【正文】 此時，BCU通常采用一次輪詢8個BMC子板的方式進(jìn)行管理。在較為簡單的電池管理系統(tǒng)中，BCU和BMC沒有明顯的界限，有時采用一個芯片完成電池管理系統(tǒng)的所有功能。通信網(wǎng)絡(luò)的時延與通信的控制方式以及通信波特率的設(shè)置有關(guān)。 造成時延的幾個因素 動力電池狀態(tài)監(jiān)測過程中，以下幾個環(huán)節(jié)均會造成狀態(tài)信息不同程度的時延：電池監(jiān)測回路（BMC）的信息采集環(huán)節(jié)，通信網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞環(huán)節(jié)以及負(fù)責(zé)總體決策的電池控制單元（BCU）的信息處理環(huán)節(jié)。然后還需要進(jìn)行測試工作，包含BMS單元測試和整個動力電池組的整體測試：各項功能測試，即測試BMS各項策略、功能是否滿足設(shè)計要求。 動力電池管理系統(tǒng)開發(fā)前期工作根據(jù)整車對動力電池及其管理系統(tǒng)所提出的要求，選定合適的功能，最終確定系統(tǒng)全部功能，編寫功能說明書；根據(jù)整車對動力電池及其管理系統(tǒng)所提出的要求，研究確定BCU與BMC及單元電池之間的拓?fù)潢P(guān)系，繪制電池管理系統(tǒng)的拓?fù)潢P(guān)系圖；在進(jìn)行BMS軟硬件設(shè)計之前，必須對動力電池的充放電特性、容量特性、內(nèi)阻特性等進(jìn)行測試，以便設(shè)計相應(yīng)的硬件保護(hù)電路、SoC評估算法設(shè)計及管理策略等。低功耗設(shè)計又分別從硬件與軟件兩個方面共同實現(xiàn)。無論交給誰開發(fā)電池管理系統(tǒng)，都必須考慮電池的使用環(huán)境和工作條件（汽車企業(yè)考慮周全），電池的工作特性（電池制造商掌握）。大致可以分為3個階段：第一：根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)以及前期對電池樣本測評的記錄，掌握相關(guān)型號動力電池工作特性；第二：確定動力電池管理系統(tǒng)的基本設(shè)計方案，包括：選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式；確定電池的安全保護(hù)策略；建立動力電池模型，設(shè)計剩余電量的評估算法；確定均衡管理策略、能量管理策略；第三：根據(jù)方案設(shè)計響應(yīng)的軟、硬件系統(tǒng)并進(jìn)行可靠性驗證。該電路板為工作電壓（充電電壓上限、放電電壓下限）、工作電流（最大工作電流）、工作溫度（安全工作溫度范圍）設(shè)定限值，通過限值預(yù)案采取相應(yīng)措施保護(hù)電池組安全。造成了在電池剩余容量評估算法、均衡管理策略上的不一致；3）動力電池組可能面臨不同的使用環(huán)境、使用條件。 圖53 星型連接方式 圖54 總線型連接方式無論采用何種物理連接方式，從通信網(wǎng)絡(luò)角度看，2種方式均存在“介質(zhì)訪問競爭”機(jī)制，BCU與BMC之間的采取總線協(xié)議實現(xiàn)信息交互，需要進(jìn)行“隔離設(shè)計”。優(yōu)點：便于進(jìn)行介質(zhì)訪問控制，BMC故障不會波及其它模塊；缺點：通信線路的可維護(hù)性差；受總線模塊端口限制擴(kuò)展性差，不能隨意添加多個BMC單元。通信總線的不同物理連接方式形成了不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組合。有時采取將BCU和BMC的功能合并到同一塊集成電路芯片中完成。與獨立檢測相比，多路BMC設(shè)計可以讓電路板由多個動力電池所共享，設(shè)計成本低。根據(jù)實際需要，在BMC中加入通信及均衡控制管理，及時向BCU匯報信息，通過旁路電阻的方式對所管轄的單元電池實時相關(guān)的均衡管理控制。第五章 動力電池管理系統(tǒng)開發(fā)的基本問題 動力電池管理系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 電動汽車采用磷酸鋰鐵電池作為動力源，需要用到的單體電池數(shù)目通常較多，就相應(yīng)的需要對電池管理系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。“能量控制管理”功能很大程度上依賴剩余電量估算，其中的充電控制管理、放電控制管理、均衡控制管理等都要借助電池剩余電量評估值作為參考。除了圖中給出的幾類典型功能之外，還可以添加“熱管理與控制”、“通信失效識別”、“故障自診斷與處理”等等功能。例：電動汽車行駛過程中受到各種外部干擾，實時檢測到的電壓、電流數(shù)據(jù)存在偏差，利用歷史數(shù)據(jù)可以對偏差量進(jìn)行調(diào)整，以便獲得較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；第二：有助于電池狀態(tài)分析。 系統(tǒng)內(nèi)外信息的交互先進(jìn)的汽車控制都離不開車載信息通訊網(wǎng)絡(luò)。電動汽車電壓參數(shù)較多，僅需把電池組總電壓、總電流、最高電池電壓、最低電池電壓、最高電池溫度、最低電池溫度參數(shù)顯示在儀表中；第二：電池剩余容量參數(shù)。因此采取均衡管理把剩余容量電荷利用起來，提高電池組的放電效能。 電池放電控制管理 指電池在放電過程中根據(jù)電池的狀態(tài)對放電電流大小進(jìn)行控制，確保動力電池組有限的容量發(fā)揮更大的效能。過溫保護(hù)需要考慮環(huán)境溫度、電池組溫度及單體電池溫度。電動汽車通常采用的動力電池是電池的復(fù)聯(lián)形式。 過充過放保護(hù) 過充保護(hù)：電池在滿電荷狀態(tài)為100%的情況下，為了防止繼續(xù)對電池充電造成的電池?fù)p壞所采取的切斷電池充電回路的保護(hù)措施。電動汽車在起步、提速過程中需要額外的大電流滿足其動力特性。電池安全保護(hù)的主要內(nèi)容包括“過流保護(hù)”、“過充過放保護(hù)”、“過溫保護(hù)”三項。影響電池老化程度的因素：工作過程中的電池組溫度、放電流的大小、單體電池的外部特性變化等。目前，在電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域超過半數(shù)的研究工作都是圍繞著剩余容量的評估展開。 電池剩余容量評估 類似于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的燃油剩余量，電池剩余容量反映的是電池在當(dāng)前狀態(tài)下還存有的容量，亦所謂的電池管理系統(tǒng)剩余電量評估模塊需要完成的功能。無法小型化，目前只能適合做動力電池。電池所有原材料均無毒，生產(chǎn)過程清潔無毒，不會產(chǎn)生污染源。4）充放電特性好。2）成本低。⑵磷酸鋰鐵電池性能特點。 磷酸鋰鐵電池（動力電池）磷酸鋰鐵電池指采用磷酸鋰鐵LiFePO4作為正極材料的鋰離子電池。區(qū)別在于電解質(zhì)不同，鋰聚合物電池以固態(tài)聚合物電解質(zhì)替代了液態(tài)的電解質(zhì)，主要有3類：1）固體聚合物鋰離子電池。用于鋰離子電池的電解質(zhì)要求：電導(dǎo)率高、化學(xué)劑電化學(xué)性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、安全性好、廉價等。商業(yè)化的鋰離子正極材料為LiCoO2（氧化鈷鋰），屬于aFeO2結(jié)構(gòu)，具有可逆性好、放電容量高、充放電效率高、電壓穩(wěn)定性好等性能。目前研究較多并較為成功的碳負(fù)極材料主要有：石墨、乙炔黑、微珠碳、石油焦、碳纖維、裂解碳等，通常采用C6Li表示負(fù)極。正極材料鈷酸鋰價格高（鈷材料資源少），電解液體系提純困難。目前在25℃～45 ℃，期望40℃～70 ℃。 7）充電效率高。5）安全性能好。3）循環(huán)壽命長。其本質(zhì)是鋰離子在正負(fù)極之間的往復(fù)嵌入或脫嵌，形象的稱之為“搖椅式電池”。采用鋰作為負(fù)極組成的電池具有一系列優(yōu)點：比能量大、電池電壓高、電池電壓平穩(wěn)、工作溫度范圍寬、壽命長。影響電池循環(huán)壽命因素：①充放電過程中，電極活性表面積減小；②電極活性物質(zhì)脫落或轉(zhuǎn)移；③電池材料發(fā)生腐蝕；④電池內(nèi)部短路；⑤隔膜損壞和活性物質(zhì)晶型改變，活性降低。放電曲線：一定放電情況下，連續(xù)放電時電池工作電壓隨時間變化的關(guān)系曲線。電池內(nèi)阻越小，電池工作時內(nèi)部壓降就越小，電池就能輸出較高電壓和較大電流，輸出能量和容量就越大。即便同一材料，晶體結(jié)構(gòu)稍存差異，均會造成開路電壓的差異。區(qū)別：蓄電池功率一定程度上決定了電動汽車的加速度、爬坡性能、最高車速；蓄電池的能量決定了電動汽車充電一次后所具備的續(xù)航里程。⑵電池的能量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的放電條件下，電池對外做功所輸出的電能。在使用過程中，每一次不完全放電均會加深該效應(yīng)，使電池容量逐漸變低。⑷電池的極化：電池由靜止（i=0）轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)（i0）產(chǎn)生的電池電壓、電極電位的變化現(xiàn)象。充電參數(shù)：充電特性：充電時蓄電池的電流、電壓與時間之間的關(guān)系；完全充電：蓄電池內(nèi)所有可利用活性物質(zhì)都已轉(zhuǎn)換成完全電荷狀態(tài)；充電率：充電時的速率，時率和倍率表示。時率：一定的放電電流（恒流）放完額定容量所需要的小時數(shù)；倍率：規(guī)定時間內(nèi)放出其額定容量時所輸出的電流的數(shù)值與額定值的倍數(shù)。 電池的基本常識和術(shù)語⑴電池的組合：蓄電池作為動力源，一般要求具有較高的電壓和電流，需要將若干單體電池通過串聯(lián)、并聯(lián)、復(fù)聯(lián)方式組合成電池組使用。形狀一般為薄膜、板材或膠狀物。2）電解質(zhì)：電池內(nèi)部陰、陽極之間擔(dān)負(fù)傳遞電荷的作用。⑴活性物質(zhì)：能夠通過化學(xué)反應(yīng)釋放電能的物質(zhì)。物理電池：物理原理制成的電池，在一定條件下直接實現(xiàn)能量交換。與其相關(guān)的燃料電池輔助系統(tǒng)的小型化與輕量化，燃料電池在電動汽車的實用化更接近現(xiàn)實，燃料電池電動汽車商品化的步伐將越來越明朗。密封的高要求造成了燃料電池制造工藝的復(fù)雜性，并帶來使用與維護(hù)上的困難。燃料電池系統(tǒng)中還要通過多個環(huán)節(jié)才能制取氫氣。：1）輔助設(shè)備復(fù)雜。燃料電池單體電池產(chǎn)生電壓約1V。3）寬廣范圍內(nèi)保持高效且過載能力強(qiáng)。用碳?xì)浠衔锶剂辖?jīng)過重整器重整，由燃料電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，再通過電動機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動汽車，綜合效率可達(dá)到34%；傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)綜合效率僅有11%。燃料電池系統(tǒng)主要研究熱點:使用輕質(zhì)材料，優(yōu)化設(shè)計，提高燃料電池系統(tǒng)的比功率；提高質(zhì)子交換膜燃料電池快速冷卻起動能力和動態(tài)反應(yīng)性能；研究具有負(fù)荷跟隨能力的燃料處理器等。電池內(nèi)部的水/熱管理是燃料電池的難點與重點，關(guān)乎燃料電池性能好壞。燃料電池功率密度隨反應(yīng)物氫和氧的壓力升高而增大。燃料電池用于汽車動力源，可以為能源問題和環(huán)境污染問題提供有效的方案。（1）串聯(lián)式HEV控制策略； ； ；； 。4）HEV的能量管理與控制策略混合動力電動汽車能量管理指：車輛在不同工況下行駛過程中，控制各組成部件（發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、蓄電池、電動機(jī)、傳動裝置）之間的能量流大小及其方向。圖27 動力組合器動力組合式并聯(lián)混動汽車結(jié)構(gòu)原理圖3）混聯(lián)式混合動力電動汽車（CHEV）混聯(lián)式混動汽車綜合了串聯(lián)式電動汽車與并聯(lián)式電動汽車的結(jié)構(gòu)特點，既能工作在串聯(lián)混合式模式（增加了機(jī)械動力傳遞路線），也可以工作在并聯(lián)混合式模式（增加了電力驅(qū)動傳遞路線）。2大動力總成：發(fā)動機(jī)、電動/發(fā)電機(jī)并聯(lián)方式組成，在較低負(fù)荷時單獨使用發(fā)動機(jī)或電動機(jī)作為動力源，大功率負(fù)荷時同時起動電動機(jī)和發(fā)動機(jī)作為汽車動力源。優(yōu)點：發(fā)動機(jī)可以固定在工況點工作，因此可以使發(fā)動機(jī)在有害排放物最低與效率最高的工作點工作。動力系統(tǒng)的蓄電池作為主要動力源，要求蓄電池容量較大。混合動力汽車設(shè)計時必須考慮其純電動運行模式，這樣可以用來改善在城市工況中的尾氣排放問題（城市工況下開啟純電動模式），這樣混合動力電動汽車的尾氣排放在一定程度上較之內(nèi)燃機(jī)汽車具有很大的改善，特別是怠速時的尾氣排放問題，降低了城市環(huán)境污染。若電動汽車能源與其它能源有機(jī)結(jié)合復(fù)合利用，可以改善電動汽車加速性能，提高續(xù)航里程，成為電動汽車實用化的有效途徑之一。車內(nèi)布局則盡量減少剛性機(jī)械部件連接的動能傳動，選取柔性電纜，使得電動汽車車內(nèi)布局有較大靈活度。2）汽車底盤 汽車底盤作為整個汽車的基體，不僅起著支撐蓄電池、電動機(jī)、驅(qū)動控制器、汽車車身、空調(diào)在內(nèi)的各種輔助裝置作用，而且將電動機(jī)動力進(jìn)行傳遞和分配，按照駕駛員需求行駛。④其它輔助裝置?，F(xiàn)代汽車一般采用輔助動力轉(zhuǎn)向裝置，目前較為理想的是電子控制動力轉(zhuǎn)向系EPS，電動汽車適合選用電控電動轉(zhuǎn)向系（內(nèi)燃機(jī)汽車大多數(shù)采用電控液力轉(zhuǎn)向系）。輔助動力源供給電動汽車各種輔助裝置所需的動力電源，一般選用12V或24V直流低壓電源，向電子輔助動力轉(zhuǎn)向、制動力調(diào)節(jié)控制、照明、車載空調(diào)、電動門窗等在內(nèi)的各種輔助裝置提供所需能源。將電動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩傳輸給汽車的驅(qū)動軸，帶動汽車車輪行駛。電機(jī)在電動汽車中具有電動和發(fā)電雙重功能，即正常行駛過程中用作電動機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；在減速和滑行過程中用于發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。按照中央控制單元的指令和電動機(jī)的速度、電流反饋信號，對電動機(jī)速度、驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行控制。①中央控制單元。充電控制器主要功能是把電網(wǎng)供電制式轉(zhuǎn)換成蓄電池要求的制式（AC/DC與充電電流控制）。能源管理系統(tǒng)的主要功能是在汽車行駛過程中進(jìn)行合理的能源分配，協(xié)調(diào)各功能部分工作的能量管理，使有限的電池能量得到最大限度利用（最優(yōu)化）。蓄電池作為純電動汽車的唯一能源，除了供給汽車驅(qū)動行駛所需電能外，還必須供應(yīng)汽車上各種輔助裝置的工作電源。電力驅(qū)動控制系統(tǒng)決定了整個電動汽車的結(jié)構(gòu)組成及其性能特征，屬于電動汽車的核心，相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車發(fā)動機(jī)與其它功能以機(jī)電一體化方式的組合體，這正是電動汽車區(qū)別與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點。主要原因在于電動機(jī)屬于電氣執(zhí)行元件，發(fā)動機(jī)則屬于機(jī)械執(zhí)行元件，而電氣執(zhí)行響應(yīng)速度通常較之機(jī)械響應(yīng)速度快幾個數(shù)量級。按儲能裝置分類：鉛酸蓄電池、鋰電池、鎳氫蓄電池、鈉硫蓄電池；按驅(qū)動電動機(jī)分類：直流電動機(jī)、交流電動機(jī)、永磁無刷電動機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)；按驅(qū)動結(jié)構(gòu)布局分類：傳統(tǒng)驅(qū)動模式、電動機(jī)—驅(qū)動橋組合驅(qū)動方式、電動機(jī)—驅(qū)動橋整體式驅(qū)動方式、輪轂電機(jī)分散驅(qū)動方式?？梢钥闯?，傳統(tǒng)的汽車行業(yè)發(fā)展已經(jīng)遇到了前所未有的阻礙。%的速率飛速增長，截至2011年8月底。隨著人類生活水平的提高，對生存環(huán)境的要求也越來越高，降低汽車尾氣排放的呼聲日益高漲。汽車對環(huán)境污染包括大氣污染、噪音污染和振動等。目前我國成為第二大石油進(jìn)口國，根據(jù)現(xiàn)階段汽車工業(yè)發(fā)展趨勢，我國石油進(jìn)口依存度將繼續(xù)增大。雖然交通事故由人、車、路、環(huán)境等諸多因素互為影響引起的，但是改善汽車性能和交通管理是能夠有效降低交通事故發(fā)生的關(guān)鍵因素。從全世界發(fā)生的第一起交通死亡案例至今，已累計超過3200萬人死于交通事故。在給人類帶來福祉的同時，汽車也帶來許多不幸與災(zāi)難。即蓄電池報廢前所能行駛最大里程數(shù)。⑤續(xù)駛里程。爬坡能力指汽車在良好的路面上，以最大驅(qū)動力行駛所能爬行的最大坡度。傳統(tǒng)汽車受慣性影響較大，其加速性能表現(xiàn)欠佳。但是受蓄電池影響，其正常速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)汽車。③維護(hù)與維修特點。業(yè)界內(nèi)看好的蓄電池主要包括磷酸鋰鐵電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池、鎳氫電池等，價格都難以承受。正是能量少的特點，目前絕大多數(shù)純電動車都制作成微型車樣式。純電動汽車完全依賴蓄電池工作，而蓄電池能量比受目前材料影響受限，如何有效利用車載可用能量極為關(guān)鍵。②結(jié)構(gòu)與整體布局的差別大。燃料電池和混合動力電池?zé)嵝瘦^高，單位里程排熱少。對于壓力供氣的燃料電池而言，由于空壓機(jī)的運轉(zhuǎn)會帶來相當(dāng)?shù)脑胍?，?yīng)添加隔音裝置措施減小噪音。②噪音低?；旌蟿恿ζ嚢l(fā)動機(jī)配合蓄電池使用，廢氣排放量減少，實現(xiàn)少排放目標(biāo)。電動汽車則可以利用回饋制動方式將電能反向回饋至蓄電池，實現(xiàn)能量有效回收利用，從而增加電動汽車?yán)m(xù)航里程，提高經(jīng)濟(jì)性能。若能采用新能源（太陽能、風(fēng)能、原子能）等發(fā)電，則效率會直線上升。②能源利用率高