【正文】 信號采集但不能檢測到每個電池單體，不僅測量精度差，而且對信號處理的要求也很高。 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電源系統(tǒng)的管理單元，對電源系統(tǒng)的基本信息如電流、電壓、溫度進行采樣 ，再在 BMS 中心處理器內(nèi)進行數(shù)據(jù)的處理、計算、判斷和相應(yīng)的控制。 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。 電池管理系統(tǒng)設(shè)計方法 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)與充電機采用 CAN 總線方式進行通信 ， CAN 總線是一種有效支持實時控制或分布式控制的串 行通信網(wǎng)絡(luò)，在電磁干擾環(huán)境下它可以實現(xiàn)遠距離實時數(shù)據(jù)的可靠傳輸，而且硬件成本還比較低。 在用均衡充充電時的時間要把握好，不能太長（浪費電能）也不能太短（達不到這樣做的目的），而且這樣對電池的損害也是很大的 。 在電池的不一致顯現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)，經(jīng)檢驗我們可以從兩個方面來決定要不要啟動這種充電模式，第一個是電池組將要充滿電的時候根據(jù)各單體電壓之間的差距來判斷是否需要均充，第二個是在充滿電的時候電池的電壓和電流是不是都達到規(guī)定值。 因為本電池管理系統(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)充電的時候要考慮到均衡 ， 這對電池的充電特別重要，關(guān)系到電池的壽命和安全狀態(tài)。估計出現(xiàn)的偏差相當一部分來源于處理的數(shù)據(jù)和方法?？梢杂秒妷?、溫度、電流、內(nèi)阻等變量來估測電池的 SOC，選擇合適數(shù)目的 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入變量對模型的準確度影響很大。時間段會影響直流電阻的數(shù)值，如果時間段不到 10 毫秒，那么這個時候僅能使用歐姆電阻才可以檢測到；如果時間段很長內(nèi)阻的測量計算就會特變復(fù)雜， 很難測得 單體電池電阻的精確值，直流法測量電池內(nèi)阻的弊端就在這里，這個方法比較適合于在電池的放電的后期估測 SOC 的 數(shù)值。 電池 的電 阻有 兩種即交流 與直流內(nèi)阻 ， 這兩個電阻跟 SOC 數(shù)量關(guān)系很近，所謂的交流阻抗是一個復(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 交流阻抗儀器去測量它的電阻值 ，溫度對交流阻抗的影響很大。 在 Ah 計量法 中會遇到的 問題： 量取的 電流值 誤差大不精確 ，會導(dǎo)致 SOC的 計算 值 出現(xiàn) 偏差 ，而且 誤差 會 隨著不停地積累 使 誤差變得 越來越大，電流波動較大 和溫 度特高的 狀態(tài)下 都會使 誤差 變得 很大 很大， 可以利用 高性能電流傳感器實現(xiàn)電流測量， 不過這種方法花錢要多一些 ，通 過大量 的 實驗 數(shù)據(jù)測量電池的充電 的 效率， 這樣就可以找出電池有關(guān)它的充 電效率的 實用 公式。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（ SOC） 計算電池 的 荷電狀態(tài)是電池管理系統(tǒng) 一大 重 點和 難 點，由于電池的工作環(huán)境比較難預(yù)測，電動車的工作過程 又 是一個 變化很多 的過程，電池的自身狀態(tài)同時還要受到它的壽命 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。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，整個波形逼近蓄電池可接受充電電流曲線。 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，當充電電流接近蓄電池固有充電曲線時，適時地對蓄電池進行反向電流放電，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，縮短充電時間。 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充電量，在短時間內(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，否則電池就會出現(xiàn)危險，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。 恒值電壓充電的時候因為是電壓不變的情況所以就會有電池依據(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，同時也順應(yīng)了自 然規(guī)律，在健康狀態(tài)下一定的時間內(nèi)給電池補充最多的電量 。 這種充電模式與上一種模式區(qū)別在于起始充電的時候恒值電流變成了恒值電壓 。變電流間歇充電法電流電壓曲 線如圖。 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)致壓強增大的問題，這樣也同時保護了電池健康狀態(tài)，延長了電池的使用壽命 。 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 。 這種充電方法使電池的充電更加合理電池有 足夠的時間發(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 ， 同時也增大了電池對電流的認可度 。 脈沖充電方式 利用的是電池隔一段時間脈沖電流充電隔一段時間停止的充電方法 ， 就這樣不停地 循環(huán)，如圖 3． 5所示。 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， 所以該法的使用會有一些限制 。 三階段充電法 是充電過程中有三個階段充電，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。 起始階段 ，電流 值保持不變對電池進行 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 。 一般比較多用的 充電方法有 是 二階 跟 三階段充電 的方 法。 為給 蓄電池組 在 放電過程結(jié)束后給 它內(nèi)部的 化學(xué)物質(zhì)一個恢復(fù)過程， 這個時候需要 以 某種中程度上相對來說較 小的電流 來給電池 充電， 在它的 端電壓 增達到某一數(shù)值后 ，然后用恒壓恒流充電方 法采用 大電流 來給電池 充電， 即為 涓流充電。橫流階段是把 限流值為恒值的充電方式，因此也稱作恒壓限流充電，如 圖所示。恒流充電法控制 起來很 簡單，因為電池的 接受能力 會因為 充電過程的 繼續(xù) 會 慢慢減小的 ，等到了充電 快要結(jié)束的時候， 充電電流 的主要用處變成了 電解水 ，會出現(xiàn)很多氣泡 ，影響電池使用狀態(tài)和壽命， 所以一般選 階段充電 的方 法。電化學(xué)過程與 電池的 電流之間由電動勢變 動 所反映的 絕非僅有 線性關(guān)系，所以 只根據(jù)線性關(guān)系來研 究 并不太 合適 。該充電法把電流與 電動勢 相關(guān)到 了起來，但是電池 的 電動勢是電池 里面的 物理和化學(xué) 變 化 的反映，所以 該 方法 用來 充電是 非常好的，于電池 恒流充電來說 會 有更多的優(yōu)點。 U , it0 充 電 電 壓 充 電 電 流 在 剛開始給 電池充電 的時候 電動勢 是很 低 的，而電池的 電流會 很大，電動勢隨著充電 的 繼續(xù) 進行會 升高 ，于是充電電流會 減小 ，最后充電 就停 止 了 。 以 下是 幾種 比較安全有效的 充電方式。今后會有越來越多的公司把鎳氫電池作為燃料電池汽車和混合動力電池汽車使用的動力電池。 鎳氫電池的缺點有：成本很高是相同容量電池價格 的 5至 8 倍，自放電損害比較大，而且它的單體電池的電壓低對環(huán)境溫度敏感，此外電池組熱管理任務(wù)重。工作溫度是 30～ 50℃；快速充電從滿容量的 40℅～ 80℅需要 15 分鐘；它的循環(huán)使用壽命超過 1000 次。 鎳氫電池正極活性物質(zhì)是 NiOOh（放電時）和 Ni（ OH） 2（充電時），負極的活性物質(zhì)是 H2（放電時）和 H2O(充電時 )，電解質(zhì)一般采用 KOH 堿性水溶液，鎳氫電池的充放電時的正極、負極化學(xué)反應(yīng)和總反應(yīng)方程如下： 正極反應(yīng) Ni（ OH） 2+OH→ NiOOH+H2O+e 負極反應(yīng) M+H2O+e→ MHx+OH 總反應(yīng) M+Ni（ OH） 2→ MHx+NiOOH 目前鎳氫電池所能達到的指標性能是：單體電池的電壓為 ；功率密度是160～ 500W/kg。 80年代該公司制成了 儲氫合金材料研制成功鎳氫電池。 鎳氫電池 鎳氫電池屬于堿性電池，它的許多基本特性和鎳鎘電池相似，但它不存在重金屬污染問題，被稱作“綠色電池”。蓄電池工作是不斷充電、放電的循環(huán)過程，電池在每次循環(huán)中化學(xué)活性物質(zhì)發(fā)生一次可逆的化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)活性物質(zhì)會隨充放電次數(shù)增多老化變質(zhì)，電池充放電效率會降低電池的循 環(huán)次數(shù)與電池的溫度、電池充放電形式、放電深度、電池安裝等有關(guān)。電池放電時因為電池內(nèi)阻的作用端電壓會低于開路電壓和電動勢，充電的時候充電的端電壓高于開路電壓和電動勢。自放電率 = *100*abaAh AhAh t?℅，式中 aAh 表示 電池儲 存的容量， bAh 表示一定時間后電池儲存的容量， t 表示電池儲存的時間。 （ 2） 時間率：指電池以某種電流強度放電放完額定容量序言的放電時間。 電池放電時放電電流與額定電流的比例。 （ 4）標稱容量：鑒別電池適當?shù)慕浦?。 （ 2）理論容量：按照法拉第定理根據(jù)蓄電池活性物質(zhì)的物理特性計算出的最高理論值，單位用體積容量 Ah/L 或質(zhì)量容量 Ah/kg 表示。 （ 4）比能量：電池組單位質(zhì)量輸出的能量，單位是 Wh? /kg 。 （ 2）標稱能量：電池在規(guī)定放電條件下放出的能量，其數(shù)值等于額定電壓與額定容量的乘積。 （ 4）負載電壓：電池兩端接上負載 R 放電過程中的電壓，其數(shù)值就是電動勢減去電池內(nèi)阻兩端的電壓，即 U=EI*R。 （ 2）額定電壓：標準條件下電池在工作 時達到的電壓值。所有的電池管理系統(tǒng)都是針對一種電池甚至是一個品牌一個型號的電池而言的。 BMS 的作用主要可分為兩個方面：保證電池安全；合理高效的使用電池儲存的能量。本課題串聯(lián) 384 節(jié) DC 容量 為 300Ah 鎳氫電池，本課題實現(xiàn)了 BMS 控制器對電池電壓、電流、溫度參數(shù)進行采集， 根據(jù)用戶選定的充電模式發(fā)出充電電流和電壓的指令給充電樁， 為 進一步實現(xiàn)完整的電池管理系統(tǒng)提供原始數(shù)據(jù)和軟硬件平臺。主演內(nèi)容是針對電動汽車用鎳氫蓄電池組，完成系統(tǒng)整體方案的設(shè)計，底層電壓、溫度的采集方案完成了硬件的設(shè)計和調(diào)試。 本論文的主要內(nèi)容 本課題是電動公交車充電管理系統(tǒng)的一部分，主要負責對充電進行管理和控制。一般采用 CAN 現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)相互間的信息通訊。 管理系統(tǒng)（ BMS）主要有以下幾部分組成：數(shù)據(jù)采集單元（采集模塊）、中央處理單元（主控模塊）、顯示單元、均衡單元檢測部件（電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器、漏電檢測）、控制部件（熔斷裝置、繼電器）等組成。 在電動車動力系統(tǒng)中，電池監(jiān)控主要指的是被動的監(jiān)測和評估電池的狀態(tài)，但是電池管理包括處理數(shù)據(jù)并且預(yù)測電池將 來的表現(xiàn)，甚至是主動干預(yù)和控制電池的充放電電流和電壓，控制充電條件和電池工作溫度等。系統(tǒng)計算此時充電機應(yīng)當采取何種充電方式給電池充電才能達到給點吃充足，性能好的電池不能過充，而性能差的電池又能充足，保證整車能量的供應(yīng)。 （ 7）人機接口 設(shè)置顯示和控制按鍵、旋鈕等來輸入指令給 BMS 。 （ 6）通 信功能 電池管理系統(tǒng)與車載設(shè)備設(shè)備的通信是 BMS 的重要功能之一，根據(jù)實際的應(yīng)用需要，可以采用不同的通信接口進行數(shù)據(jù)交換，如： PWM 信號、模擬信號、 CAN 總線或 I178。 （ 5）熱量管理 電池的熱量管理對于大功率放電和高溫條件下使用的電池非常關(guān)鍵。 （ 3）能量管理 在能量管理中，電壓、溫度、電流、 SOC、 SOH 等作為輸入完成這些功能，控制充電過程，用 SOC， SOH 和溫度限制電源系統(tǒng)輸入、輸出功率。 （ 2）電池狀態(tài)估計 電池狀態(tài)估算包括ＳＯＣ和ＳＯＨ，是電動汽車進行控制和功率匹配的重要依據(jù)。電池能量管理系統(tǒng)主要包括：電池狀態(tài)估計、數(shù)據(jù)采集、熱管理、安全管理、能量管理和通信功能。前景比較好的是鎳氫蓄電池，鉛酸蓄電池，鋰離子電池， 電池管理系統(tǒng)（ＢＭＳ） 狀 態(tài) 計 算 和能 量 管 理數(shù) 據(jù)采 集接口繼 電 器 安 全 管 理熱 管 理 電池組均衡電路B M S充 電 負 載 放 電功 率 流信 號 流 人 機 接 口通 信 功 能溫 度 控 制電 壓電 流溫 度 電池能量管理系統(tǒng)是保持動力電源系統(tǒng)正常應(yīng)用、保證電動車安全和提高電池壽命的一種關(guān)鍵技術(shù)，它能保護電池的