【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 換一下充電方法，把電池從迅速的充電狀態(tài)切換到恒值電壓補(bǔ)充能量的階段，需要提醒的是再給電池充電的時(shí)候，要控制好充電流程，設(shè)計(jì)好充電過程中需要的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，特別是在這個(gè)分階段充電電流一定的時(shí)候，如果說在這一階段相關(guān)充電數(shù)據(jù)超過預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)后，就要設(shè)計(jì)好程序去做出相應(yīng)的控制處理好發(fā)生的變動(dòng)，關(guān)閉充電儀器的電源，間隔一段時(shí)間讓電池恢復(fù)到正常狀態(tài)后再繼續(xù)進(jìn)行充電的后續(xù)階段。因此，我們利用控制電池充電的相關(guān)參數(shù)去控制充電過程以達(dá)到短時(shí)間內(nèi)迅速充滿電。所以在控制充電的時(shí)候要準(zhǔn)確利用電壓、時(shí)間、電流和溫度等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)做出合適的充電策略，將各個(gè)充電階段有效合理的組合起來，下面是幾種常用的控制方法。3．3．1時(shí)間控制設(shè)計(jì)好以某一恒流電流進(jìn)行充電到某一階段所需要的時(shí)間，利用定時(shí)儀器在達(dá)到相應(yīng)的時(shí)間后控制充電設(shè)備的開關(guān)，執(zhí)行是否要關(guān)閉當(dāng)前充電的階段，進(jìn)入下一狀態(tài)充電階段，利用時(shí)間來控制設(shè)備儀器比較容易而且也很方便，但是事物都有兩面性，有利的時(shí)候也就會(huì)有不利的時(shí)候，電池在充電過程中如果他的狀態(tài)發(fā)生變化這時(shí)候預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)可能就不準(zhǔn)確了，不能有效控制電池的充電狀態(tài)，不能隨著電池的變化而做出相應(yīng)的調(diào)整，很多不定因素的影響都會(huì)使時(shí)間控制出現(xiàn)問題，因此在恒流控制等有些情況下這個(gè)控制法不適合。3．3．2溫度控制在可接受的恒值電流充電階段電池的內(nèi)部溫度會(huì)升高，在升高到程序里預(yù)先設(shè)定好的數(shù)據(jù)時(shí)，程序就會(huì)控制外部設(shè)備的開關(guān)，將其關(guān)閉以作保護(hù)處理，在起始充電階段采用溫度的數(shù)據(jù)控制能夠是可以和所有階段停止的時(shí)候的相關(guān)控制聯(lián)系的，但是它的準(zhǔn)確度和延遲的性質(zhì)會(huì)導(dǎo)致電池過度的充電，所以不能僅僅把溫度作為控制的量。把它關(guān)閉以作保護(hù)處理，在起始充電階段采用溫度的數(shù)據(jù)控制能夠是可以和所有階段停止的時(shí)候的相關(guān)控制聯(lián)系的，但是它的準(zhǔn)確度和延遲的性質(zhì)會(huì)導(dǎo)致電池過度的充電，所以不能僅僅把溫度作為控制的量。3．3．3電壓控制在可接受的恒值電流充電階段電池的電壓，在超過這個(gè)預(yù)先設(shè)定好的電壓值之后，在電池管理系統(tǒng)程序的控制管理下電壓超過之后，在DSP主控制芯片作用下關(guān)閉外部充電設(shè)備結(jié)束這一階段的充電。這種電壓控制法可以再程序控制下順應(yīng)電池的荷電狀態(tài)以及在這個(gè)充電方法中電流會(huì)出現(xiàn)的變化，此控制方法很容易，當(dāng)然在控制中也會(huì)有問題，就是在電池的某些特性出現(xiàn)故障變化時(shí)，預(yù)先設(shè)置好的電壓就不再適合相應(yīng)的控制了，可能會(huì)因?yàn)轭A(yù)先設(shè)定的參數(shù)值太大而導(dǎo)致電池在充電過重。3．4智能系統(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。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(zhǎng)，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均衡充電因?yàn)榫獬潆婋娐返脑O(shè)計(jì)很不簡(jiǎn)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)。(1)啟動(dòng)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。(2電流大小這種方法充電的時(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。(3)終止在用均衡充充電時(shí)的時(shí)間要把握好，不能太長(zhǎng)（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。（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。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：其中I是電池電流，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(jiǎn)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(zhǎng)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?、電流、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。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)。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。 BMS CAN模型結(jié)構(gòu)電池管理系統(tǒng)的功能BMS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(jiǎn)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(jiǎn)單，避免了算法的設(shè)計(jì)，但是它也有弊端算法固定從而導(dǎo)致靈活性差。分散式結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)采集是分散的，就是說每個(gè)電池包對(duì)應(yīng)一個(gè)采集單元，這些單元與中心的BMS通過一根母線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，其中的充電控制單元可能和中央處理單元分開，有的沒有總的BMS控制板，直接通過總線傳輸?shù)狡囍行目刂破?，有點(diǎn)是這種結(jié)構(gòu)減少了布線利于擴(kuò)展電源系統(tǒng)，而且能分散安裝，利用總線進(jìn)行連接與信息通信，可就近處理采集的數(shù)據(jù)而且精度很高這樣就更有可能很好的計(jì)算電池的狀態(tài)，方便電源管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化建立，它的缺點(diǎn)是成本比較高而且靈活性也差一些，修改起來也麻煩，串行總線來傳輸數(shù)據(jù)，使得系統(tǒng)巡回監(jiān)測(cè)的速度受限制，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性比較低。此外BMS是車載系統(tǒng)采用分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，因?yàn)椴蓸拥南挛话鍞?shù)目很多，會(huì)導(dǎo)致電池包內(nèi)的走線很多，從系統(tǒng)維護(hù)的角度來講不方便。分散式系統(tǒng)比較適合于大電池。SOC和SOH的預(yù)測(cè)本電池管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)靈活，可以通過軟件實(shí)現(xiàn)多種算法，例如，開路電壓法。負(fù)載電壓法、Ah法、直流內(nèi)阻法，如果有大量數(shù)據(jù)還可以建立電池模型，用自適應(yīng)當(dāng)然控制方法。本設(shè)計(jì)以Ah法為重點(diǎn)，配合負(fù)載電壓法和內(nèi)阻法對(duì)SOC進(jìn)行估測(cè)，下面首先對(duì)Ah法進(jìn)行認(rèn)真具體的分析，然后簡(jiǎn)述負(fù)載電壓法和直流內(nèi)阻法怎樣應(yīng)用到里邊去，再然后就介紹自適應(yīng)理論在在SOC估測(cè)中的應(yīng)用。首先，按照前面已經(jīng)介紹的安培小時(shí)定律，電池充放電容量與充放電電流的關(guān)系式為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的充電電流，進(jìn)而在它的時(shí)域上進(jìn)行積分，這樣就能得到時(shí)間段△t上的積分即電池的容量變化，僅需知道電池的初始容量，那么它的剩余容量表示式是：這種方法不僅簡(jiǎn)單而且實(shí)現(xiàn)起來也很容易，僅電流采樣點(diǎn)路就可以了，最重要的問題是初始值的確定，一般情況下電池充滿電量后以滿充容量當(dāng)做初始值來計(jì)算，剩余容量會(huì)受到別的其他因素的影響，因此應(yīng)該改正這些情況。放電電流對(duì)于SOC估測(cè)的影響最大，其次是溫度，再然后就是自放電，在一樣的條件下放電電流大放出的電量就會(huì)很小，因此要修正不同放電電流的剩余量，把標(biāo)準(zhǔn)溫度下一定電流的剩余容量定義為剩余容量，其實(shí)就是利用一個(gè)電流參考標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算剩余容量。其中是標(biāo)準(zhǔn)的電流在標(biāo)準(zhǔn)的溫度下釋放出來的總電量，；實(shí)際上是把利用的電量折合成在標(biāo)溫下電流放電后的電量其中，K是指電流的修正系數(shù)，K=wi*δi，wi表示標(biāo)溫下標(biāo)準(zhǔn)電流放電放出的電量跟其他形式放電量之比，δi是指溫度的修正系數(shù)。 因?yàn)殡姵乩匣a(chǎn)生的對(duì)剩余電量的影響，實(shí)際上跟蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)容量不一樣，它們之間的關(guān)系是將式3和式5帶入式4的SOC，根據(jù)方程，電池放電的剩余電量跟放電電流的關(guān)系式是：因?yàn)樗鼈兊某跏紬l件一樣所以K和n是一樣的，因此有所以僅需測(cè)量幾組Ci，就可以得到K和n,從而也就把確定了下來，δi的確定：無論是理論還是實(shí)驗(yàn)都表明電池很容易受到溫度的影響，它的容量會(huì)隨著溫度的上升而增加，同樣又隨著溫度的下降而減小，放電電流同樣如此，跟溫度呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，進(jìn)過修正以后的所謂的標(biāo)準(zhǔn)電壓I=i*δi。SOH表示的是電池內(nèi)部的不可逆反應(yīng)，它是一個(gè)變化很慢的變量，所以無需對(duì)它進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)條件下蓄電池從充滿電再放電一直到規(guī)定的截止電壓為止所放出的電量與電池的標(biāo)稱的容量之比值就得到SOH，這里，電池充滿電后再放完后放出的電量，K是電流修正系數(shù)。電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電池管理系統(tǒng)的一大主要功能是檢測(cè)各單體電池的電壓、溫度信號(hào)，DSP根據(jù)各檢測(cè)模塊送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后做出相應(yīng)的處理，把出現(xiàn)問題的電池即是換