【正文】 從機的情況下，系統(tǒng)可按單節(jié)點系統(tǒng)進行操作。單總線適用于單主機系統(tǒng)，能夠控制一個或多個從機設(shè)備。遠端引入。 為了延長電池的壽命，電池管理系統(tǒng)要讓電池在一個恒定的溫度內(nèi)工作，因此系統(tǒng)要盡量測量多點的溫度，才能確保管理系統(tǒng)對能夠及時做出響應(yīng)。環(huán)境溫度為0℃時，電池容量最好。一般情況下，實際溫度系數(shù)不是一個常數(shù)。電解液的溫度直接影響到放電量，環(huán)境溫度對蓄電池的工作性能和使用壽命有極大的影響作用。重復(fù)上述過程，單片機即完成對本模塊所管理的電池的檢測。工作時，單片機發(fā)出通道選址信號，讓其中1路電池的正負極與電容連接，對電容進行充電，然后斷開通道開關(guān)，接通跟隨放大器的開關(guān)，單片機對電容的電壓進行快速檢測，由此完成了對1節(jié)電池的電壓檢測。開關(guān)SSS4負責(zé)將電池的負極連接至飛電容的負極。 電壓檢測電路 以上4節(jié)電池可以用2個三通道開關(guān)切換陣列來實現(xiàn)。飛電容技術(shù)的原理圖如圖1所示，為電池組4節(jié)的保護電路圖，通過四通道的開關(guān)陣列可以將4節(jié)電池的任意1節(jié)電池的電壓采集到單片機中，單片機輸出驅(qū)動信號，控制MOS管的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而對電池組的充電放電起到保護作用。測量關(guān)系表達式為:V0=(R1+R2)Vin/R1 （）選擇合適的測量電阻R1和R2，就可以滿足電流測量的要求。根據(jù)本文參數(shù)檢測的特點和控制的要求，對于精度要求不高的測量對象，電流的檢測采用電阻壓降法，可以滿足要求。電壓信號、電流信號通過不同的采集電路，分別進人單片機內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器，進行信號的濾波和轉(zhuǎn)換。 MC9S08DZ60的結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由單片機、信號采集電路、顯示電路以及充放電控制繼電器組成。(11)低功耗空閑模式、噪聲抑制模式、省電模式、后臺調(diào)試模式。(9) RTC一(實時時鐘計數(shù)器)8位模數(shù)計數(shù)器，帶基于二進制或十進制的預(yù)分頻器，實時時鐘功能，使用外部晶體和RTC來確保精確時基、時間、日歷或任務(wù)調(diào)度功能，內(nèi)帶低功耗振蕩器(1 kHz)?？芍С州斎氩蹲?，輸出比較，或每個通道帶緩沖的邊沿對齊PWM輸出；(6)支持最多32個中斷/復(fù)位源。(3)具有片內(nèi)存儲SRAM，可實現(xiàn)靈活的數(shù)據(jù)處理方式:(4) 10通道AD, 12位分辨率，2. 5uS的轉(zhuǎn)換時間，有自動比較功能。MC9S08DZ60的主要功能如下：(1)程序存儲為FLASH結(jié)構(gòu)，方便程序更新。根據(jù)本設(shè)計方案的要求，系統(tǒng)的MCU必須具有如下強大的功能:帶增益放大的高精度AD并且數(shù)量夠用、采用的程序結(jié)構(gòu)為FLASH、支持I2C通信、具有E2PROM等功能，并且有助于幫助用戶降低成本，增強產(chǎn)品的性能并提高產(chǎn)品的質(zhì)量。另外，由于SOC算法比較復(fù)雜，需要電池管理系統(tǒng)具有較快的數(shù)據(jù)處理速度。電池管理系統(tǒng)是實現(xiàn)SOC算法的載體，它的硬件設(shè)計直接關(guān)系到SOC算法能否實現(xiàn)，并影響到SOC算法的性能。3. 4本章小結(jié) 本章主要探討了動力電池電量預(yù)測研究的關(guān)鍵技術(shù)，重新定義了電池SOC，詳細分析了影響電池性能的主要因數(shù)，介紹了目前電池電量預(yù)測的方法并及現(xiàn)存的問題，對電池組SOC的測量，提出了結(jié)合安時法、開路電壓法和卡爾曼濾波法法的復(fù)合剩余電量預(yù)測法，從理論基礎(chǔ)與實現(xiàn)方法方面進行了深刻的闡述。5. 計算更新后估計協(xié)防差矩陣C(k)~ = [IK(k)H(k)]C(k)^[IK(k)H(k)]39。[H(k)C(k)^H(k)39。+T(k,k1)Q(k)T(k,k1)39。X(k1)U(k1)Y(k) = H(k)現(xiàn)設(shè)線性時變系統(tǒng)的離散狀態(tài)防城和觀測方程為： X(k) = F(k,k1)其次，卡爾曼濾波把被估計量作為系統(tǒng)的狀態(tài)，用系統(tǒng)狀態(tài)方程來描述狀態(tài)的轉(zhuǎn)移過程，因此，各時刻之間的狀態(tài)相關(guān)函數(shù)，就可以根據(jù)狀態(tài)方程的轉(zhuǎn)移特性來描述，解決非平穩(wěn)隨機過程估計的困難。 卡爾曼濾波算法 卡爾曼濾波是一種遞推線性最小方差估計，利用上一時刻的估計，再加上實時得到的量測來進行實時估計。 電池等效電路模型在放電前電池充分靜置，可認為電容沒有電荷，零狀態(tài)、零輸入電壓響應(yīng)分別為： （） （） U01,U02,T1,T2為待定系數(shù)，根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)，利用MATLAB軟件中的fminsearch函數(shù)，采用非線性最小二乘曲線擬合，就可以求出待定系數(shù)。時問常數(shù)較小的R1C1環(huán)節(jié)描述鋰離子電極間傳輸時受到的阻抗，時問常數(shù)較大的R2C2環(huán)節(jié)來描述鋰離子電極材料中擴散時受到的阻抗。開路電壓法是利用電池的開路電壓與電池的荷電狀態(tài)之間的對應(yīng)的關(guān)系，通過測量電池的開路電壓來估計SOC的。Ah積分法可用于所有電動汽車電池，若電流測量準確，有足夠的估計起始狀態(tài)的數(shù)據(jù)，它是一種簡單、可靠的SOC估計方法。 SOC的估算方法Ah積分法是最常用的SOC估計方法。單獨使用任何一種算法估算SOC都存在不可避免的缺陷，很難單獨應(yīng)用在實時在線測量環(huán)境，因此需要綜合考慮各個方面的因素，得到一種最優(yōu)算法:利用安時積分計算動態(tài)過程中SOC的變化量，結(jié)合開路電壓和零負載電壓修正電流積分造成的累計誤差。目前電動車上較多的使用電池荷電狀態(tài)估算方法。這主要是因為電池組的SOC和很多因素相關(guān)(如溫度、前一時刻充放電狀態(tài)、極化效應(yīng)、電池壽命等)，而且具有很強的非線性，給SOC實時在線估算帶來很大的困難。準確估算蓄電池的SOC是一項重要而富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，實時準確地獲得電池組的SOC是設(shè)計電池管理系統(tǒng)的重要前提。因此在某些簡單放電工況或者對剩余容量估算要求不高的場合，可以利用電池的端電壓等參數(shù)來表征蓄電池的剩余容量，目前市場上絕大多數(shù)的電動自行車就是利用電池的端電壓來表征電池的剩余容量的?；诒鞠到y(tǒng)的使用范圍是電動自行車，所以本設(shè)計的硬件電路既要簡單又必須穩(wěn)定可靠，所以對原有管理系統(tǒng)的硬件電路進行了改造，包括電壓采集電路、電流采集電路等，而且又在原有系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，添加了另外一項功能，即均衡充電。電量計算及顯示模塊主要是通過分析采集的參數(shù)并根據(jù)研究試驗得出的電量估測算法，對電池的當(dāng)前剩余電量進行估算，并通過三個LED燈的閃亮個數(shù)來顯示電池的剩余容量。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示:圖21系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 其中數(shù)據(jù)采集模塊分為電壓采集、電流采集和溫度采集，主要負責(zé)采集電池的各種即時狀態(tài)參數(shù)，即電流、電壓、溫度。 (5)安全性:在確保系統(tǒng)以上特性的同時，我們還必須保證系統(tǒng)運行時的安全性問題。 (3)經(jīng)濟性:既要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時也得考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟性，選擇合適的硬件以及配置。 (2)先進性:采用了先進的計算機技術(shù)，如freescal。如果限壓裝置失敗，則有可能會引起電池殼體開裂或爆炸。(6)內(nèi)壓和耐過充電性能(二次電池)。(5)循環(huán)壽命(二次電池)。(4)貯存性能。(3)工作溫度范圍。電池的放電特性是指電池在一定的放電制度下，其工作電壓的乎穩(wěn)性，電壓平臺的高低以及大電流放電性能等，它表明電池帶負載的能力。電池容量是指在一定放電條件下，可以從電池獲得的電量，即電流對時間的積分，一般用mAh或Ah來表示，它直接影響到電池的最大工作電流和工作時間。在充放電過程中，鋰離子在正極和負極來回移動。從充放電反應(yīng)的可逆性看，鋰離子電池反應(yīng)是一種理想的可逆反應(yīng)。 (4)電池故障診斷:依據(jù)所測單個電池溫度、電壓等參數(shù)對比其正常參數(shù)范圍作出診斷處理。 (2)電池充放電過程管理:即實時監(jiān)控電池充放電時的溫度、電壓、電流等參數(shù)，在發(fā)現(xiàn)異常情況時及時斷開充放電電路。因為鋰離子電池在過放電、過充電、過電流或過溫度的狀態(tài)下會嚴重的損壞，甚至?xí)霈F(xiàn)爆炸等安全性問題。自放電率，是指在一段時間內(nèi)，電池在沒有使用的情況下，自動損失的電量占總?cè)萘康陌俜直?。鋰離子電池不存在記憶效應(yīng)；相同的電容量下，體積非常小； V，是鎳鎘電池、鎳氫電池的3倍；可使用的溫度范圍廣（一20℃ ～60℃），而鎳氫電池為（0℃～50℃）。鎳氫電池也有記憶效應(yīng)，但棚對鎳鎘電池較小。但由于有催化劑的氫電極面積大，氫氣能夠隨時擴散到氫電極表面，所以氫氣和氧氣能夠相對容易的在蓄電池內(nèi)部再化合生成水，使容器內(nèi)的氣體壓力基本保持不變。鎳氫電池: 鎳氫電池的容量比鎳鎘電池大，一般為兩倍左右，其正極的主要成分為氫氧化鎳，負極主要為無污染物質(zhì)的合金粉，電解液是30％ 氫氧化鉀水溶液。鎳鎘電池使用過程中，如果電量沒有全部放完就開始充電，下次再放電時，就不能放出全部電荷量。2 電池管理系統(tǒng)總體設(shè)計鎳鎘電池: 鎳鎘蓄電池過充電時，將使電池內(nèi)發(fā)生分解水的反應(yīng)，在正、負極板上將分別有氧氣和氫氣析出。本課題的主要目的是純電動自行車的研制，研制適用于純電動自行車的電池管理系統(tǒng)?？傮w來講，電池管理系統(tǒng)(BMS)與電機、電機控制技術(shù)、電池技術(shù)相比，還不是很成熟。在國家863計劃2005年第一批立項研究課題中，就分別有北京理工大學(xué)承擔(dān)的混合動力轎車（EQ7200HEV）用鎳氫動力電池組及管理模塊、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。日本豐田的混合車用系統(tǒng)等等。美國Aerovironment公司開發(fā)的SmartGuard系統(tǒng)( Battery Using Intelligent ModularControl System)。德國的B. Hauck設(shè)計的BATTMAN系統(tǒng)。 隨著近年來電動汽車研究和使用的不斷升溫，國外一些大的汽車生產(chǎn)商和電池供應(yīng)商針對各種類型的電池作了大量的試驗及研究，總結(jié)出電池的數(shù)學(xué)模型，并成功開發(fā)出許多電池管理系統(tǒng)，并裝車試用。例如，法國所設(shè)計研發(fā)的電池管理系統(tǒng)功能相當(dāng)?shù)耐晟?，它可以保證電池處在正常狀態(tài)下，防止其進入損害狀態(tài)，最大程度的提高使用效率和延長使用壽命。從1997年升始，日本青森工業(yè)研究中心仍在繼續(xù)進行（BMS）實際應(yīng)用的研究:美國Villanova大學(xué)和SNanocorp公司己經(jīng)合作多年對各種類型的電池SOC進行基于模糊邏輯的預(yù)測。借助電池管理系統(tǒng)(BMS )判斷單體電池與電池組的狀態(tài)。目前所涉及的電動自行車電池管理系統(tǒng)(BMS )通常包含以下功能組成部分:數(shù)據(jù)采集、剩余容量( SOC)的估算、電氣控制(充放電控制)、熱量管理、安全管理和數(shù)據(jù)通信等。我們知道，蓄電池是電動自行車的動力源，其性能和工作狀態(tài)對整車來說是非常重要的，電池管理系統(tǒng)的主要功能就是在即時檢測電池工作狀態(tài)的基礎(chǔ)上，對其剩余容量做出較為準確的估計，對故障電池做出早期預(yù)判，防止發(fā)生過沖過放等損害電池的行為，防止因為單體電池的損壞而未能及時發(fā)現(xiàn)而導(dǎo)致的整個電池組的壽命降低，從而降低了成本，提高使用效率。2009年美國總統(tǒng)奧巴馬首次訪華時，就收到了科技部部長萬鋼贈送的電動自行車作為國禮，電動自行車是我國為數(shù)不多的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的代表。電動自行車發(fā)展最快是從2005年開始的，企業(yè)之間的激烈競爭大大刺激了技術(shù)進步和新技術(shù)的擴散?！皳?jù)完全統(tǒng)計，19月，全國50家骨干電動自行車企業(yè)的增長只有5%，中小企業(yè)產(chǎn)銷量更是大幅下降。近年來，電動自行車行業(yè)發(fā)展迅速，年增長速度達到30%40%。在2005年，國家863計劃立項的第一批研究課題中，就有很多公司、研究院參與其中，而且也取得了一定的成果?，F(xiàn)在，有很多知名高校，如清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、北京交通大學(xué)、北京理工大學(xué)和北方工業(yè)大學(xué)等等，利用自己在這方面的優(yōu)勢，和一些汽車生產(chǎn)商和電池生產(chǎn)商聯(lián)合研究開發(fā)，都取得了豐碩的成果。高收入家庭能靠自家的汽油發(fā)電機發(fā)電照明，中下收入的上班族就只能靠馬燈什么的照明了。　　澳大利亞法律劃定，輸出功率在200瓦以上的電動自行車被列入小型摩托車治理，車輛要進行注冊，駕駛者必需持有駕照，治理規(guī)則與摩托車相同，駕駛者要戴安全頭盔。北海道也有類似服務(wù)，而且是免費的。澳大利亞的交通治理部分近期會有提案，將200瓦的輸出功率上限進步