【文章內(nèi)容簡介】 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 。 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 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 。 U , It恒 流恒 壓充 電 電 流充 電 電 壓0U , IT 1T 2U 2I 1I 2I 3 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， 延長 蓄電池 的 使用 壽命 。 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 。 it0T 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(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。 i / Au / Vtui0 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 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)充最多的電量 。 i / Au / Vuit 系統(tǒng) 充電方法 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) 。 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。 ti / A0理 想 充 電 曲 線充電電流充 電 時(shí) 間 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，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) 。 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。 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，保證了電池組的循環(huán)使用壽命，因此這種方案是合理的 容量預(yù)測(cè)（ SOC） 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。 計(jì)量法 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： ??? tC IdtSO CSO C N 010 ? 其中 I 是電池電流， NC 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 。 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 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 既簡單又 可靠 實(shí)用 的 好 方法。 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。 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期估測(cè) SOC 的 數(shù)值。 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囟取㈦娏?、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。 因?yàn)?均衡充電 電路的 設(shè)計(jì) 很不簡單 ， 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)。 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。 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 。 在用均衡充充電時(shí)的時(shí)間要把握好，不能太長（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 。 電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 CAN 通信 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，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) 。 C ， 1 0 4 u F+ 3 . 3 VC A N T XC A N R XR , 5 KR , 5 K S N 6 5 H V D 2 3 012348765C A N HC A N LC , 3 0 p F3 0 p FD I O D ED I O D E CAN 總線的可靠性非常高， 非常適用于測(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。 H C U主 控 模 塊C A NC A N觸 摸 屏 輸 入 和顯 示 模 塊CANC A NCAN采 集 模 塊 i 采 集 模 塊 nCAN采 集 模 塊 1 BMS CAN 模型結(jié)構(gòu) 整體設(shè)計(jì)方案 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)。 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)。 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)變得更簡單，避免了算法