电动汽车电池标准管理系统应用与分析.doc

研修班毕业论文电动汽车电池管理系统应用与分析授课教师： 邓亚东专 业：车辆工程姓 名： 石琪完毕日期：6月15日摘要 随着社会发展以及能源、环保等问题日益突出，纯电动汽车以其零排放，噪声等长处越来越受到世界各国注重，被称作绿色环保车。作为发展电动车核心技术之一电池管理系统（），是电动车产业纯核心。，以锂电池为动力电动自行车、混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车等受到了市场越来越多关注。国内对电动车发展极为注重，早在1992年就把电动车开发发展列入国家“八五”重点科技攻关项目，对电池管理系统以及充电机系统进行了长期进一步研究开发，在BMS方面获得很大突破，与国外水平也较为接近，研制产品在纯电动和混合动力电动车上得到大量使用。但电池管理技术还并不成熟，电动汽车发展及产业化，对动力蓄电池管理系统将具备巨大市场需求，同步技术上也将提出更高规定。核心词：BMS 纯电动汽车 动力电池 锂电池 can通讯 单片机Abstractwith the oil price，the energy shortage，the increasingly serious urban environment pollution，an alternative to oil development of new energy use more and more attention by governments. In the new energy system，battery systems is one of the indispensable important component. In recent years，with the lithium battery powered electric bicycle，hybrid cars，electric vehicles，fuel cell automobile，by the market more and more attention. The development of electric vehicle in China，a great importance in early 1992，the development of the electric car in national development of five-year key torch-plan projects of battery management system，and charging machine system for the long-term in-depth research development，in BMS gained great breakthrough，and foreign level also approaches，the research products in pure electric and hybrid electric vehicle got a lot of use. But battery management technology is still not mature，electric vehicles and the development of industrialization of motive battery management system，with the huge market demand，but technology will also put forward higher request. Keywords：BMS pure electric vehicle power battery lithium batteries can communication microcontroller目录第一章绪论51.1前言51.2池管理系统在国内外发展概况及存在问题5第二章电池管理系统构成72.1电池管理系统72.2电池管理系统实现功能7第三章电池管理系统原理93.1管理系统构造原理93.2充电管理93.3电池管理系统管理方略123.4 SOC电量检测12结论14参照文献15第一章 绪论1.1前言随着能源紧缺、石油涨价、都市环境污染日益严重，代替石油新能源开发运用越来越被各国政府所注重。因此说随着各国対新能源汽车推广，电动汽车会被越来越多关注，电池系统是电动汽车核心部件，由于电动汽车明显特点和优势，各国都在发展电动汽车。依照汽车使用特点，其实用动力电池普通应具备比能量高、比功率大、自放电少、工作温度范畴宽、能迅速充电、使用寿命长和安全可靠等特点，因而，电池管理系统对电动汽车性能起到了决定性作用。1.2电池管理系统在国内外发展概况及存在问题近年来，国内汽车行业发展迅速，已成为世界第四大汽车生产国和第三大汽车消费国。但是国内石油资源短缺，当前石油进口量以每年两位数字比例增长，预测到 年进口依存度将接近50%。因而大力发展新能源汽车，用电代油是保证国内能源安全战略办法。因而大力发展新能源汽车是实现国内能源安全、环保以及中华人民共和国汽车工业实现跨越式、可持续发展需要。 车用动力蓄电池是电动汽车产业化核心。电动汽车电池管理系统(BMS)是电动汽车中一种越来越重要核心某些，近年来已有了很大提高，但在采集数据可靠性、SOC 预计精度、均衡技术和安全管理等方面均有待进一步改进和提高。因此，大某些公司在电动汽车研制中曾遭遇尴尬，车用动力电池不但是制约电动汽车规模发展技术瓶颈，并且是电动汽车价格居高不下核心因素，其成本占整车成本30%50%。因而，动力BMS 性能对电动汽车使用成本、节能和安全性至关重要。国内在这方面研究还刚刚起步,虽然美国等汽车工业发达国家研制工作也不完善国内在“十五”期间设立电动汽车重大研究项目，积极推动BMS研究、开发和工程化应用，获得了一系列成果和突破。在电动汽车领域，国内与发达国家科技水平差距不是很大，决定电动汽车产业成熟度核心因素是动力电池技术，当前中华人民共和国公司在电池技术方面处在领先地位，已经成为世界最大车用动力电池供应国。当前重要是某些高校依托自己科技优势，联合某些大汽车生产商和电池供应商共同进行了如下研究：电池动态参数采集稳定性和精度提高；车载电池SOC估测；电池模型研究；电池组均衡控制研究；BMS与充电机进行CAN通讯，实现协调控制和优化充电；车载电池组箱体空间和机械构造设计及合理散热控制；电池故障分析与在线报警、BMS自检及解决。 在国外，比较典型BMS如：当前正在开展基于智能电池模块(SBM)BMS研究,即在1个电池模块中装入1个微控制器并集成有关电路,然后封装为一种整体,各种智能电池模块再与1个主控制模块相连,加以其他辅助设备,就构成1个基于智能电池管理系统；EV1BMS 功能和特点涉及：单电池电压监测；分流采集电池组电流；过放电报警系统；高压断电保护；电量里程预算等；BatOpt系统是一种分布式系统， 涉及中心控制单元（MCU）和监控模块。监控模块通过two wire 总线，向MCU 传播每个电池工作信息，MCU 在收集信息后，对电池进行优化控制；BATTNIAN BMS 强调不同型号动力电池组管理通用性，其最大特点是：通过变化硬件跳线和在软件上增长选取参数办法，来管理不同型号电池组。目迈进行电动汽车研发重要公司有一汽、上海大众、东风汽车、长安汽车、奇瑞 汽车、吉利汽车、比亚迪汽车、上海华普、上海通用等公司。然而,除奇瑞和比亚迪外,其她公司在电池管理领域没有或仅有很少专利申请。究其因素,一方面,某些电动车研发公司还没有将研发重心放到电池管理系统上；另一方面,国内公司在知识产权保护上意识局限性,还没有自己专利技术。当前,国内某些公司已经就电池管理系统技术申请了专利。在电池管理领域专利申请量排前六位国内公司有:比亚迪、奇瑞汽车、深圳市比克电池有限公司、中兴、天津力神电池股份有限公司和华为。第二章 电池管理系统构成2.1电池管理系统 管理系统（BMS）重要有如下几某些构成：数据采集单元（采集模块）、中央解决单元（主控模块）、显示单元、均衡单元检测部件（电流传感器、电压传感器、温度传感器、漏电检测）、控制部件（熔断装置、继电器）等构成。中央解决单元由高压控制回路、主控板等构成，数据采集单元有温度采集模块、电压采集模块等构成，大某些将均衡模块与检测模块设计在一起，显示单元由显示板、液晶屏、键盘及上位机构成。普通采用CAN现场总线技术实现互相间信息通讯。BMS重要工作原理可简朴归纳为：一方面数据采集电路采集电池状态数据，再由电子控制单元进行数据解决和分析，再依照分析成果对系统内有关功能模块发出控制指令，向外界传递信息。BMS电池管理构造2.2电池管理系统实现功能池管理就是对电池组和电池单元运营状态进行动态监控，精准测量电池剩余容量，同步对电池进行充放电保护，并使电池工作在最往状态。普通褥言电动汽车电池管理系统簧实现如下几种功能： 3.2.1精确估测动力电池放电状态(State of Charge），随时预测电动汽车储能电池还剩余多少能量或储能电池荷电状态，使电池SOC值工作范畴控制在30-70。动态监测动力电池组工作状态：实时采集电动汽车蓄电池组中每块电池端电压和温度、充放电电流以及电池包总电压。防止电池组中每块电池在使用中性能和状态不一致，因而对每块电池电压、电流和温度数据都要进行监测。当蓄电池电量或能量过低需要充电时，及时报警，以防止电池过放电而损害电池使用寿愈。当电池组温度过高，及时报警，保证蓄电池正常工作。建立每块电池使用历史档案，为进一步优化和开发新型电池、充电器、电动机等提供资料，为离线分析系统故障提供根据。 3.2.2 电动汽车动力电池组热平衡管理：电池热管理系统是电池管理系统有冷却某些，其功能是通过电扇等冷却系统和热电阻加热装使电池处在正常工作温度范畴内。电池热管理重点是通过度析传感器显示温度和热源关系，拟定电池组外壳及电池模块合理摆放位置，使电池箱具备有效地热平衡与迅速教热功能，通过温度传感器测量温度帮箱体电池温度，拟定电池箱体阻尼通风孔开闭大小，以尽量减少功耗。 当前，在电动汽车上实现电池管理难点和核心在于：(1)如何依照采集韵每块电池电压、温度和充放电电流历史数据，建立拟定每块电池剩余能量较精准豹数学模型，即精确估测电动汽车蓄电港SOC状态。 3.2.3 FE动汽车储能电池迅速充电技术及均衡充电技术。这项技术是当前世界正在致力研究与开发另一项电池管理系统核心技术。除了计算电池SOC，电池管理系统另一种重要作用就是实时监控电池组各项参数，将电池报警信息实时反映给驾驶员。 第三章 电池管理系统原理3.1管理系统构造原理电池单体检测模块完毕对电池单体电压和现场温度采集，然后通过RS-485总线传播到电池组综合管理器中；综合管理器可以采集电池组电压、电流和环境温度，并针对电池组剩余电量SOC预测算法完毕软硬件实现。此外。电池组综合管理器还带有RS一485通讯接口和CAN通讯接口前者完毕对电池单体检测模块数据互换。后者完毕对整车综合控制器数据互换，并且其自带液晶显示单元和键盘单元，可以实时显示电池单体电压和电池组状态信息。运用放大电路中正反馈和负反馈，这里电池组单体电压采集是通过一种压控恒流源电路加以实现。压控恒流源电路依照输入信号可分解为差模信号和共模信号原理。如果运用差动放大电路来采集单体电池电压尽管不同节点上电池参照点不同，但由于差动放大电路对共模信号抑制作用。处在低电位节点处电压就被抑制。而差动放大电路仅对单体电池电压进行放大使得相邻电池节点处电池都具备一种共同参照点，因此可以实现对长串电池组单体电压测量。在该电路中。就是运用上述原理把被检测电压差(即单体电池端电压)转换成电流形式长距离传播而不受外界干扰且传播精度高，适合不同电压级别微机接口电路以便数据采集和转换，为实际使用带来了以便和灵活性。3.2充电管理充电管理就要运用适当办法充电，适时监测电池状态以保证电池安全充电和良好效率。如下是几种比较安全有效充电方式。恒压充电：加恒定电压于电池两端，充电电流是I=（V-E）/R，V是指外部电源供应电池充电电压，E是指电池电动势，R是指它内部电阻。在刚开始给电池充电时候电动势是很低，而电池电流会很大，电动势随着充电继续进行会升高，于是充电电流会减小，最后充电就停止了。由于在充电后期充电电流变小，控制电池过充电会变得很简朴。该充电法把电流与电动势有关到了起来，但是电池电动势是电池里面物理和化学变化反映，因此该办法用来充电是非常好，于电池恒流充电来说会有更多长处。由于恒压充电也存在某些缺陷，一方面在最开始充电时候电流会很大，但是到了充电末期会随着电池电动势升高电池电流变得很小，不容易完全将充电设备运用起来，充电电压很小一种变化会导致电流非常大变动。电化学过程与电池电流之间由电动势变动所反映绝非仅有线性关系，因此只依照线性关系来研究并不太适当。恒流充电：该充电法调节外部充电机电压，调节串联电池电压，为是使充电过程中电流不在浮现变化。恒流充电法控制起来很简朴，由于电池接受能力会由于充电过程继续会慢慢减小，等到了充电将近结束时候，充电电流重要用处变成了电解水，会浮现诸多气泡，影响电池使用状态和寿命，因此普通选阶段充电办法。恒压恒流充电：为防止恒压充电开始时电流太大，导致温度增长太大会给电池带来严重伤害，充电过程中普通将电流控制在在一范畴内，这就是恒电压恒电流流充电方式。横流阶段是把限流值为恒值充电方式，因而也称作恒压限流充电，如图所示。涓流充电：为给蓄电池组在放电过程结束后给它内部化学物质一种恢复过程，这个时候需要以某种中限度上相对来说较小电流来给电池充电，在它端电压增达到某一数值后，然后用恒压恒流充电办法采用大电流来给电池充电，即为涓流充电。涓流充电时候能使电流恒定并且数值比较小，随着电池状态恢复，整流器电压会随着电池状态而升高，因而涓流充电事实上是跟恒流充电非常相似充电办法。3.3电池管理系统管理方略1） SOC方略是电池管理系统核心方略，SOC估算为整车控制方略提供支持，是 整车判断电池与否可以充电或放电根据。纯电动汽车上，多采用AH计量加拐点修正办法对SOC进行估算，这需要电池管理系统电流采样功能有很高精度，同步还需要有很精确SOC一OCV曲线，才干能保证SOC估算精确;而混合动力汽车电池普通处在浅充浅放状态，多采用卡尔曼滤波等对SOC初值规定不高算法，保证SOC估算误差在一定范畴内。2）充放电管理是电池管理系统参加整车进行能量管理，较好充放电管理方略能 在保证电池安全使用条件下为整车提供最大能量限值。在纯电动汽车上，合理充电管理能加快电池能量补给;混合动力汽车，充放电管理能保证整车能量最优运用。现阶段分区间、多条件功率控制基本能满足整车能量控制需求。3）对于电池组有各种均衡办法，但受成本、均衡器大小、均衡控制等影响，实 现实时在线均衡难度较大。采用小电阻在线均衡办法，解决了温升过高，控制难度大问题，在有效解决电池内阻和极化电压影响状况下，能对电池起着一定均衡作用。4）电池组热管理为电池运营提供良好运营环境。依照不同电池温度特性， 通过电池管理系统可靠温度测量和对冷却风机或加热电阻控制，使电池组温度处在其最优状态。热管理方略为电池温度测量功能、温度点选取、电池箱体及软件方略等设计提出了规定。5）精确故障判断能及时发现电池运营中不安全状况，保证电池运营安全。 可行故障解决方略是实现这一规定保证，也为电池管理系统软件平台设计提出了设计规定。故障报警普通依照电池管理平台和电池状态提出，可分为电池管理系统平台自身故障和电池运营状态故障。电池管理系统平台自身故障重要依照其功能来进行划分，这重要为电池管理系统平台自身故障诊断而设立。3.4 SOC电量检测在锂离子电池管理系统中，惯用SOC计算办法有开路电压法、库伦计算法、阻抗测量法、综合查表法3。 (1)开路电压法是最简朴测量办法，重要依照电池开路电压大小判断SOC大小。由电池工作特性可知，电池开路电压与电池剩余容量存在着一定相应关系。 (2)库仑计算法是通过测量电池充电和放电电流，将电流值与时间值乘积进行积分后计算得到电池充进电量和放出电量，并以此来预计SOC值。 (3)阻抗测量法是运用电池内阻和荷电状态SOC之间一定线性关系，通过测出电池电压、电流参数计算出电池内阻，从而得到SOC预计值。 (4)综合查表法中电池剩余容量SOC与电池电压、电流、温度等参数是密切有关。通过设立一种有关表，输入电压、电流、温度等参数就可以查询得到电池剩余容量值。 综合几种办法，采用库伦计算法比较适当。 (1)用C表达锂电池组从42 V降到32 V时放出总电量。 (2)用表达电流i通过时间t后，放出电量与C比值。 其中CRM为剩余电量。令Ci=it，表达t时间内电池组以i放电放电量；或者是以i充电充电量，剩余电量事实上是对Ci计算以及累加。设定适当采样时间t，测定当前电流值，然后计算乘积，得到t时间内剩余容量CRM变化量，从而不断更新CRM值，即可实现SOC电量检测。结论电池是电动汽车发展首要核心，汽车动力电池难在 “低成本规定”、“高容量规定”及“高安全规定”等三个规定上。要想在较大范畴内应用电动汽车，要依托先进蓄电池通过10近年筛选，当前普遍看好氢镍电池，铁电池，锂离子和锂聚合物电池。氢镍电池单位重量储存能量比铅酸电池多一倍，其他性能也都优于铅酸电池。但当前价格为铅酸电池4-5倍，正在大力攻关让它降下来。铁电池采用是资源丰富、价格低廉铁元素材料，成本得到大幅度减少，也有厂家采用。锂是最轻、化学特性十分活泼金属，锂离子电池单位重量储能为铅酸电池3倍，锂聚合物电池为4倍，并且锂资源较丰富，价格也不很贵，是很有但愿电池。中华人民共和国在镍氢电池和锂离子电池产业化开发方面均获得了迅速发展。电动汽车其她关于技术，近年均有巨大进步，如：交流感应电机及其控制，稀土永磁无刷电机及其控制，电池和整车能量管理系统，智能及迅速充电技术，低阻力轮胎，轻量和低风阻车身，制动能量回收等等，这些技术进步使电动汽车日见完善和走向实用化。国内大都市大气污染已不能忽视，汽车排放是重要污染源之一，中华人民共和国已有10个都市被列入全球大气污染最严重20个都市之中。中华人民共和国现今人均汽车是每1000人平均10辆汽车，但石油资源局限性，每年已进口几千万吨石油，随着经济发展，如果中华人民共和国人均汽车持有量达到当前全球水平-每1000人有110辆汽车，中华人民共和国汽车持有量将成10倍地增长，石油进口就成为大问题。因而在中华人民共和国研究发展电动汽车不是一种暂时短期办法，而是意义重大、长远战略考虑。当前，人们在不断谋求可再生绿色能源代替老式一次性能源。蓄电池在充电和使用过程中无污染， 必将成为汽车能源发展一大趋势电池管理系统是新能源汽车必备重要零部件!与动力蓄电池组共同构成电池系统!为新能源汽车提供动力,单体动力电池要保持一致性很难!需要用电池管理系统来补充，可以说电池管理系统使动力电池在电动汽车上使用成为了也许!因而电池管理系统是动力电池和电动汽车产业迅速发展核心 电动汽车电池管理系统发展必将带来电动汽车产业发展。参照文献1.何彦平，电动汽车动力电池组串联充放电均衡控制研究 - 2童诗白，华成英主编模仿电子技术基本第三版，北京：高等教诲 出版社03 3马忠梅等编著单片机C语言Windows环境编程宝典北京：北京航天航空大学出版社， 4林成涛.李腾.陈全世 锰酸锂动力蓄电池散热影响因素分析. 5杨朔.何莉萍.钟志华 基于CAN总线电动汽车电池管理系统 -贵州工业大学学报(自然科学版),33(2) 6 麻友良，陈全世，朱元；变电流下电池荷电状态定义办法探讨J电池,.31(1) 7 宫学庚，齐铂金，刘有兵，等；电动汽车动力电池 8 张术 电动汽车电池管理系统软件设计与SOC估算方略研究 9 宫学庚.电动汽车电池组离散特性建模与分析， 10 苏玉刚;杜伟炯;陈强 锂离子电池组迅速智能充电技术. 。