流電的能力，它是指在同一時(shí)刻電壓的變化量同電流的變化量之比，實(shí)際

58、中把電池在開路狀態(tài)以恒定的數(shù)量值放電或者充電，在同一時(shí)間里負(fù)載的電壓減去開路的電壓然后用這個(gè)差值與電流作比值就得到了直流內(nèi)阻，在放電的后期鎳氫電池，很顯然直流內(nèi)阻會(huì)變大，這樣就可以用來估量電池的SOC值了。時(shí)間段會(huì)影響直流電阻的數(shù)值，如果時(shí)間段不到10毫秒，那么這個(gè)時(shí)候僅能使用歐姆電阻才可以檢測(cè)到；如果時(shí)間段很長(zhǎng)內(nèi)阻的測(cè)量計(jì)算就會(huì)特變復(fù)雜，很難測(cè)得單體電池電阻的精確值，直流法測(cè)量電池內(nèi)阻的弊端就在這里，這個(gè)方法比較適合于在電池的放電的后

59、期估測(cè)SOC的數(shù)值。</p><p><b>　　3.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法</b></p><p>　　電池是一個(gè)非線性程度特別高的系統(tǒng)，將它的充電過程建立比較精確的數(shù)學(xué)模型是比較困難的，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有非線性的基本特性和并行結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)能力，對(duì)于外部激勵(lì)可以改出對(duì)應(yīng)的輸出，所以它可用來模擬電池的動(dòng)態(tài)特性然后就可以估計(jì)SOC的值，根據(jù)實(shí)際問題的需求來確定輸入和輸出層的神經(jīng)元的數(shù)目，通

60、常情況下是線性函數(shù)；問題的分析精度和復(fù)雜程度決定了中間層的神經(jīng)元的個(gè)數(shù)?？梢杂秒妷骸囟?、電流、內(nèi)阻等變量來估測(cè)電池的SOC，選擇合適數(shù)目的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入變量對(duì)模型的準(zhǔn)確度影響很大。這種方法可以應(yīng)用于所有類型的電池，弊端是要對(duì)大量的數(shù)據(jù)測(cè)量計(jì)算處理。估計(jì)出現(xiàn)的偏差相當(dāng)一部分來源于處理的數(shù)據(jù)和方法。</p><p><b>　　4.負(fù)載電壓法</b></p><p>&

61、lt;b>　　5.卡爾曼濾波法</b></p><p><b>　　2.3.4均衡充電</b></p><p>　　因?yàn)榫獬潆婋娐返脑O(shè)計(jì)很不簡(jiǎn)單，涉計(jì)很多方面比較深的知識(shí)，所以本設(shè)計(jì)在這里只做一下關(guān)于理論方面的研究介紹。因?yàn)楸倦姵毓芾硐到y(tǒng)中要串聯(lián)很多電池（３８４節(jié)），所以這么多的電池之間出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象很容易出現(xiàn)，因此在給這么多的電池串聯(lián)充電的時(shí)候

62、要考慮到均衡，這對(duì)電池的充電特別重要，關(guān)系到電池的壽命和安全狀態(tài)。在給蓄電池充電過程中對(duì)于那些容量較低的電池要用去硫化的充電模式，使這些電池回到原先健康狀態(tài)，至于那些快要充滿的要繼續(xù)沖直到充滿為止，所以這一過程中的各項(xiàng)狀態(tài)都要達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p><b>　　1.啟動(dòng)</b></p><p>　　在電池的不一致顯現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)，經(jīng)檢驗(yàn)我們可以從兩個(gè)方面來決定要

63、不要啟動(dòng)這種充電模式，第一個(gè)是電池組將要充滿電的時(shí)候根據(jù)各單體電壓之間的差距來判斷是否需要均充，第二個(gè)是在充滿電的時(shí)候電池的電壓和電流是不是都達(dá)到規(guī)定值。</p><p><b>　　2.電流大小</b></p><p>　　這種方法充電的時(shí)候那些容量很小的電池還在繼續(xù)全部充電，但是由于這些電池里面的化學(xué)反應(yīng)問題，這些電池接收的電流不會(huì)變大了一般比較小，，這個(gè)時(shí)候如果

64、加大電流，化學(xué)反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生很多氣泡反而會(huì)阻礙電池回到原容量，的析氣反應(yīng)而影響其恢復(fù)容量。</p><p><b>　　3.終止</b></p><p>　　在用均衡充充電時(shí)的時(shí)間要把握好，不能太長(zhǎng)（浪費(fèi)電能）也不能太短（達(dá)不到這樣做的目的），而且這樣對(duì)電池的損害也是很大的。依照電池中最高電壓值充電到最大值所維持需要的時(shí)間來決斷是不是要終止。</p>&l

65、t;p>　　2.4電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法</p><p><b>　　CAN通信</b></p><p>　　數(shù)據(jù)通信是BMS的重要組成部分，目前在汽車上的BMS中數(shù)據(jù)通信方式主要采用CAN總線通信方式，一般要求電源系統(tǒng)與充電機(jī)采用CAN總線方式進(jìn)行通信，CAN總線是一種有效支持實(shí)時(shí)控制或分布式控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，在電磁干擾環(huán)境下它可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可靠傳輸

66、，而且硬件成本還比較低。CAN總線的標(biāo)準(zhǔn)采用的是多主方式，它在網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)都可主動(dòng)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，按系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以分成不同的優(yōu)先級(jí)，采用短幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)鏈路層，每一幀是8b而且容易就錯(cuò)，采用光纖和雙絞線的傳輸介質(zhì)，節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)到110個(gè)，傳輸速率傳達(dá)到1Mb/s，廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼是它的最大特點(diǎn)，傳輸安全性很高，抗干擾能力和容錯(cuò)能力都很強(qiáng)。</p><p>　　CAN總線的可靠性非常高，非常適用

67、于測(cè)控單元的數(shù)據(jù)通信，所以得到了很多公司工程師得青睞，LF2407芯片內(nèi)部有一個(gè)自帶的有16為外設(shè)的CAN控制器，而且它完全支持CAN通訊協(xié)議。</p><p>　　BMS CAN模型結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.4.1BMS整體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　電池管理系統(tǒng)有三種不同的結(jié)構(gòu)，集中式結(jié)構(gòu)、集成式結(jié)構(gòu)和分散式結(jié)構(gòu)。</p><p>

68、　　集中式結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)采集單元和中央控制單元等形成整個(gè)電源系統(tǒng)的管理單元，對(duì)電源系統(tǒng)的基本信息如電流、電壓、溫度進(jìn)行采樣，再在BMS中心處理器內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算、判斷和相應(yīng)的控制。優(yōu)點(diǎn)是材料的成本低，電池管理系統(tǒng)之間可以無限制的通信，不僅安全管理便利而且簡(jiǎn)化了對(duì)不同電池參數(shù)的調(diào)整與改寫，參數(shù)的測(cè)量速度較快可靠性高也可以靈活計(jì)算，按照不同情況在中心處理器內(nèi)修改軟件，滿足各種各樣的要求，它的缺點(diǎn)是要把串聯(lián)蓄電池電壓測(cè)量中隔離、共地、測(cè)量

69、精度等問題解決，但是技術(shù)難度很大。對(duì)電池組進(jìn)行信號(hào)采集但不能檢測(cè)到每個(gè)電池單體，不僅測(cè)量精度差，而且對(duì)信號(hào)處理的要求也很高。電池組出現(xiàn)故障時(shí)解決的唯一辦法把整個(gè)電池組替換，集中式結(jié)構(gòu)適用于只有一個(gè)電池組組成的車用動(dòng)力電源系統(tǒng)。</p><p>　　集成式是采用大量電池管理芯片進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，，現(xiàn)在有很多電池管理芯片，DS2438芯片檢測(cè)電池實(shí)時(shí)所有狀態(tài)，例如充電狀態(tài)中的電壓、溫度、時(shí)間、剩余電量等，它可以自動(dòng)地采集

70、這些數(shù)據(jù)然后在儲(chǔ)存起來，利用數(shù)據(jù)線與控制器通信，利用芯片設(shè)計(jì)電路會(huì)變得更簡(jiǎn)單，避免了算法的設(shè)計(jì)，但是它也有弊端算法固定從而導(dǎo)致靈活性差。</p><p>　　分散式結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)采集是分散的，就是說每個(gè)電池包對(duì)應(yīng)一個(gè)采集單元，這些單元與中心的BMS通過一根母線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，其中的充電控制單元可能和中央處理單元分開，有的沒有總的BMS控制板，直接通過總線傳輸?shù)狡囍行目刂破?，有點(diǎn)是這種結(jié)構(gòu)減少了布線利于擴(kuò)展電源系統(tǒng)，

71、而且能分散安裝，利用總線進(jìn)行連接與信息通信，可就近處理采集的數(shù)據(jù)而且精度很高這樣就更有可能很好的計(jì)算電池的狀態(tài)，方便電源管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化建立，它的缺點(diǎn)是成本比較高而且靈活性也差一些，修改起來也麻煩，串行總線來傳輸數(shù)據(jù)，使得系統(tǒng)巡回監(jiān)測(cè)的速度受限制，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性比較低。此外BMS是車載系統(tǒng)采用分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，因?yàn)椴蓸拥南挛话鍞?shù)目很多，會(huì)導(dǎo)致電池包內(nèi)的走線很多，從系統(tǒng)維護(hù)的角度來講不方便。分散式系統(tǒng)比較適合于大電池。</p>

72、;<p>　　2.4.2SOC和SOH的預(yù)測(cè)</p><p>　　本電池管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)靈活，可以通過軟件實(shí)現(xiàn)多種算法，例如，開路電壓法。負(fù)載電壓法、Ah法、直流內(nèi)阻法，如果有大量數(shù)據(jù)還可以建立電池模型，用自適應(yīng)當(dāng)然控制方法。</p><p>　　本設(shè)計(jì)以Ah法為重點(diǎn)，配合負(fù)載電壓法和內(nèi)阻法對(duì)SOC進(jìn)行估測(cè)，下面首先對(duì)Ah法進(jìn)行認(rèn)真具體的分析，然后簡(jiǎn)述負(fù)載電壓法和直流內(nèi)阻法怎

73、樣應(yīng)用到里邊去，再然后就介紹自適應(yīng)理論在在SOC估測(cè)中的應(yīng)用。</p><p>　　首先，按照前面已經(jīng)介紹的安培小時(shí)定律，電池充放電容量與充放電電流的關(guān)系式為</p><p>　　實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的充電電流，進(jìn)而在它的時(shí)域上進(jìn)行積分，這樣就能得到時(shí)間段△t上的積分即電池的容量變化，僅需知道電池的初始容量，那么它的剩余容量表示式是：</p><p>　　這種方法不僅簡(jiǎn)單而

74、且實(shí)現(xiàn)起來也很容易，僅電流采樣點(diǎn)路就可以了，最重要的問題是初始值的確定，一般情況下電池充滿電量后以滿充容量當(dāng)做初始值來計(jì)算，剩余容量會(huì)受到別的其他因素的影響，因此應(yīng)該改正這些情況。放電電流對(duì)于SOC估測(cè)的影響最大，其次是溫度，再然后就是自放電，在一樣的條件下放電電流大放出的電量就會(huì)很小，因此要修正不同放電電流的剩余量，把標(biāo)準(zhǔn)溫度下一定電流的剩余容量定義為剩余容量，，其實(shí)就是利用一個(gè)電流參考標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算剩余容量。</p>&l

75、t;p>　　其中是標(biāo)準(zhǔn)的電流在標(biāo)準(zhǔn)的溫度下釋放出來的總電量，；實(shí)際上是把利用的電量折合成在標(biāo)溫下電流放電后的電量</p><p>　　其中，K是指電流的修正系數(shù)，K=wi*δi，wi表示標(biāo)溫下標(biāo)準(zhǔn)電流放電放出的電量跟其他形式放電量之比，δi是指溫度的修正系數(shù)。 </p><p>　　因?yàn)殡姵乩匣a(chǎn)生的對(duì)剩余電量的影響，實(shí)際上跟蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)容量不一樣，它們之間的關(guān)系是將式3和式5帶入式

76、4的SOC，根據(jù)方程，電池放電的剩余電量跟放電電流的關(guān)系式是：</p><p>　　因?yàn)樗鼈兊某跏紬l件一樣所以K和n是一樣的，因此有</p><p>　　所以僅需測(cè)量幾組Ci，就可以得到K和n,從而也就把確定了下來，</p><p>　　δi的確定：無論是理論還是實(shí)驗(yàn)都表明電池很容易受到溫度的影響，它的容量會(huì)隨著溫度的上升而增加，同樣又隨著溫度的下降而減小，放電電流

77、同樣如此，跟溫度呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，進(jìn)過修正以后的所謂的標(biāo)準(zhǔn)電壓I=i*δi。</p><p>　　SOH表示的是電池內(nèi)部的不可逆反應(yīng)，它是一個(gè)變化很慢的變量，所以無需對(duì)它進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)條件下蓄電池從充滿電再放電一直到規(guī)定的截止電壓為止所放出的電量與電池的標(biāo)稱的容量之比值就得到SOH，</p><p>　　，這里，電池充滿電后再放完后放出的電量，K是電流修正系數(shù)。</p>

78、<p>　　2.4.3電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)</p><p>　　電池管理系統(tǒng)的一大主要功能是檢測(cè)各單體電池的電壓、溫度信號(hào)，DSP根據(jù)各檢測(cè)模塊送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后做出相應(yīng)的處理，把出現(xiàn)問題的電池即是換新，以免耽誤電池充電，嚴(yán)重者會(huì)引發(fā)事故問題。</p><p>　　電池的單體電壓正常使用范圍在[1V,1.4V]左右，若果檢測(cè)電路送來的數(shù)據(jù)表明電壓超出這一范圍，為安全起見，就要根據(jù)

79、程序的設(shè)定值停止給電池充電；如果單體電池的電壓之間相差大于0.2V就要及時(shí)檢測(cè)出電池的位置，更換新電池。</p><p>　　每種電池都有自己的溫度的工作范圍，鎳氫電池的范圍是[-30℃,50℃]，但溫度降到太低的時(shí)候這個(gè)時(shí)候電池就不能工作了，太高的時(shí)候表明它已經(jīng)出故障了，不能再用了，應(yīng)該及時(shí)更更換新電池。</p><p>　　充電電流的大小是由外部的充電機(jī)來控制的，要在安全的充電范圍內(nèi)充

80、電，過電流的時(shí)候ＤＳＰ主控芯片會(huì)程序控制斷開連接。</p><p>　　2.4.4 CAN通信</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章從電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度，確立了設(shè)計(jì)方案，介紹了電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，鎳氫電池的相關(guān)特性，對(duì)各種充電方法做了詳細(xì)的介紹，分析了SOC和SOH的重要意義及其如何計(jì)算SOC和SOH，根據(jù)

81、任務(wù)書的要求對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)各個(gè)單體電池的電壓、溫度，設(shè)計(jì)了電壓、溫度信號(hào)采集電路，對(duì)均衡充電做了簡(jiǎn)要介紹，本章對(duì)后面章節(jié)具體電路設(shè)計(jì)來說具有很好的參考指導(dǎo)意義。</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章從電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度，確立了設(shè)計(jì)方案，介紹了電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，鎳氫電池的相關(guān)特性，ＳＯＣ和ＳＯＨ的重要意義及其如何計(jì)算ＳＯＣ和Ｓ

82、ＯＨ，根據(jù)任務(wù)書的要求對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)各個(gè)單體電池的電壓、溫度，設(shè)計(jì)了電壓、溫度信號(hào)采集電路，對(duì)均衡充電做了簡(jiǎn)要介紹，本章對(duì)后面章節(jié)具體電路設(shè)計(jì)來說具有很好的參考指導(dǎo)意義。</p><p><b>　　3.BMS硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.2主控制板芯

83、片選取TMS320LF2407A芯片介紹</p><p>　　本電池管理系統(tǒng)功能比較復(fù)雜，有很多接口方式和數(shù)據(jù)類型，這樣就對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)算能力和實(shí)時(shí)性功能提出的要求很高，所以在選取核心控制器芯片的時(shí)候要優(yōu)先考慮運(yùn)算快速、高集成度和大的存儲(chǔ)量的芯片，選用的芯片是TMS320LF2407 DSP，此芯片采用的優(yōu)點(diǎn)有：</p><p>　　1.此芯片有高達(dá)1.5字節(jié)的數(shù)據(jù)程序ram和32K字節(jié)的FL

84、ASH程序控制器，還有455字節(jié)的雙口ram，2K字節(jié)的單口ram，有著非常大的存儲(chǔ)空間。</p><p>　　2.集成度高，芯片上自身帶有很多模塊，例如SCI通訊模塊、CAN收發(fā)模塊、SPI通訊模塊、AD采樣模塊，同時(shí)還有事件管理器模塊和很多IO口。</p><p>　　3.采用的CMOS技術(shù)性能很高，它需要的供電壓是3.3伏，使控制器的電能損耗大大降低，符合本系統(tǒng)小功耗的標(biāo)準(zhǔn)。<

85、/p><p>　　4.此芯片內(nèi)有16為定點(diǎn)的DSP和30mips的執(zhí)行速度的內(nèi)核，運(yùn)算起來的速度很快發(fā)送的指令周期很短，既達(dá)到了快速性和準(zhǔn)確性的運(yùn)算，又符合了系統(tǒng)的監(jiān)控實(shí)時(shí)性特別是多參數(shù)變量的soc的估算方法，這也證明DSP實(shí)現(xiàn)的算法的特點(diǎn)和優(yōu)異功能。</p><p>　　5.此芯片采用兩集中斷結(jié)構(gòu)，中斷管理功能既多又靈敏，符合電池管理系統(tǒng)的復(fù)雜的管理要求。

86、 </p><p><b>　　3.3DSP系統(tǒng)</b></p><p><b>　　3.3.

87、1輔助電源</b></p><p>　　由開關(guān)電源給本電池管理系統(tǒng)提供電壓，DSP主控制芯片需要的供電電壓為3.3V，開關(guān)電源提供的電壓有+5V,+15V和-15V，所以要想給DSP提供電源就需要把5V電源轉(zhuǎn)換成3.3V，元器件芯片TPS7333可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)轉(zhuǎn)換功能，如圖所示。</p><p>　　圖中的RES是指欠電壓的低電平輸出端，因?yàn)槭锹O開路輸出端，因此設(shè)計(jì)由上拉電阻確

88、保邏輯高電平信號(hào)，因?yàn)樨?fù)載的瞬間突變等情況會(huì)導(dǎo)致OUT的輸出產(chǎn)生欠電壓的現(xiàn)象，那么這種情況下RES輸出的是低電平，它的保持時(shí)間在200ms內(nèi)，，這段時(shí)間內(nèi)假如OUT輸出值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，那么在這段時(shí)間后它的輸出就會(huì)變成高電平，如果芯片與電源相距比較大時(shí)（大約在幾英寸以上）為了改變負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，這個(gè)時(shí)候可以接上一個(gè)旁路電容，該芯片跟很多穩(wěn)壓器類似可以在輸出端接一個(gè)電容器來提高電源的穩(wěn)定性，在圖中我們可以看到一個(gè)電容器，它的作用是保障所有的負(fù)

89、載能夠正常動(dòng)作。</p><p><b>　　晶體振蕩器</b></p><p>　　本電池管理系統(tǒng)選用頻率為10MHz的有源晶振，它利用主控制芯片里面的鎖相環(huán)倍頻然后獲得需要的時(shí)鐘頻率，需要的頻率為40MHz，設(shè)置在往外面的濾波電路是為了阻止出現(xiàn)異常波形和受到各種波的影響。它的電路圖如圖所示。</p><p><b>　　3.3.2

90、復(fù)位電路</b></p><p>　　復(fù)位電路有上電復(fù)位和下電復(fù)位，掉電的時(shí)候二極管給電容提供了一個(gè)放電通道，在此情況下電容很快就會(huì)放完電，目的是為了確保在反復(fù)上電的時(shí)候準(zhǔn)確的復(fù)位。</p><p>　　復(fù)位電路RS腳跟主控制芯片的相應(yīng)引腳接通，在這個(gè)引腳是低電平的時(shí)候，主控制芯片復(fù)位，為了讓芯片正常初始化起碼在三個(gè)連續(xù)CLKOUT周期內(nèi)保持RS是低電平，為了避免振蕩器在起震時(shí)

91、產(chǎn)生的非線性特性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，那么就要保證復(fù)位電路在低電平時(shí)間要大于系統(tǒng)在晶體振蕩器的起震時(shí)間，通常１００到２００ｍｓ后晶振才會(huì)穩(wěn)定，因此商店的復(fù)位時(shí)間要比這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)才行，復(fù)位電路的低電平時(shí)間應(yīng)該要很長(zhǎng)，使主控制芯片一定復(fù)位，還要盡量使電路穩(wěn)定，避免主控制芯片內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)誤復(fù)位情況。</p><p>　　3.3.3EEPRAM接口</p><p>　　EEPROM是一種只讀存儲(chǔ)器，它同時(shí)

92、具有在線可電擦除和再編程的功能，同時(shí)它還具有RAM的可讀可寫的性質(zhì)和ROM的不變動(dòng)性的性質(zhì)，它的里面有專門供它用的電路，它的它的擦出和寫入的次數(shù)可以達(dá)到上萬次，一般情況下寫進(jìn)去的數(shù)據(jù)能夠儲(chǔ)留九年左右，而且即使再斷電的時(shí)候也能儲(chǔ)存在它里邊的信息。</p><p>　　EEPROM有兩種，一種是并行它的儲(chǔ)量相當(dāng)大，讀寫方法容易而且迅速，他讀寫素需要的時(shí)間跟RAM差不多，然而其消耗很大，成本也不低，重要的是一個(gè)是它的速

93、度很不快，但是串行ROM它的特征是占用空間小，既省錢又小功率損耗，然而它的缺點(diǎn)是讀寫的時(shí)候很麻煩，運(yùn)行起來很慢慢，一般在字節(jié)數(shù)跟寫入的次數(shù)少的這樣的情形下使用。</p><p>　　因?yàn)殡姵毓芾硐到y(tǒng)的工作時(shí)間長(zhǎng)，要對(duì)很多數(shù)據(jù)進(jìn)行保存例如充電電壓、充電電流、充電時(shí)間、充電的電量等，當(dāng)斷電的時(shí)候要保存好這些數(shù)據(jù)，因?yàn)殡妷?、電流。電量等?shù)據(jù)比較少，所以從后實(shí)際出發(fā)可以選用24LC16芯片，這樣既節(jié)省了錢又能很好的完成工

94、作，這種芯片功率損耗比較低，他不僅結(jié)構(gòu)緊密而且接口也很容易，時(shí)鐘周期頻率可以達(dá)到很高，寫的周期時(shí)間最小可為5毫秒，芯片的電可擦出ROM位數(shù)是16Kbit位，它可以在低于2.5V的情況可以維持運(yùn)行，它的等待電流是4uA，該芯片里面的數(shù)據(jù)能夠擦寫100萬次，而且數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存時(shí)間很長(zhǎng)在四十年以上，該芯片具有8腳DIP封裝還有多引線的SOIC封裝。該芯片與主控制芯片硬件接口如下圖。</p><p>　　該芯片需要提供3.3

95、伏的電壓供電，因此不用顧及它與主控制芯片的電平之間的裝換，芯片里面的WP是硬件的寫保護(hù)管教，當(dāng)這一端是高電平的時(shí)候，關(guān)閉寫操作，，這一端是低電平的時(shí)候允許讀寫操作，芯片內(nèi)的SCL表示串行時(shí)鐘輸入端，它的功能是控制數(shù)據(jù)的傳輸，SDA表示串行數(shù)據(jù)的輸入和輸出的復(fù)用段，本畢業(yè)設(shè)計(jì)中把A0A1A2設(shè)置為片選引腳，將它們接地，24LC02的工作方式是經(jīng)字節(jié)去選擇器件內(nèi)部地址還有選擇進(jìn)行何種操作。</p><p>　　3.3

96、.4DSP仿真器和JTAG接口</p><p>　　與單片機(jī)的仿真器不一樣，在DSP內(nèi)沒有，但是可以由IE標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口與DSP開展仿真，因此它一定要有去仿真的對(duì)象和目標(biāo)系統(tǒng)，與DSP接口然后由它來針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn)。</p><p>　　本電池管理系統(tǒng)硬件電路由14引腳的連接口，運(yùn)行主控制芯片的軟硬件。它的接線如圖所示。</p><p>　　TMS是表示模擬

97、的輸入信號(hào)，當(dāng)TCK達(dá)到上升沿的時(shí)候，TMS狀態(tài)就可以決定TAP將執(zhí)行什么工作狀態(tài)；TCK表示的是測(cè)試時(shí)鐘，，它是用來提供適中的為寄存器與控制器，它們會(huì)隨著TCK同步信號(hào)串行移入數(shù)據(jù)和指令；TDI是數(shù)據(jù)寄存器和指令的串行輸入端，當(dāng)TCK達(dá)到上升沿的時(shí)刻，系統(tǒng)就會(huì)對(duì)TDI引腳數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣并將結(jié)果傳送到寄存器中；TDO跟TDI的操作模式一樣，區(qū)別是TDO是在TCK下降沿而不是上升沿發(fā)生改變。TAP指的是用于測(cè)試的訪問端口。</p>

98、;<p><b>　　3.4信號(hào)采集</b></p><p>　　表征電池性能的參數(shù)有很多，例如電流、溫度、電壓、內(nèi)阻等，應(yīng)用過程中對(duì)一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行控制可保障系統(tǒng)的壽命和應(yīng)用安全，一般檢測(cè)電壓、溫度、電流來判斷和控制電源系統(tǒng)工作狀況。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和功能圖。</p><p>　　監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)量電池的關(guān)鍵參數(shù)電壓、電流、溫度，估計(jì)電池模塊的SOC和S

99、OH。BMS中采集的數(shù)據(jù)可以有效管理和控制電池，所以數(shù)據(jù)的采樣頻率、數(shù)據(jù)過濾和精度很重要。</p><p>　　3.4.1電壓檢測(cè)信號(hào)采集</p><p>　　電壓是所有參數(shù)中最能表征出電池的狀況，依據(jù)即時(shí)電池的端電壓判斷電池是否過充電，此外通過電壓的測(cè)量也可以初步估計(jì)電池的SOC。</p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計(jì)的管理對(duì)象是鎳氫電池，電動(dòng)汽車的電池組有384節(jié)1.

100、2V鎳氫電池組成，BMS采集所有鎳氫電池的單體電壓，電池組的電壓為460V，采集點(diǎn)所在的共模電壓較高，而且兩個(gè)采集點(diǎn)之間的壓差不大，所以這些采集點(diǎn)需要經(jīng)過隔離才能實(shí)現(xiàn)良好的檢測(cè)，在采集點(diǎn)的電路前段和在處理的后端進(jìn)行隔離，隔離也體現(xiàn)在各單體電池檢測(cè)通道間的距離，如果后段得電壓采集電路出現(xiàn)了故障，不會(huì)造成前面的電池發(fā)生損壞，被測(cè)系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)公地是電壓采集電路一定要做到的，對(duì)電池電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)的重要環(huán)節(jié)時(shí)BMS不僅做好共地而且要避免短

101、路的發(fā)生。系統(tǒng)要隔離和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間的通信，可取用線性光耦，就會(huì)把前面的電池采集到的電壓信號(hào)分開，后面的處理當(dāng)中要把大電壓依照有關(guān)規(guī)定變小，這樣就可以把電池的電壓該變量及時(shí)準(zhǔn)確地傳給主控芯片，然后再經(jīng)過多路開關(guān)后送到微處理器中處理。</p><p>　　光耦合隔離的優(yōu)點(diǎn)是速度快，實(shí)時(shí)性特別好，光耦合隔離兩端的信號(hào)連接上完全隔離，，不存在任何關(guān)系，所以即使在光耦合的輸出端出現(xiàn)短路也不會(huì)給電池的使用造成任何影響，，

102、而且光偶的尺寸要小，光耦合將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)進(jìn)行采集，解決了共地的問題，它與傳感器相比它的性價(jià)比更高。單體電池的電壓采集電路如下圖。</p><p>　　我們可以采取如圖所示單體電壓的采集結(jié)構(gòu)，通過光耦合隔離開關(guān)的切換，可以把1號(hào)到32號(hào)的電池單體電壓接到采樣總線V1和Vh上，把總線接到查分采樣電路的輸入端，工作的時(shí)候一次只有兩個(gè)開關(guān)在同一時(shí)刻導(dǎo)通，它們工作的過程是S1和S2接通，別的開關(guān)都不接通，電池單體

103、B1的電壓接入采樣總線上；然后開關(guān)S2和S3接通，剩下的開關(guān)都關(guān)閉，電池B2的電壓接到采樣總線的電路中，按照順序依次采樣各個(gè)電池的電壓信號(hào)，從而對(duì)整個(gè)電池組內(nèi)的所有電壓采樣。用可編程邏輯器件CPLD來實(shí)現(xiàn)光耦合隔離的開通和關(guān)斷控制的信號(hào)。</p><p>　　電壓采集電路采集出來的信號(hào)經(jīng)過模擬開關(guān)傳輸?shù)紻SP里邊的AD裝換器，使系統(tǒng)變得很簡(jiǎn)單。</p><p>　　但是模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)也會(huì)

104、出現(xiàn)差錯(cuò)，有下面兩個(gè)原因;第一，在多路開關(guān)中，沒有接通的通道有漏電流，這些漏電流會(huì)通過未連接的通道還有已經(jīng)連接的通道和信號(hào)源的內(nèi)阻形成回路，從而在信號(hào)源上出現(xiàn)壓降導(dǎo)致衰減了信號(hào)；第二多路轉(zhuǎn)換開關(guān)中，接通的通道自身的導(dǎo)通電阻使輸入模擬信號(hào)在電阻上出現(xiàn)壓降，導(dǎo)致信號(hào)減弱。 </p><p><b>　　3.4.2電流采集</b></p><p>　　電流既是判斷電池出現(xiàn)過

105、充電和過流的依據(jù)又是根據(jù)電流、時(shí)間的庫侖計(jì)量來估計(jì)電池SOC的重要依據(jù)。所以對(duì)電流的精度、零漂、溫漂、抗干擾能力、和線性誤差的要求都比較高目前主要有霍爾電流傳感器和分流器兩種方案來測(cè)量高精度大電流，霍爾電流傳感器的電路比分流器的電路要簡(jiǎn)單，但是隨溫度的變化比較大，采用分流器的方案因?yàn)樾枰⌒盘?hào)的放大隔離等措施，雖然電路很復(fù)雜但是它的溫度穩(wěn)定性比較好。電動(dòng)汽車中通常選用霍爾電流傳感器。電流的檢測(cè)精度對(duì)剩余電量的估計(jì)影響很大，</p&

106、gt;<p>　　3.4.3溫度檢測(cè)信號(hào)采集</p><p>　　采集板在對(duì)384節(jié)單體鎳氫電池電壓采集信號(hào)后還要對(duì)電池測(cè)量溫度，采集溫度信號(hào)，然后傳送到主控制芯片。</p><p>　　所有的電池都有自己安全工作的溫度范圍，工作過程中電池的溫度一直都在變化，為避免電池過熱而影響電池的狀態(tài)和功能，可以設(shè)定電池工作溫度范圍的上下限，電池出現(xiàn)故障，電池的溫度發(fā)生不正常的現(xiàn)象，對(duì)所

107、有電池的溫度進(jìn)行及時(shí)的檢測(cè)可以及時(shí)直到電池發(fā)生了故障，及時(shí)更換可以避免不必要的損失。</p><p>　　下面電池管理系統(tǒng)利用熱敏電阻來檢測(cè)電池的溫度，通過電橋電路把電池的溫度信號(hào)裝換成電壓，選用熱敏電阻RMDZ1，它的體積小連線長(zhǎng)而且價(jià)格便宜，此外它還有一個(gè)方便的地方就是他可以貼在單體電池的外表面上，它的缺點(diǎn)是線性度的問題上不好，對(duì)電池的兩個(gè)界限溫度進(jìn)行檢測(cè)，再通過計(jì)算溫差發(fā)現(xiàn)出故障的電池，溫度采樣電路如圖所示