【正文】 通事故的發(fā)生 。石油作為全球性戰(zhàn)略物資，其能源是有限的化石型燃料。面臨如此嚴(yán)峻的能源形勢，我國汽車業(yè)必須加大對新能源汽車的研發(fā)力度，早日實現(xiàn)汽車業(yè)的升級換代產(chǎn)品。據(jù)國家環(huán)保局統(tǒng)計，我國機動車尾氣排放在城市大氣污染中的分擔(dān)率已高達(dá)80%。⑷道路擁堵。在未來相當(dāng)長的時間里，我國汽車市場仍舊保持快速增長勢頭。而電動汽車研發(fā)過程中的種種跡象表明，電動汽車技術(shù)的發(fā)展將帶來一片開闊的天地，電動汽車的性能優(yōu)化有望承擔(dān)重任，為解決能源危機和環(huán)境污染帶來可觀的效益，這一結(jié)論已經(jīng)引起各國政府和汽車業(yè)界的高度重視。電動機驅(qū)動和發(fā)動機驅(qū)動相比具有2大技術(shù)勢：⑴發(fā)動機能高效產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速被限定在較窄范圍內(nèi)，必須增添龐大繁瑣的變速機構(gòu)適應(yīng)該特性。不僅能夠使各項指標(biāo)性能提高，而且簡化了汽車結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了制造成本的降低。⑴車載電源模塊車載電源模塊由蓄電池電源、能量管理系統(tǒng)與充電控制器三部分構(gòu)成。圖25 電力驅(qū)動控制系統(tǒng)組成與工作原理圖再者，由于制造工藝的因素，即使同一批次的蓄電池其電解液濃度和性能也存在個性差異，在進(jìn)行組裝前，必須對每塊蓄電池進(jìn)行檢測并記錄，盡量實現(xiàn)性能接近的蓄電池同組組裝，有利于動力電池組性能的穩(wěn)定以及使用壽命的延長。為了提高蓄電池性能的穩(wěn)定性與延長使用壽命，需要實時監(jiān)控電源的使用情況，對蓄電池的狀態(tài)參數(shù)（蓄電池溫度、電解液濃度、蓄電池內(nèi)阻、電池端電壓、當(dāng)前電池剩余容量、放電時間、放電電流、放電深度等）進(jìn)行檢測，根據(jù)要求對蓄電池環(huán)境溫度進(jìn)行溫度控制、通過限流控制避免蓄電池過充、過放，對狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行顯示與報警，實時顯示在駕駛室顯示操縱臺上，便于駕駛員隨時掌握并配合操作，根據(jù)需要及時對蓄電池進(jìn)行充電并維護(hù)保養(yǎng)。為了適應(yīng)駕駛室傳統(tǒng)操縱習(xí)慣，電動汽車保留了加速踏板、制動踏板及其它操縱手柄或按鈕。，向驅(qū)動控制器發(fā)相應(yīng)信號驅(qū)動電動機進(jìn)行起動、加速、減速、制動控制等；，配合車載電源模塊的能量管理系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電回饋，向蓄電池充電；，方便駕駛員了解汽車狀態(tài)；，配合輔助模塊的動力轉(zhuǎn)向單元，對輪轂電機進(jìn)行電子式差速轉(zhuǎn)向控制。：通過DC/DC變換器進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速控制；：通過DC/AC變換器進(jìn)行調(diào)頻調(diào)壓矢量控制；：通過控制脈沖頻率進(jìn)行調(diào)速控制。電機與驅(qū)動控制器構(gòu)成的驅(qū)動控制系統(tǒng)是電動汽車中最為關(guān)鍵的部件，直接影響電動汽車的各項功能指標(biāo)。⑶輔助模塊輔助模塊包括輔助動力電源、動力轉(zhuǎn)向單元、駕駛室顯示操縱臺及各種輔助裝置等。轉(zhuǎn)向裝置是為實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)彎設(shè)置，由方向盤、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向機構(gòu)和轉(zhuǎn)向輪構(gòu)成。③駕駛室顯示操縱臺。其主要目的是為了提升汽車操縱性、舒適性、安全性而設(shè)置的。電動汽車底盤根據(jù)實際的不同類型有很大的變動，總體而言朝著輕便、簡化的方向發(fā)展?？傮w而言，對于電動汽車各個部件的總體布局依據(jù)為：符合車輛動力學(xué)對汽車重心的要求，并盡可能降低汽車質(zhì)心高度。 混合動力電動汽車 （中間過渡模式） HEV定義及優(yōu)點參考國際能源組織(IEA)相關(guān)文獻(xiàn)：能量與功率傳送路線具有如下特點的車輛稱之為HEV：①傳動到車輪推進(jìn)車輛運動的能量，至少來自兩種不同的能量轉(zhuǎn)換裝置（內(nèi)燃機、燃?xì)鉁u輪、電動機、液壓馬達(dá)等）；②轉(zhuǎn)換裝置至少由兩種不同的能量儲存裝置（燃油箱、蓄電池、超級電容、高壓儲氫罐等）吸取能量；③從儲能裝置流向車輪的通道（能量通道），可逆通道與不可逆通道并存；④可逆通道儲能裝置供應(yīng)的是電能。三大動力總成：發(fā)動機、發(fā)電機、驅(qū)動電機采取串聯(lián)方式組成，發(fā)動機不直接參與SHEV的驅(qū)動，它與電動機合成只作為電能供應(yīng)系統(tǒng)。圖26 蓄電池單向驅(qū)動電動機結(jié)構(gòu)原理圖發(fā)電機或蓄電池雙向驅(qū)動電動機形式，其發(fā)動機—發(fā)電機組功率要求較大，作為主要的動力系統(tǒng)；蓄電池動力容量較大，補充峰值功率。串聯(lián)式混動汽車主要適應(yīng)于城區(qū)低速行駛工況，才會體現(xiàn)出串聯(lián)式混動汽車的最大特點。起動后發(fā)動機帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動，把發(fā)動機部分動能轉(zhuǎn)換成電能儲存到動力蓄電池組中，同時離合器接入變速器，通過驅(qū)動橋帶動汽車低速行駛；當(dāng)車輛加速或爬坡時，離合器脫開電動/發(fā)電機，同時動力蓄電池組也向驅(qū)動橋提供動能，形成電動機和發(fā)電機并行驅(qū)動模式。通常汽車在低速輕負(fù)荷運行時，驅(qū)動系統(tǒng)主要以串聯(lián)模式工作；當(dāng)汽車處于高速行駛時，以并聯(lián)模式工作。能量管理的手段即為控制策略，屬于混合動力電動汽車的控制核心。（3）混聯(lián)式HEV控制策略； ；； 。針對燃料電池電動汽車在車輛中的應(yīng)用，主要了解燃料電池電動汽車結(jié)構(gòu)、燃料電池系統(tǒng)、供氫系統(tǒng)、氫源及使用安全等相關(guān)內(nèi)容。但是空氣在加濕過程中會摻入大量水蒸氣，減小了氧氣的比例，會降低該類燃料電池的凈輸出功率與系統(tǒng)效率。該系統(tǒng)中，必須防止電堆熱量積累，增添水/空氣熱交換器把多余能量帶走。燃料電池堆理論能量效率已接近83%，實際效率已達(dá)50%~60%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出其它類型電動汽車的極限效率。2）污染低。功率范圍寬廣，效率受功率變化影響小，短時過載能力翻一番，動力性能和加速性能好。5）現(xiàn)有設(shè)施可利用性大。目前燃料電池汽車的燃料主要采用氫氣，氫氣的制取、儲存、分配、灌裝等環(huán)節(jié)還未實現(xiàn)規(guī)?；Ｒ话阋a(chǎn)生汽車運行的氫氣需要至少10分鐘的前期準(zhǔn)備，影響汽車機動性。最初應(yīng)用于航天飛機與人造衛(wèi)星的電源系統(tǒng)中，后來逐步運用到潛水艇與發(fā)電廠等方面，其優(yōu)越性能明顯，帶動了燃料電池電動汽車的新發(fā)展。電動汽車的發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)是提高動力電池性能，既是當(dāng)前普及應(yīng)用電動汽車的瓶頸，也是電動汽車能否與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車競爭的重要因素之一。 化學(xué)電池的基本組成化學(xué)電池一般由電極（正極和負(fù)極）、電解質(zhì)、隔膜與外殼構(gòu)成。權(quán)重：決定化學(xué)電池基本特性的重要部分。要求：化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，使得貯存期間電解質(zhì)與活性物質(zhì)界面間的電化學(xué)反應(yīng)速率?。ㄗ苑烹娙萘繐p失?。?。4）外殼：盛放和保護(hù)電池其它成分的容器。放電參數(shù)：放電深度（DOD）：電池當(dāng)前的放電狀態(tài)，用實際放電容量與額定容量的百分比表示。放電方式：①工況放電：模擬實際運行時的負(fù)載，用相應(yīng)的負(fù)載進(jìn)行放電的過程；②倍率放電：蓄電池以額定電流倍數(shù)值進(jìn)行放電；③深度放電：蓄電池50%或以上的容量被釋放（程度）；④恒流放電：蓄電池以受控的恒定電流進(jìn)行放電；⑤恒功率放電：蓄電池以受控的恒定功率進(jìn)行放電。蓄電池荷電狀態(tài)（SOC）：蓄電池放電后剩余電池容量與額定容量的百分比。（Q=UIt）陽極極化（陰極極化）：電池進(jìn)入工作狀態(tài)后陽極、陰極實際電位偏離靜止?fàn)顟B(tài)值的現(xiàn)象；歐姆極化（電阻極化）：電池或電解液存在電阻，使電位發(fā)生偏離平衡值的現(xiàn)象；濃差極化：電化學(xué)反應(yīng)過程中，作用物濃度變化造成的電極電位對平衡值的偏差；⑸電池的記憶效應(yīng)（鎳鎘電池）：記憶效應(yīng)指電池在沒有完全放電之前就再次充電，電池會儲存這一放電平臺并在下次循環(huán)過程中作為放電的終點。字母“C”表示，單位為安培時（A?h）。1）總能量：蓄電池在其壽命周期內(nèi)，電能輸出的總和；2）充電能量：通過充電器輸入蓄電池的電能；3）放電能量：蓄電池放電時輸出的電能；⑶能量密度與功率密度能量密度（能量比）：從蓄電池單位質(zhì)量所獲取的電能。⑷電池的開路電壓蓄電池處于開路狀態(tài)下電極兩端的電位差。若短時間內(nèi)開路電壓有較大下降，說明電池內(nèi)部存在慢性短路，電池性能趨近于報廢。放電終止電壓：電池放電時端電壓下降到不宜繼續(xù)放電的最低工作電壓。蓄電池經(jīng)歷一次充電與放電的過程稱為一個周期（循環(huán)）。大部分蓄電池要求工作在非常狹窄的溫度范圍區(qū)間內(nèi)才能保證較高的性能，否則就會損壞。鋰電池分類：溫度：高溫鋰二次電池、常溫鋰二次電池；電解質(zhì)狀態(tài)：液體鋰二次電池、凝膠鋰二次電池、全固態(tài)鋰二次電池；電極材料：鋰離子電池、鋰聚合物電池、磷酸鋰鐵電池（發(fā)展迅速且具有動力電池特性的電池）。目前能達(dá)到的實際比能量為100125W?h/kg和240300W?h/cm3，通過技術(shù)的發(fā)展有望達(dá)到150W?h/kg和400W?h/cm3。4）自放電小。6）環(huán)保性能好。8）快速充電性能好。無需維修，殘留容量測試方便。電池的過充過放會破壞正極結(jié)構(gòu)，影響性能及壽命；過充會導(dǎo)致電解液分解，內(nèi)部壓力高產(chǎn)生漏液問題；過放會導(dǎo)致活性物質(zhì)活性恢復(fù)困難；必須配備相應(yīng)的電池防過充與防過放保護(hù)線路控制。鋰離子電池要達(dá)到大規(guī)模利用，對于碳負(fù)極材料還要提高鋰的可逆儲量和減少不可逆儲量的損失。一般將正極材料為LiCoO2的電池稱為鋰離子電池，而將正極材料為LiMnOLiMn2O4和LiNiO2鋰離子電池稱為“鋰錳電池”和“鋰鎳電池”。常用有機溶劑：PC（碳酸丙烯酯）、EC（碳酸乙炔酯）、BC（碳酸丁炔酯）、DMC（二甲基碳酸）、DEC（二乙基碳酸）、MEC（甲基乙炔碳酸）、GBL（ｙ丁內(nèi)酯）、DME（二甲氧基乙炔）、EMC（碳酸甲乙酯）等。固體聚合物電介質(zhì)中添加增塑劑等添加劑，提高離子導(dǎo)電率，常溫下亦可使用；3）聚合物正極材料鋰離子電池。該材料本身導(dǎo)電性較差，需要摻雜導(dǎo)電碳材料或?qū)щ娊饘傥⒘?。磷酸鋰鐵電池的主要優(yōu)點：1）安全性好。3）循環(huán)壽命長。在專用充電器下，；短時放電電流可達(dá)2C10C，瞬時脈沖放電高達(dá)20C；過放電也不會損壞；無記憶效應(yīng)；在虧電存放條件下，仍能保持較好電池性能。常溫使用，耐高溫，即使高達(dá)160℃，電池結(jié)構(gòu)安全、完好。電壓：包括動力電池組開路電壓、端電壓以及動力電池單體電壓數(shù)據(jù)；電流：包括電池充放電過程中的電流數(shù)據(jù)；溫度：包括外部環(huán)境溫度以及電池組系統(tǒng)內(nèi)部溫度。該值是估算值，存在一定的誤差。對于電動汽車而言，其動力電池通常具備較高的老化程度。 電池安全保護(hù) 電池安全保護(hù)本質(zhì)上來說是電動汽車管理系統(tǒng)最首要同時也是最重要的功能。動力型磷酸鋰鐵電池一般支持1C倍率持續(xù)充放電。不同廠家、不同型號的磷酸鋰鐵電池所支持的過載電流倍率、過載持續(xù)時間有所不同。實際上，當(dāng)電池容量不足（5%）時就發(fā)出警告提示電量不足，同時采取智能控制方法逐步減小輸出電流。 過溫保護(hù) 當(dāng)溫度超過設(shè)定值（安全工作溫度）時對動力電池采取保護(hù)性措施。 能量控制管理 能量控制管理屬于電池的優(yōu)化管理范疇，主要內(nèi)容包括電池的充放電控制管理以及電池的均衡控制管理。 電池均衡管理控制指采取一定的措施盡可能的降低電池不一致性帶來的負(fù)面影響，達(dá)到優(yōu)化電池組整體放電效能，延長電池組的整體使用壽命。這些數(shù)據(jù)有些需要通過儀表告知駕駛員，有些則需要通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送到電池管理系統(tǒng)外的其它模塊（整車控制器、電機控制器等），還有一些需要作為歷史數(shù)據(jù)保存到系統(tǒng)中以備查閱。當(dāng)電池組參數(shù)存在安全隱患時必須及時的提醒駕駛員。內(nèi)網(wǎng)用于傳遞電池管理系統(tǒng)的內(nèi)部信息；外網(wǎng)則用于電池管理系統(tǒng)與整車控制器、電機控制器等智能模塊的信息交換。通過對電池歷史信息的分析，可以幫助排查汽車故障，利于故障排除。 不同種類的功能之間存在相互依賴關(guān)系電池剩余電量并不能直接測得，必須依賴兩方面信息：一方面是當(dāng)前電池的電壓、電流、溫度數(shù)據(jù)，若這些數(shù)據(jù)不可靠，剩余容量的估算誤差更大；另一方面依賴歷史數(shù)據(jù)信息，有時剩余容量的估算是借助歷史信息推算得出。但是，“充電控制管理”的執(zhí)行依賴于電池管理系統(tǒng)之外的充電機、電機（汽車制動過程中的機械能轉(zhuǎn)換成電能為動力電池充電）。 BMC與單元電池的關(guān)系 1）一個BMC對應(yīng)一個單元電池在實際監(jiān)測過程中，為每一個單元電池配備一塊獨立的監(jiān)控電路板，該電路板完成對單元電池的電壓、電流、溫度等物理量的監(jiān)控數(shù)據(jù)。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點：BMC與單元電池的距離較短，在一定程度上能夠減少采集線路的長度及復(fù)雜程度，采集精度高，抗干擾性能好；缺點：單獨設(shè)計BMC電路板使得成本增高；單元電池的電池管理系統(tǒng)電源系統(tǒng)一般由所在的電池供應(yīng)，使得電池部分能量消耗在管理系統(tǒng)中。且采集線路或多或少存在線路電阻，影響了電壓采集數(shù)據(jù)的精度。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用BMC與BCU相互分離的形式，必然要考慮兩者之間的通信問題。2） BCU與BMC星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)BCU位于中央位置且與每一個BMC模塊并聯(lián)。電池組可以隨意的添加或減少BMC數(shù)量（實際上也是有限的添加，但仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過串聯(lián)電池的單體個數(shù)）。 理想情況在目前階段難以實現(xiàn)，主要原因如下：1）不同種類的電池具有不同的工作特性。大功率均衡電路均衡速度快、均衡效果好，同時帶來了較大的體積、較大的發(fā)熱量、較大的制造成本。但是缺少對電壓、電流信號等信息的監(jiān)控，無法了解動力電池的真實狀態(tài)，無法評估電池組剩余電量及續(xù)航里程。在進(jìn)行基本方案設(shè)計之前需要對動力電池性能進(jìn)行充分的測試。今后的研究方向主要有3點：1）優(yōu)化硬件設(shè)計硬件保護(hù)電路（接觸器、斷路器）、均衡電路、電池組加熱、散熱設(shè)施等均屬于電動汽車電池組的硬件設(shè)施，根據(jù)汽車的特點優(yōu)化配置，綜合體積、重量、成本等因素考慮；2）軟件系統(tǒng)的自適應(yīng)性軟件系統(tǒng)可以根據(jù)不同廠家不同批次的電池進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，在汽車正常使用過程中自動獲取特性參數(shù)，減少前期電池特性測量工作；具備智能算法，對SoH、SoC等進(jìn)行較為精確的評估。主要體現(xiàn)在2方面：第一：動力電池管理系統(tǒng)的設(shè)計依賴于動力電池的特性，不同的電池類型、不同的電池特性對應(yīng)著不同的電池管理系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計；第二：電池管理系統(tǒng)要與動力電池組結(jié)合起來進(jìn)行整體測試。還要考慮通信及故障診斷機制保留足夠的資源以保證足夠快的響應(yīng)時間。第七章 動力電池狀態(tài)的實時監(jiān)控 關(guān)于實時與同步的討論 在電池狀態(tài)監(jiān)測的問題上，狀態(tài)信息的采集環(huán)節(jié)、信息的傳遞環(huán)節(jié)、信息的處理環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)或多或少的存在著時延問題，“實時 ”是相對而言的。隨著轉(zhuǎn)換位數(shù)的增大，數(shù)據(jù)采集的時延也越大。假設(shè)CAN總線采用250Kbps的波特率，BCU與BMC之間采用詢問/應(yīng)答機制，假設(shè)BCU向BMC發(fā)出的詢問幀為2個字節(jié)，BMC回復(fù)BCU的應(yīng)答幀為8個字節(jié)，那么一次查詢應(yīng)答所需要的時間是： （2+8）8/250000=（ms）若通信總線還有其它節(jié)點，總線競爭造成的時延更大。BCU造成的時延比較復(fù)雜，分情況說明：（1）BCU與BMC之間往往是一對多的關(guān)系。（2）進(jìn)程調(diào)度造成的時延BCU中的主芯片不僅要與各BMC前端芯片進(jìn)行信息交換，還要處理電池管理系統(tǒng)的其它多項功能（充放電管理功能、均衡控制功能、信息