【正文】 ergy source Power Battery Group has bee the bottleneck of the development of electric vehicles. Battery technology and battery management system (BMS) research has bee the key to solve this problem, more and more attention. In this paper, the stability of the current performance of lithium iron phosphate power battery designed for electric vehicle battery management system. Singlechip control system to the core, the use of distributed work control system, the protection of boardlevel power batteries can be realtime detection of a variety of operating parameters and status: the battery SOC, single voltage, single temperature, singlechannel current, the total current, the total voltage。 電動汽車是指全部或部分由電能驅(qū)動電機作為動力系統(tǒng)的汽車，包括純電動汽車 EV(Electric Vehicle)，混合動力電動汽車 HEV(Hybrid Vehicle)和燃料電池汽車 FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle)三種類型 。培里也合作組裝了一輛三輪電動車。從以上可以看出，電動汽車在 19世紀末和 20 世紀初曾有過一段輝煌的歷史 [1]。這一時期，電動汽車在技術上獲得了極大的發(fā)展，電動汽車的品種層出不窮。 20 世紀 70 年代以來的石油危機又喚起人類對有限石油資源的關注，電動汽車的研究有重新受到重視，成為“熱點”。此后，美國國會和地方政府制定了一系列強制性法規(guī)和政策，特別是 1990 年 9 月美國加利福尼亞州大氣資源局頒布了對全球普及電動汽車有著重要影響的“加州立法”，規(guī)定在該立法正式生效的 1998 年加州境內(nèi)銷售的零排放汽車要占汽車銷售總額的 2%，在 2020 年要達到 10%。該車的目標是通過高效控制車燈及空調(diào)等能耗大的車載設備，實現(xiàn)環(huán)保及舒適性能。 國際上涌動的電動汽車熱，為我國汽車工業(yè)實現(xiàn)技術跨越發(fā)展提供了空前的機遇。奇瑞汽車有限公司長期致力于純電動轎車的研究開發(fā)工作，并與上海交通大學等國內(nèi)十多家單位共同承擔了國家863 電動汽車重大專項“ QP 純電動轎車”項目。這標志比亞迪電動汽車產(chǎn)業(yè)化的大幕已逐步開啟。 電池管理系統(tǒng)概述 電池管理系統(tǒng)的意義 電池管理系統(tǒng) (battery management system /BMS)是用來對蓄電池組進行安全監(jiān)控及有效管理，提高蓄電池的使用效率，達到增加續(xù)駛里程，延長其使用壽命，降低運行成本的目的，進一步提高電池組的可靠性，已經(jīng)成為電動汽車的不可少的核心部件。一方面是隨著電池技術的發(fā)展，提高單體電池的7 性能 指標和一致性；另一方面就是提高電池管理水平，建立完善可靠的電池管理系統(tǒng)。德國 BATTMAN系統(tǒng) 。電池組電流采用分流采樣 。 3. BADICOaCH系統(tǒng) 該系統(tǒng)的主要特點是在每個電池單元上有一非線性電路來測量電壓，并將電池組各個單元電壓通過一條信號線傳輸給 BADICOaCH系統(tǒng) 。 5. BatOPt系統(tǒng) 該系統(tǒng)是一個分布式系統(tǒng)，有中心控制單元和各電池的監(jiān)控模塊構成。電池電子技術就是針對電池的復雜的電化學 系統(tǒng)，依托于電力電子技術、單片機技術、智能控制與最優(yōu)控制和電化學科學等相關學科而興起的新應用技術領域分支。此外還有清華大學、同濟大學等承擔的多能源動力總成控制系統(tǒng)和 DC/DC變換器等一大批相關課題。主要原因有 : ，目前很難產(chǎn)業(yè)化，目前常用的蓄電池可9 存儲的能量有限，導致電動車續(xù)駛里程短，還遠達不到普通燃油汽車的水平，如何合理利用這些有限能源也成了一個不小的問題。 ，不至 于半路拋錨，在燃油汽車中通過油表來提示，在電動車上是通過提示剩余電量來完成的。 國家“十一五” 863燃料電池客車項目在性能上對電池管理系統(tǒng)提出了以下具體要求：電池 管理系統(tǒng)工作穩(wěn)定；傳輸?shù)臄?shù)據(jù)真實可靠； CAN通訊功能穩(wěn)定；有效的 充 放電保護措施和散熱環(huán)境；通過國家權威機構電磁兼容性試驗及振動實驗；保證電池與電池箱之間的絕緣電阻；工作溫度范圍為 20~60℃；電壓檢測精度為 177。 BMS作為電動汽車最關鍵的技術之一 ,近年來已經(jīng)有很大的提高 ,很多方面都已經(jīng)進入實際應用階段 ,但有些部分仍然不夠完善 ,尤其是在采集數(shù)據(jù)的可靠性、 SOC的估算精度和安全管理等方面都有待進一步改進和提高。 (2) 根據(jù)對 BMS的功能要求和目前研究中的問題可知 ,如何把握電池內(nèi)部狀態(tài)的變化規(guī)律 ,用更有效的方式和采用更適當?shù)乃惴▉碚_估算 SOC,減小 SOC的估算誤差 ,仍將是今后研究的重點。 研究目的和意義 與其他種類的汽車相比，電動車能給中國汽車制造商創(chuàng)造趕超跨國競爭對手的最好機會。對我國這樣人口眾多的國家，發(fā)展微型電動汽車尤其重要。該公司旗下的電池生產(chǎn)部門 Power Solutions的負責人 Alex Molinaroli表示，中國政府可能會通過政策引導，為 13 億人口中的很多人提供電動車輛。據(jù)預測，近五年國內(nèi)小型電動汽車需求量可達 500 萬輛以上，國外的需求量有可能更大。雖然目前電動汽車仍處 于研制、試制、起步階段，沒有形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，其廣闊市場短期內(nèi)還將 讓位于傳統(tǒng)汽車，但有理由認為：電動汽車的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營具有廣闊的發(fā)展前景。終止電壓指充放電結束時的電池電壓，分為充電終止電壓和放電終止電壓。 單位為 A?h。質(zhì)量能量密度是指電池單位質(zhì)量所能輸出的電能，單位為瓦時 /千克（ W?h/kg）。體積能量密度是指電池單位體積所能輸出的電能，單位為瓦時 /升（ W?h/L）。它是評價蓄電池能否滿足電動汽車 加速和爬坡能力的重要指標。電池的自放電率是指電池在存放時間內(nèi)，在沒有負荷的條件下自身放電，使得電池的能量損失的速度。 電池的放電深度（ Depth of Discharge， DOD）是電池已經(jīng)放出的電量與電池額定容量的比值，其數(shù)學表達式如下 : ∫ （ 8）電池的循環(huán)使用壽命（ Cycle Life） 電池的循環(huán)使用壽命是指以電池充電和放電一次為一個循環(huán)，按一定測試標準，當電池容量降到某一規(guī)定值（我國標準規(guī)定為額定值的 80%）以前，電池經(jīng)歷的充放電循環(huán)總次數(shù)。隨著 20 世紀 80 年代鎳氫電池問世以及 90 年代鋰離子電池出現(xiàn)，電池的性能和壽命有了長足進步。這里將首先對的它使用現(xiàn)狀，優(yōu)點缺點等進行詳細的說明。 但它有兩大缺點 ； 一方面是比能量低，所占的質(zhì)量和體積太大，且一次充電行駛里程較短 ； 另一個方面是使用壽命短，使用成本過高。 鎳氫 電池 金屬氫化物鎳 電池也是一種堿性電池。其缺點是：成本高，價格為相同容量鉛酸電池的 58 倍；單體電池電壓低（ ）；自放電損耗大；對環(huán)境溫度敏感，電池組熱管理任務重； 電池的荷電水平不容易準確的判定，限制了蓄電池組實際使用壽命。 鋰離子電池的性能主要取決于正負極材料，磷酸鐵鋰 電池 作為鋰電池正極材料是近幾年才出現(xiàn)的事，國內(nèi)開發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池是 2020 年 7月。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯(lián)使用。眾所周知。飛輪電池中有一個電機，充電時該電機以電動機形式運轉(zhuǎn)，在外電源的驅(qū)動下，電機帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，即用電給飛輪電池“充電”增加了飛輪的轉(zhuǎn)速從而增大其動能 。據(jù)稱，飛輪電池比能量可達 150W?h/kg，比功率達 500010000W/kg，使用壽命長達 25 年，可供電動汽車行駛 500 萬公里。超級電容往往和其它蓄電池聯(lián)合應用作為電動汽車的動力電源，可以滿足電動汽車對功率的要求而不降低蓄電池的性能。 純電動汽車行駛完全依賴電池的能量，電池容量越大，可以實現(xiàn)的續(xù)駛里程越長，18 但電池體積、重量也越大。 需要安裝電池管理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)，顯示電池組的剩余電量和實現(xiàn)溫度控制。 因此磷酸鐵鋰電池是目前最理想的 動力電池 。 電池管理系統(tǒng)的主要任務如下： 整車 CAN 網(wǎng)絡 整車控制系統(tǒng) 測量采集模塊 電池保護模塊 電池箱 管理 ECU CAN 通訊接口 電池管理系統(tǒng) MCU CAN 通訊接口 NCU_BUS 通訊接口 可同時掛接多個電池組 整車 NCU_BUS 網(wǎng)絡 一級保護 二級保護 電機控制器 均衡模塊 溫度控制模塊 充放電控制模塊 20 表 32 電池管理系統(tǒng)的主要任務 任務 傳感器輸入的信號 執(zhí)行器件 防止過充 電池電壓、電流、溫度 充電機 避免過放 電池電壓、電流、溫度 電動機功率轉(zhuǎn)換器 溫度控制 電池溫度 冷熱空調(diào) (風扇等 ) 電池組件電壓和溫度的平衡 池電壓和溫度 平衡裝置 預測電池的 SOC和剩余行駛里程 電池電壓、電流、溫度 顯示裝置 在以上任務中，其關鍵的任務主要有兩個，一個是電池充電狀態(tài) (SOC)的預測，一個是高效的電池均衡方法。當 FLASH 型單片機被廣泛應用后，采用軟件模擬加寫片驗證成為一種經(jīng)濟實用的實驗方法。該單片機非常的小巧，包含 44 個管腳， 主要具有以下資源和特點 : ● 通用 8 位 8051 系列兼容微處理器。 ● 支持最大 64Kbyte 外部程序和數(shù)據(jù)存儲器 ● P1 的 7 等三個引腳可驅(qū)動大電流（每個可達 16mA） ● 3 個 16 位 定時 /計數(shù)器（ T0,T1,T2） ● 全雙工增強型串口通訊口（ UART） 幀錯誤識別 自動地址識別 ● 10 個中斷源， 4 個優(yōu)先級，提供 4 個外部中斷輸入 復位電路 和看門狗電路 本系統(tǒng)供電電壓有 3 種： +5V、 +12V、 12V， 復位電路包括上電復位電路和人工復位電路，使用施密特觸發(fā)器進行整形，提高抗干擾性并保證低電平的持續(xù)時間。復位信號的產(chǎn)生會被禁止定時器，可一旦復位信號撤消并且 WDI輸入端檢測到短至 50ns的低電平或高電平跳變，定時器將開始 的計時。 圖 32 晶振硬件電路 存儲器擴展接口 因為我們選用的單片機 SST89E564RD 內(nèi)部已集成了 ROM，不需要使用外部的 ROM，所以把 /EA 腳的電平直接拉高。 它與單片機可以直接連接，無需外加延時等待電路只需將 SRAM的地址線、數(shù)據(jù)線與單片機的地址線、數(shù)據(jù)線相連接，并輔以片選信號線和控制信號線選中該芯片即可。而串行 EEPROM 芯片的特點是體積小、價格低、功耗小，但讀寫方法較復雜，工作速度較慢，通常用于所需字節(jié)數(shù)和寫入次數(shù)不多，且對寫入速度也要求不高的場合。芯片內(nèi)數(shù)據(jù)可反復擦寫 1， 000， 000 次，數(shù)據(jù)保持時間 (無電情況下 )大于 40 年。 SCL 為串行時鐘輸入端，用于控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出。 電池 SOC 的預測方法 Ah 計量法 Ah 計量法是最常用的 SOC 估計方法。 開路電壓法 開路電壓法 (OCV)是根據(jù)電池開路電 壓來判斷電池內(nèi)部荷電狀態(tài)的方法。電池交流 阻抗為電池電壓與電流之間的傳遞函數(shù)，是一個復數(shù)變量，表示電池對交流電的反抗能力，要用交流阻抗儀來測量。準確測量電池單體內(nèi)阻比較困難，這是直流內(nèi)阻法的缺點。人工智能技術的優(yōu)勢在于不需要精確的數(shù)學模型，僅通過一定時間的學習及訓練，就能夠解決復雜、不確定、非線性系統(tǒng)的建模及處理問題，且易于硬件及軟件實現(xiàn)。電池模型的一般數(shù)學形式為： 狀態(tài)方程： ????+1 ???????? ???????? ???? ?? ????,???? ???? 觀測方程： yk ckxk vk g xk,uk vk 式中 uk為 系統(tǒng)的輸入向量，通常包含電池電流、溫度、剩余容量和內(nèi)阻等變 量； xk為系統(tǒng)的狀態(tài)量； yk為 系統(tǒng)的輸出，通常為電池的工作電壓，電池 SOC 包含在系統(tǒng)的狀態(tài)量 xk中。根據(jù)我們在電池能量管理系統(tǒng)上原有的研究基礎和當前國內(nèi)外的研究進展，同時綜合分析了上述各種方法的優(yōu)缺點，本文提出了復合剩余電量預測法： 圖 34 SOC 預測流程 本文將安時法、開路電壓法和卡爾曼濾波法法的方法結合起來，首先，由開路電壓法測出電池的初始容量，然后，用安時法和卡爾曼濾波法計算動態(tài)的電池剩余容量，并比較兩種方法的結果對電池的實際容量進行校正，以達到準確預測的目的。用輸入和輸出對電池的狀態(tài)（包括 SOC）能作出夠有效的估計。輸入通道中的信號如總電壓信號、各端電壓及溫度信號均通過傳感器采樣轉(zhuǎn)化為電流信號，以電流形式傳遞到主電路箱，從而防止在長線傳輸中干擾信號的竄入，提高信號傳遞的準確性。采用具有直流隔離功能的 DC/DC 變換器，使