【正文】 采集電池狀態(tài)數(shù)據(jù)，再由電子控制單元進行數(shù)據(jù)處理和分析，再根據(jù)分析結(jié)果對系統(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。下面介紹幾種典型的電池管理系統(tǒng)。（1）德國柏林大學(xué)研制的電池管理系統(tǒng)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、上位機診斷模塊，還有為電池模塊配備的平衡器。總體控制方案中，采用CAN總線模式，微處理單元采用西門子公司的Microcontroller80C167CR。該電池管理系統(tǒng)是目前國際上功能比較全、技術(shù)含量比較高的電動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、用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)辨識電池。（2）韓國大宇公司DEV55電動汽車用電池管理系統(tǒng)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估計與顯示、安全管理、能量管理、電池管理和故障診斷功能。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計算、電池報警系統(tǒng)、模塊傳感器裝置和安全模塊構(gòu)成，其中BCU發(fā)揮核心功能。BCU實時監(jiān)測電池工作狀態(tài)，向各子程序系統(tǒng)發(fā)送正確的指令以使動力電池正常工作。（3）北京交通大學(xué)研制的電池管理系統(tǒng)這個電池和管理系統(tǒng)是在國家“863”計劃支持下由北京交通大學(xué)完成的用于動力鎳氫蓄電池監(jiān)測及管理的系統(tǒng)裝置，在2002年12月科技部驗收了這個電池管理系統(tǒng)項目。系統(tǒng)裝置可以監(jiān)控電池的運行狀態(tài)、估量電池的剩余電量、對使用過程中出現(xiàn)的故障進行早期的診斷和充電。本課題是電動公交車充電管理系統(tǒng)的一部分，主要負責對充電進行管理和控制。系統(tǒng)監(jiān)測所有電池的電壓，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總線與充電樁通信，具有過壓、過溫保護功能，要求設(shè)計相應(yīng)的充電管理硬件及軟件完成相應(yīng)的功能。主演內(nèi)容是針對電動汽車用鎳氫蓄電池組，完成系統(tǒng)整體方案的設(shè)計，底層電壓、溫度的采集方案完成了硬件的設(shè)計和調(diào)試。電動汽車動力電池一般有多個單體電池串聯(lián)組成一個電池模塊，加上微控制器為核心的電池管理系統(tǒng)組成一個車用電池組。 DC容量為300Ah鎳氫電池，本課題實現(xiàn)了BMS控制器對電池電壓、電流、溫度參數(shù)進行采集，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，為進一步實現(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。 2電池管理系統(tǒng)設(shè)計與動力電池相關(guān)的管理控制設(shè)備稱為——電池管理系統(tǒng)（BMS），作為一個整體在電動汽車中發(fā)揮作用。BMS的作用主要可分為兩個方面：保證電池安全；合理高效的使用電池儲存的能量。電池管理系統(tǒng)是一個監(jiān)控系統(tǒng)，所以在研制它之前首先要對監(jiān)控的對象非常熟悉。所有的電池管理系統(tǒng)都是針對一種電池甚至是一個品牌一個型號的電池而言的。蓄電池的主要性能指標（1）電動勢：指電池正負極之間的電位差E。（2）額定電壓：標準條件下電池在工作時達到的電壓值。（3）開路電壓：開路時電池兩端的電壓，跟電池兩端的電動勢近似相等。（4）負載電壓：電池兩端接上負載R放電過程中的電壓，其數(shù)值就是電動勢減去電池內(nèi)阻兩端的電壓，即U=EI*R。（1）實際能量：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際容量的乘積。（2）標稱能量：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。（3）能量密度：電池組的每單位體積輸出的能量，單位是/。（4）比能量：電池組單位質(zhì)量輸出的能量，單位是/。（1）實際容量：一定條件下電池輸出的能量，放電時間與放電電流的乘積。（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表示。（3）額定容量：電池按照一定標準在放電條件下放出的最低限度容量。（4）標稱容量：鑒別電池適當?shù)慕浦?。?）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。電池放電時放電電流與額定電流的比例。（1） 電流率：指電池以某種電流強度放電量是額定容量的倍數(shù)。（2） 時間率：指電池以某種電流強度放電放完額定容量序言的放電時間。自放電率是指電池在在沒有負荷條件下存放時間內(nèi)電池容量損失的速度，用單位時間內(nèi)下降的電池容量百分數(shù)表示。自放電率=℅，式中表示電池儲存的容量，表示一定時間后電池儲存的容量，t表示電池儲存的時間。流過電池內(nèi)部的電流受到阻力電壓會降低，這個阻力就是電池內(nèi)阻。電池放電時因為電池內(nèi)阻的作用端電壓會低于開路電壓和電動勢，充電的時候充電的端電壓高于開路電壓和電動勢。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)會隨充放電次數(shù)增多老化變質(zhì)，電池充放電效率會降低電池的循環(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)。SOH反映電池的預(yù)期壽命是一個相對量，SOH=，指蓄電池標稱容量，指蓄電池預(yù)測容量。鎳氫電池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70年代左右成功運用LaNi5儲氫合金開發(fā)了鎳氫電池，可是因為衰減太快所以進展緩慢。進入90年代后伴隨著電動汽車尤其是混合動力汽車研究的需要高能量動力電池成為鎳氫電池迅速發(fā)展的方向。鎳氫電池正極活性物質(zhì)是NiOOh（放電時）和Ni（OH）2（充電時），負極的活性物質(zhì)是H2（放電時）和H2O(充電時)，電解質(zhì)一般采用KOH堿性水溶液，鎳氫電池的充放電時的正極、負極化學(xué)反應(yīng)和總反應(yīng)方程如下：正極反應(yīng) Ni（OH）2+OH→NiOOH+H2O+e負極反應(yīng) M+H2O+e→MHx+OH總反應(yīng) M+Ni（OH）2→MHx+NiOOH目前鎳氫電池所能達到的指標性能是：；功率密度是160～500W/kg。能量密度為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。鎳氫電池優(yōu)點有：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。鎳氫電池的缺點有：成本很高是相同容量電池價格的5至8倍，自放電損害比較大，而且它的單體電池的電壓低對環(huán)境溫度敏感，此外電池組熱管理任務(wù)重。隨著燃料電池汽車的研制開發(fā)和混合動力汽車的產(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)壽命都會得到很大幅度的提高，進而價格也會降低。今后會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力電池汽車使用的動力電池。 電池充電特性充電是使放電電池恢復(fù)到初始容量的步驟。為了更好地使用鎳氫電池，保證電池有最優(yōu)的性能，必須了解點吃的充電特性，選擇合適的充電策略和方法。（1） 影響鎳氫電池充電接受能力的因素 鎳氫電池的充電接受能力就是指電池的充電效率，是指電池充電電量中用于電池反應(yīng)的電量的比例，影響鎳氫電池充電接受能力的主要條件是電池充電倍率和環(huán)境的溫度。 ①充電倍率 電池的型號不同充電接受能力受電池充電倍率影響會不同，但總體趨勢是一樣的，任何電池都有一個最優(yōu)的充電效率，電池的充電接受能力隨充電電流的偏離這個充電倍率的程度而降低。 ②環(huán)境溫度 鎳氫電池的充電接受能力在1030℃附近達到最高值，隨著溫度的降低在10℃以下電池的充電接受能力逐漸降低；在30℃以上電池的充電接受能力隨著溫度的上升逐漸降低，40℃以后電池的充電接受能力迅速降低。（2）充電方法 成功的充電方式是快速充電，過充量最小情況下的完全充電與延長使用壽命等相平衡的結(jié)果。同時必須保證所選用的充電方式是經(jīng)濟可靠的。電池管理系統(tǒng)的功能充電管理就要利用合適的方法充電，適時監(jiān)測電池的狀態(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。加恒定電壓于電池兩端，充電的電流是I=（VE）/R，V是指外部電源供給電池的充電電壓，E是指電池的電動勢，R是指它的內(nèi)部電阻。在剛開始給電池充電的時候電動勢是很低的，而電池的電流會很大，電動勢隨著充電的繼續(xù)進行會升高，于是充電電流會減小，最后充電就停止了。因為在充電的后期充電的電流變小，控制電池的過充電會變得很簡單。該充電法把電流與電動勢相關(guān)到了起來，但是電池的電動勢是電池里面的物理和化學(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有更多的優(yōu)點。由于恒壓充電也存在一些缺點，首先在最開始充電的時候電流會很大，但是到了充電的末期會隨著電池電動勢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變化會導(dǎo)致電流非常大的變動。電化學(xué)過程與電池的電流之間由電動勢變動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。該充電法調(diào)整外部充電機的電壓，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單，因為電池的接受能力會因為充電過程的繼續(xù)會慢慢減小的，等到了充電快要結(jié)束的時候，充電電流的主要用處變成了電解水，會出現(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。為防止恒壓充電開始時的電流太大，導(dǎo)致溫度增加的太大會給電池帶來嚴重的傷害，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。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，因為對電池來說低壓限流充電更有利于保護電池，因為蓄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)生也會很少，既節(jié)省了電能又降減小了電池的溫度上，保護電池的極板。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)一個恢復(fù)過程，這個時候需要以某種中程度上相對來說較小的電流來給電池充電，在它的端電壓增達到某一數(shù)值后，然后用恒壓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)，整流器的電壓會隨著電池狀態(tài)而升高，因此涓流充電實際上是跟恒流充電非常相似的充電方法。一般比較多用的充電方法有是二階跟三階段充電的方法。二階段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，電流值保持不變對電池進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。三階段充電法是充電過程中有三個階段充電，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。在電流減小至默認值的時候，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，所以該法的使用會有一些限制?？焖俪潆姺椒ㄓ械臅r候因為情況比較急需要在最短的時間內(nèi)為電池充滿電量同時呢也是為了最大限度利用蓄電池充電時候的化學(xué)反應(yīng)速度，減少電池充滿電的時間，而且還要避免充電時電池兩極出現(xiàn)的極化現(xiàn)象，延長蓄電池的使用壽命。(1)脈沖充電法脈沖充電方式利用的是電池隔一段時間脈沖電流充電隔一段時間停止的充電方法，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間內(nèi)重新反應(yīng)，這樣就會順其自然解決濃差和歐姆極化問題，這樣也就緩解了蓄電池里面的壓強，這樣就會使下一個周期的恒值電流充電可以更加容易，這樣電池就能儲存更多的電量。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，同時也增大了電池對電流的認可度。這種間歇式充電方法是電池在充電方面的一項新技術(shù)，改變電池充電的時候以往的充電曲線的約束。(2) 間歇變電流充電法該充電方法利用的是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間之內(nèi)給電池沖進去更多的電量。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)致壓強增大的問題，這樣也同時保護了電池健康狀態(tài)，延長了電池的使用壽命。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，使下一輪的恒流充電能夠更加順利地進行，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。(3)間歇變電壓充電法在繼上一種方法出現(xiàn)后科學(xué)家和工程師們又０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。恒值電壓充電的時候因為是電壓不變的情況所以就會有電池依據(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)，利于延長電池的壽命，同時也順應(yīng)了自然規(guī)律，在健康狀態(tài)下一定的時間內(nèi)給電池補充最多的電量。3。3快速充電控制技術(shù)通常情況下鎳氫電池要經(jīng)過這么幾個充電階段，首先在電流值比較小的情況下給電池然后再跳到比較大的電流在最短時間內(nèi)補充能量．最后再在恒值電壓條件下將電池內(nèi)剩余容量補充滿。如果電池的電壓比較小，沒有達到默認的預(yù)設(shè)值的時候，在這種情形下我們就要采取小電流恒值充電一直到兩端的電壓值超過預(yù)設(shè)值后再轉(zhuǎn)換到快速充電。如果電池的充好進去的電量接近85％左右時，這個時候就要切