【正文】 CAN 通訊子程序 ................................................................................... 65 本章小結(jié) ..................................................................................................... 67 第九章 系統(tǒng)總體模擬展示 .............................................................................. 68 結(jié)論 ................................................................................................................................................ 70 參考文獻(xiàn)（ REFERENCES） ............................................................................................... 71 致謝 ................................................................................................................................................ 73 4 第一章 緒論 電動汽車概述 發(fā)展歷程 目前世界上各種汽車的保有量超過 7 億量，汽車的石油消耗量每年達(dá)到 65~75 億桶，約占世界石油產(chǎn)量的一半以上。 1886 年倫敦出現(xiàn)電動公共汽車。在技術(shù)發(fā)展的同時，世界各國還舉辦了各種電動車比賽，比如芝加哥拉力賽、納拉干西特汽車競賽、科尼島汽車賽等，極大地促進(jìn)了電動汽車的發(fā)展。 在德國 包括戴姆勒、奔馳、 BMW 和大眾汽車在內(nèi)的多家汽車公司正在積極研制電動汽車，預(yù)計最晚在 2020 年，系列化的電動汽車將推向市場。因?yàn)殡妱悠嚺c傳統(tǒng)的汽油汽車對比，它不單純是發(fā)動機(jī)的簡單替換，其設(shè)計、加工、材料以及電氣、控制系統(tǒng)都要相應(yīng)地做出改變，使整車參數(shù)合理匹配。此舉將整合電動汽車上游產(chǎn)業(yè)鏈，加 速比亞迪電動車商業(yè)化步伐。 因此電動汽車的電池管理系統(tǒng)是電動汽車必不可少的重要組成部分，研究電池管理系統(tǒng)對電動汽車的發(fā)展起到極為重要的作用。電池組高壓斷電保護(hù)、過放電報警系統(tǒng)、電量里程計算、地線絕緣失效檢測及保護(hù)。利用 two wire總線，監(jiān)控模塊向中心控制單元傳輸各個電池工作信息，中心控制單元收集信息后進(jìn)行優(yōu)化控制?？傮w來講，電池管理系統(tǒng) (BMS)與電機(jī)、電機(jī)控制技術(shù)、電池技術(shù)相比，還不是很成熟。另外剩余電量還是電池狀態(tài)的一個重要參數(shù)，是用來診斷電池的健康狀態(tài)和判斷電池是否過充放電等的重要依據(jù)之一。 (1) BMS的設(shè)計主要有如下技術(shù)難點(diǎn) :需要采集的數(shù)據(jù)量大 ,精度要求高 。目前中國已成為世界第二大汽車市場。中國相當(dāng)多人口目前依賴于自行車和摩托車代步。更有理由相信：電動汽車的大規(guī)模使用（社會化）在一個不遠(yuǎn)的將來一定會實(shí)現(xiàn)。 他等于放電電流與放電時間的乘積，其表達(dá)式如下： ∫ 關(guān)于電池容量 ，有理論容量、 i 小時率放電容量、額定容量、實(shí)際容量和剩余容量等概念。 （ 5）電池的功率與功率密度 電池的功率是指在一定的放電制度下，單位時間內(nèi)電池輸出的能量，單位為（ W）或 千瓦（ kW）。一般時間是以月為單位，如放電率 10%/月。 至今，在電動汽車上普遍使用的電池有鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池等。同時由于鉛是重金屬，因此，鉛酸電池存在污染問題。 鋰離子 電池 鋰離子 電池具有很高的能量密度 (目前已達(dá)到鉛酸電池的 34 倍，鎳氫電池的 2 倍 )，良好的性能價格比，和較高的單體電壓 ； 電池在充放電時可獲得較高的能量效率，放電時容易檢測出電池的荷電狀態(tài)。以滿足電動車頻繁充放電的 需要。放電時，電機(jī)則以發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，在飛輪的帶動下對外輸出電能，完成機(jī)械能 (動能 )到電能的轉(zhuǎn)換。超級電容的使用將減少汽車對蓄電池大電流放電的要求，達(dá)到減少蓄電池體積和延長蓄電池壽命的目的。 由于動力電池組體積和質(zhì)量大，電池箱的設(shè)計、電池的空間布置和安裝問題都需要認(rèn)真研究。這兩個問題一直是電池能量管理系統(tǒng)是的熱點(diǎn)問題，也是最復(fù)雜的兩個問題。 與 8051 的軟件完全兼容，開發(fā)工具兼容，封裝與引腳兼容 ● 工作電壓為 ，工作頻率 040MHz ● 內(nèi)部 RAM 共有 1Kbyte(256Byte 寄存器 +768Byte 數(shù)據(jù) RAM) ● 內(nèi)含兩塊高性能 SuperFlash 存儲器（ EEPROM） 64Kbyte 的主存儲塊 +8Kbyte 的次存儲塊 用 SoftLock 可以獨(dú)立地對每個塊進(jìn)行安全加鎖。 WDI 端的跳變會清零定時器并啟動一次新的計時周期 ，可以保證單片機(jī)正常運(yùn)行。外擴(kuò) RAM 的接口電路如圖 32 所示。 本設(shè)計采用 標(biāo)準(zhǔn)的 8 引線 S0C 封裝。 Ah 法實(shí)際上是一種基于“黑箱”原理而設(shè)計的方法，把電池看作一個整體，即“黑箱”，“黑箱”與其外部進(jìn)行能量的交換，通過對進(jìn)出“黑箱”的電流在時間上進(jìn)行積分從而記錄“黑箱”能量的變化。直流內(nèi)阻表示電池對直流電的反抗能力，等于在同一很短的時間段內(nèi)，電池電壓變化量與電流變化量的比值。目前遺傳算法在電池性能檢測方面都有廣泛的應(yīng)用，并且已經(jīng)顯示出了獨(dú)特的優(yōu)勢。 因?yàn)閯恿﹄姵氐氖Ｓ嗳萘款A(yù)測的主要難點(diǎn)也就在于電池的實(shí)際容量難以確定，而單純采用安時法雖能準(zhǔn)確計量進(jìn)出電池的能量，但無法確定電池充放電的原點(diǎn)。 2）光電隔離技術(shù)。 從電池組采樣箱到駕駛室的主電路 之間有較長的距離，干擾較為嚴(yán)重，為了防止對系統(tǒng)的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性，在系統(tǒng)硬件設(shè)計中，采用了如下抗干擾技術(shù)： 1）電流形式傳遞 信號。 上面介紹了動力電池剩余電量計算的幾種常用方法，由于不同動力電池的特性及影響動力電池性能的多種因素，它們在實(shí)際應(yīng)用于電動車上都存在較大的誤差。人工智能是以計算機(jī)為工具，通過模擬人腦的推理、設(shè)計、思考、學(xué)習(xí)等智能行為，解決和處理復(fù)雜問題的一種方法。 阻抗法 25 電池內(nèi)阻有交流內(nèi)阻 (impedance 常稱交流阻抗 )和直流內(nèi)阻(resistance)之分，它們都與 SOC 有密切關(guān)系。24C64 通過控制字節(jié)來來選擇器件內(nèi)部的地址及讀操作或?qū)懖僮?。可在電源電壓低? 的條件下工作，等待電流和額定電流分別為 5uA 和 1mA。 它的容量是 32KB。只要復(fù)位信號有效或 WDI 輸入高阻，則看門狗定時器功能就被禁止，且保持清零和不計時狀態(tài)。 21 圖 33 芯片引腳圖 因此本系統(tǒng)采用 美國 SST 公司 的 SST89E516RD2 單片機(jī)。 整個系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如 下 圖 31 所示： 圖 31 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 框圖 電池能量管理系統(tǒng)的主要目的就是要最大限度地利用有限的車載能量，增加行駛里程，保護(hù)電池，延長電池使用壽命。 電池 要能夠?qū)崿F(xiàn)深度放電（例如 80%）而不影響其壽命，在必要時能實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷功率和全放電。其特點(diǎn)是壽命長 、效率高、比能量低、放電時間短。高技術(shù)型的飛輪用于儲存電能，就很像標(biāo)準(zhǔn)電池。單節(jié)電池過充電壓 30V不燃燒，穿刺不爆炸。 16 鎳氫電池的有點(diǎn)是：能量密度、功率密度均高于鉛酸電池和 NiCd 電池，循環(huán)使用壽命在實(shí)際電動汽車用電池中較高；快速充電和深度放電性能好，充放電效率高；無重金屬污染，全密封免維護(hù)。它可靠性好、原材料易得、價格便宜， 目前已經(jīng) 實(shí)現(xiàn)了大批量的生產(chǎn)，其產(chǎn)品回收較為容易 ； 比功率也基本上能滿足電動汽車的動力性要求。這些電池在后來的實(shí)際應(yīng)用中都經(jīng)歷的數(shù)次結(jié)構(gòu)、工藝、材料方面的該進(jìn)，性能得到大幅度提高。例如電池容量為 27Ah，當(dāng)充放電電流強(qiáng)度為 時，是指放電電流為 。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）。 （ 2）電池的容量 電池的容量是指充滿電的電池在制定條件下放電到終止電壓時輸出的電量， 蓄電池的容量一般指它的庫倫容量 ,單位 C 表示。 12 本章小結(jié) 面對日益枯竭的地球石油資源，電動汽車在節(jié)約能源方面又有著廣闊的發(fā)展前景和巨大優(yōu)勢 ,同時它能實(shí)現(xiàn)零排放；而其充電時間可安排在午夜進(jìn)行，可最大限度地綜合利用電力資源，因?yàn)槲缫购箅娏W(wǎng)絡(luò)使用頻率相對較低。 2020 年 10 月 9 日路透社報道，全球知名電池生產(chǎn)商 Johnson Controls的負(fù)責(zé)人認(rèn)為，中國將比世界其他國家更快接受電動汽車，因?yàn)橹袊丝诒姸?、而交通相對較少依賴于汽油。因此 ,研究更具有通用性的 BMS已經(jīng)成為目前的發(fā)展方向。 ℃； SOC估計精度為 6%； 電池管理系統(tǒng)的 發(fā)展趨勢 與電機(jī)、電機(jī)控制技術(shù)、電池技術(shù)相比 , BMS還不是很成熟。這種情況下，這些落后的單體電池或模塊電池的性能決定著整個蓄電池組的性能，即整個電池組的性能也下降，而且由于落后電池與健康電池是串聯(lián)使用，會使健康電池的性能受到影響，縮短使用壽命，所以要及時準(zhǔn)確的判斷出蓄電池組中落后電池。在國家 863計劃 2020年第一批立項(xiàng)研究課題中，就分別有北京理工大學(xué)承擔(dān)的 EQ7200HEV混合動力轎車用鎳氫動力電池組及管理模 塊、湖南神舟公司承擔(dān)的 EQ611OHEV混合動力城市公交車用大功率鎳氫動力電池及其管理模塊、蘇州星恒電源有限公司承擔(dān)的燃料電池轎車用高功率型鋰離子動力電池組及其管理系統(tǒng)、北京有色金屬總院承擔(dān)的解放牌混合動力城市客車用鋰離子電池及管理模塊等課題。 8 4. BATTNIAN系統(tǒng) BATTMAN電池管理 系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是將所有的不同型號動力電池組的管理做成一個系統(tǒng)，通過改變硬件的跳線和在軟件上增加選擇參數(shù)的辦法，來實(shí)現(xiàn)對不同型號電池組的管理。該電動汽車由 26個鉛酸蓄電池串聯(lián)供電，放電深度可達(dá) 80%，電池壽命約為 450個深放電周期， 113公里市內(nèi)行駛里程 (美國環(huán)保局指標(biāo)， USA EPA Schedule)， EVI的電池管理系統(tǒng)功能與特點(diǎn)包括 :單電池電壓監(jiān)測 。電池組的使用壽命由單體電池的使用壽命和單體電池的均 衡 性、可靠性決定。汽車新貴深圳比亞迪有限公司在股神巴菲特 億美元入股剛過一周后即宣布以近 2 億元人民幣的代價收購了一家半導(dǎo)體制造企業(yè) —— 寧波中緯。同時，將在隨后幾年把電力驅(qū)動技術(shù)應(yīng)用到公司的前輪驅(qū)動、后輪驅(qū)動和非承載式車身結(jié)構(gòu)的四輪驅(qū)動平臺中去。美國國會在 1976 年 7 月通過《電動汽車和復(fù)合汽車的研究開發(fā)和樣車試用法令》，以立法的形式、政府資助和財政補(bǔ)貼等手段加速發(fā)展電動汽車。 1900 年法國的一輛電動汽車以 10 英里 /小時的平均速度連續(xù)行駛了 164 英里。 1882 年，英國人 約翰 試驗(yàn)結(jié)果表明， 系統(tǒng) 的 電池電壓、電流測量精度為 1%， SOC 預(yù)測精度為5%， 系統(tǒng)各個功能模塊運(yùn)行穩(wěn)定可靠。電池技術(shù)和電池能量管理系統(tǒng) (BMS)的研究成為解決這一問題的關(guān)鍵，越來越受到人們的關(guān)注。經(jīng)過長時間的大規(guī)模開采，石油資源日漸枯竭，按科學(xué)家預(yù)測，地球上石油資源如果按目前的消耗水平，僅僅可維持 60~100 年左右。1899 年法國人 La Jamais Contecte 創(chuàng)造的電動汽車時速為 106Km,打破了當(dāng)時的世界汽車最高車速的紀(jì)錄 。 進(jìn)入 20 世紀(jì)以后，由于 大量發(fā)現(xiàn)油田，石油開采提煉和內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的迅速進(jìn)步，電動汽車則由于電池技術(shù)進(jìn)步緩慢，在性能、價格等方面都難以與燃油汽車競爭而逐步被燃油汽車取代。法國雷諾在巴黎車展 2020 上展出了電動汽車概念車“ . Concept”。這意味著以汽車工業(yè)為國民經(jīng)濟(jì)支柱的世界發(fā)達(dá)國6 家的工業(yè)體系面臨著重大的調(diào)整，選擇 發(fā)展電動汽車為我國汽車工業(yè)發(fā)展的新的增長點(diǎn)，對于改變我國汽車工業(yè)的落伍狀況、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、增強(qiáng)國 家實(shí)力具有現(xiàn)實(shí)的戰(zhàn)略意義，而不僅僅只是環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源的問題。 2020 北京奧運(yùn)會期間為彰顯“綠色奧運(yùn)、科技奧運(yùn)、人文奧運(yùn)”理念，北京市兌現(xiàn)了自己的承諾，實(shí)現(xiàn)了電動汽車的規(guī)?；瘧?yīng)用，投入了 50 輛純電動大客車，做到了奧林匹克公園核心區(qū)內(nèi)的零排放。 電池管理系統(tǒng)的 現(xiàn)狀 隨著近幾年電動汽車研究和應(yīng)用的不斷升溫，國外一些大的汽車生產(chǎn)企業(yè)和蓄 電池生產(chǎn)廠家針對各種電動汽車車載電池作了大量研究及試驗(yàn)，構(gòu)建出了各自的數(shù)學(xué)模型，成功地開發(fā)出電池管理系統(tǒng)，并在車上試用。 2. SmartGuard系統(tǒng) SmartGuard系統(tǒng)主要特點(diǎn)是在電池上裝有一分布式的管理裝置來測量電池的電壓和溫度。 此外，日本、法國的汽車企業(yè)也研制了各自的電池能量管理系統(tǒng)，在這里就不再作介紹。電池管理系統(tǒng)作為電動汽車最關(guān)鍵的技術(shù)之一，在近年來雖然有很大的提高，很多方面都已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際 應(yīng)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(jìn)一步改進(jìn)和提高。但是由于蓄電池本身是個復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，且影響電量估測的因素很多，并且在使用中，蓄電池是封閉的，所以對于電量準(zhǔn)確估測的難度較大，是個國際性的問題。10 電池狀態(tài)的非線性變化嚴(yán)重制約了 SOC 的預(yù)測精度 。但