【正文】 經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)電池。 電池管 理系統(tǒng)有電池控制單元（ BCU）、主充電器、輔助充電器、熱管理系統(tǒng)、SOC計(jì)算、電池報(bào)警系統(tǒng)、模塊傳感器裝置和安全模塊構(gòu)成，其中 BCU 發(fā)揮核心功能。 （ 3）北京交通大學(xué)研制的電池管理系統(tǒng) 主 控 制 器顯 示按 鍵歷 史 記 錄日 歷 時(shí) 鐘遠(yuǎn) 程 監(jiān) 控輸 出 接 口電 流 檢 測(cè)檢 測(cè)模 塊檢 測(cè)模 塊檢 測(cè)模 塊檢 測(cè)模 塊電 池模 塊 1電 池模 塊 2電 池模 塊 3電 池模 塊 n電 流 環(huán) 通 訊 網(wǎng) 絡(luò) 這個(gè) 電池和管理系統(tǒng)是在國(guó)家“ 863”計(jì)劃支持下 由北京交通大學(xué) 完成的用于動(dòng)力鎳氫蓄電池監(jiān)測(cè)及管理的 系統(tǒng) 裝置， 在 2020 年 12月科技部 驗(yàn)收了這個(gè)電池管理系統(tǒng)項(xiàng)目 。 本課題是電動(dòng)公交車(chē)充電管理系統(tǒng)的一部分，主要負(fù)責(zé)對(duì)充電進(jìn)行管理和控制。主演內(nèi)容是針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)用鎳氫蓄電池組，完成系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)，底層電壓、溫度的采集方案完成了硬件的設(shè)計(jì)和調(diào)試。本課題串聯(lián) 384 節(jié) DC 容量為 300Ah 鎳氫電池，本課題實(shí)現(xiàn)了 BMS 控制器對(duì)電池電壓、電流、溫度參數(shù)進(jìn)行采集， 根據(jù)用戶(hù)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(jìn)一步實(shí)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(tái)。 BMS 的作用主要可分為兩個(gè)方面：保證電池安全；合理高效的使用電池儲(chǔ)存的能量。所有的電池管理系統(tǒng)都是針對(duì)一種電池甚至是一個(gè)品牌一個(gè)型號(hào)的電池而言的。 （ 2）額定電壓：標(biāo)準(zhǔn)條件下電池在工作時(shí)達(dá)到的電壓值。 （ 4）負(fù)載電壓：電池兩端接上負(fù)載 R 放電過(guò)程中的電壓，其數(shù)值就是電動(dòng)勢(shì)減去電池內(nèi)阻兩端的電壓，即 U=EI*R。 （ 2）標(biāo)稱(chēng)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）比能量：電池組單位質(zhì)量輸出的能量，單位是 Wh? /kg 。 （ 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(jì)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）標(biāo)稱(chēng)容量：鑒別電池適當(dāng)?shù)慕浦怠? 電池放電時(shí)放電電流與額定電流的比例。 （ 2） 時(shí)間率：指電池以某種電流強(qiáng)度放電放完額定容量序言的放電時(shí)間。自放電率 = *100*abaAh AhAh t?℅，式中 aAh 表示電池儲(chǔ)存的容量， bAh 表示一定時(shí)間后電池儲(chǔ)存的容量， t 表示電池儲(chǔ)存的時(shí)間。電池放電時(shí)因?yàn)殡姵貎?nèi)阻的作用端電壓會(huì)低于開(kāi)路電壓和電動(dòng)勢(shì)，充電的時(shí)候充電的端 電壓高于開(kāi)路電壓和電動(dòng)勢(shì)。蓄電池工作是不斷充電、放電的循環(huán)過(guò)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(huì)隨充放電次數(shù)增多老化變質(zhì)，電池充放電效率會(huì)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)。 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(wèn)題，被稱(chēng)作“綠色電池”。 80年代該公司制成了 儲(chǔ)氫合金材料研制成功鎳氫電池。 鎳氫電池正極活性物質(zhì)是 NiOOh（放電時(shí)）和 Ni（ OH） 2（充電時(shí)），負(fù) 極的活性物質(zhì)是 H2（放電時(shí)）和 H2O(充電時(shí) )，電解質(zhì)一般采用 KOH 堿性水溶液，鎳氫電池的充放電時(shí)的正極、負(fù)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(fù)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(dá)到的指標(biāo)性能是：?jiǎn)误w電池的電壓為 ；功率密度是160～ 500W/kg。工作溫度是 30～ 50℃；快速充電從滿(mǎn)容量的 40℅～ 80℅需要 15分鐘；它的 循環(huán)使用壽命超過(guò) 1000 次。 鎳氫電池的缺點(diǎn)有：成本很高是相同容量電池價(jià)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(duì)環(huán)境溫度敏感，此外電池組熱管理任務(wù)重。今后會(huì)有越來(lái)越多的公司把鎳氫電池作為燃料電池汽車(chē)和混合動(dòng)力電池汽車(chē)使用的動(dòng)力電池。為了更好地使用鎳氫電池，保證電池有最優(yōu)的性能，必須了解點(diǎn)吃的充電特性，選擇合適的充電策略和方法。 ① 充電倍率 電池的型號(hào)不同充電接受能力受電池充電倍率影響會(huì)不同， 但總體趨勢(shì)是一樣的，任何電池都有一個(gè)最優(yōu)的充電效率，電池的充電接受能力隨充電電流的偏離這個(gè)充電倍率的程度而降低。 （ 2）充電方法 成功的充電方式是 快速充電，過(guò)充量最小情況下的完全充電與延長(zhǎng)使用壽命等相平衡的結(jié)果。 電池管理系統(tǒng)的功能 充電管理 就要利用 合 適 的方法充電 ，適時(shí)監(jiān)測(cè)電池的狀態(tài)以確保 電池安全 充電 和 良好的 效率。 加恒定電壓于電池兩端，充電 的 電流 是 I=（ VE） /R， V 是指 外部電源供給電池的 充電電壓， E 是指電池 的電動(dòng)勢(shì) ， R是指 它的內(nèi)部 電阻。因?yàn)?在充電 的 后期 充電的 電流 變 小，控制 電池的 過(guò)充電 會(huì)變得很簡(jiǎn)單。 由于 恒壓充電也 存在一些缺點(diǎn)， 首先 在最開(kāi)始充電的時(shí)候 電流會(huì)很大， 但是到了 充電 的 末期 會(huì)隨著 電池電動(dòng)勢(shì) 升高電池的 電流 變得 很小， 不容易完全將充電設(shè)備利用起來(lái) ，充電電壓的 很 小 一個(gè) 變化會(huì)導(dǎo)致電流非常大的變 動(dòng) 。 U , it0 充 電 電 壓 充 電 電 流 該充電法調(diào)整 外部 充電 機(jī)的 電壓， 調(diào)節(jié) 串聯(lián) 電池 的電壓，為的是使 充電 過(guò)程中的 電流不 在出現(xiàn) 變 化 。 t0 充 電 電 壓 充 電 電 流 為防止恒壓充電開(kāi)始時(shí)的電流太大，導(dǎo)致 溫度 增加的太大會(huì)給 電池 帶來(lái)嚴(yán)重的 傷害，充電過(guò)程中一般 將 電流 控制在 在一 范圍內(nèi) ，這就是恒 電 壓恒 電流 流 的充電方式。 U , it0 充 電 電 流 充 電 電 壓恒 流恒 壓 越來(lái)越多的 廠家推薦該充電方式，它是一種非常有效的充電方式，因?yàn)閷?duì)電池來(lái)說(shuō)低壓限流充電更有利 于 保護(hù)電池，因?yàn)樾铍姵氐某潆婋妷旱?末 期 電池的 電流 變得特別 小，所以電解液 基本上不產(chǎn)生氣泡，即使產(chǎn)生也會(huì)很少 ，既節(jié)省了電能又降 減小了 電池的溫 度上 ，保護(hù)電池的極板。涓流充電 的時(shí)候能使 電流 恒定而 且 數(shù)值 比較小，隨著電池狀態(tài)恢復(fù)，整流器 的 電壓 會(huì)隨著電池狀態(tài)而 升高， 因此涓流充電實(shí)際上 是 跟 恒流充電 非常相似的充電 方 法 。 二階段 充電 法 是一種很快的充電方法，它把恒定的電壓值跟恒定的電流值 結(jié)合 起來(lái)一起充電 ，如圖 3． 3所示 。 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 。在 電流 減小至默認(rèn) 值的 時(shí) 候 ， 充電過(guò)程從 第二階段 很快轉(zhuǎn)換至下一階段即 第三階段。 U , It恒 流恒 壓充 電 電 流充 電 電 壓0U , IT 1T 2U 2I 1I 2I 3 快速充電方法 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(mǎn)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(mǎn)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(zhǎng) 蓄電池 的 使用 壽命 。 在 充電脈沖 時(shí)間內(nèi) 蓄電池 可以 充電直到充滿(mǎn)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(wèn)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(xiàn)的約束 。 剛開(kāi)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 。通過(guò)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。 i / Au / Vtui0 (3)間歇 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 ０ 想出另一種類(lèi)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)。此充電模式大大提高了充電的效率越來(lái)越逼近了質(zhì)量最好效率最高的模式 。 i / Au / Vuit 3。 如果電池的電壓比較小，沒(méi)有達(dá)到默認(rèn)的預(yù)設(shè)值 的時(shí)候 ， 在這種情 形下我們就要采取小電流恒 值 充電一直到兩端的電壓值超過(guò)預(yù)設(shè)值后再轉(zhuǎn)換到 快速充電 。 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(guò)程以達(dá)到短時(shí)間內(nèi)迅速 充 滿(mǎn) 電。 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(kāi)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(lái)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(guò)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(wèn)題，因此在恒流 控制等有些情況下這個(gè) 控制法不適合。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(guò)度 的 充電，所以不能僅僅把溫度作為控制的量。 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(wèn)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(guò)重 。 再給電池充電過(guò)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(mǎn)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(wèn)題，要充分考慮到電池的承受電流，不能超過(guò)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。 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(guò)程中，當(dāng)充電電流接近蓄電池固有充電曲線(xiàn)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(shuō)通過(guò)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。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(xiàn)。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(wèn)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 ti / A0理 想 充 電 曲 線(xiàn)充電電流充 電 時(shí) 間均衡充電 因?yàn)?均衡充電 電路的 設(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 。 在給蓄電池充電過(guò)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(mǎn)的要繼續(xù)沖直 到充 滿(mǎn)為止，所以這一過(guò)程中的各項(xiàng)狀態(tài)都要達(dá)到 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 (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(wèn)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 。 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(lái)決斷是不是要終止 。 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 。 各種各樣的 電動(dòng)汽車(chē)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(lái)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。 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(kāi)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(kāi)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(lái)估量電池的 SOC 值了。 電池是一個(gè)非線(xiàn)性程度特別高的系統(tǒng)，將它的充電過(guò)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(xiàn)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(lái)模擬電池的動(dòng)態(tài)特性然后就可以估計(jì) SO