1、学习汇报 纯电动汽车电池管理系统,汇报人：吴杨春,2015 年 4月14日,纯电动汽车电池管理系统,电池管理系统是集监测、控制与管理为一体的、复杂的电气测控系统，也是电动汽车商品化、实用化的关键。电池管理的核心问题就是SOC(电池荷电状态)的预估问题，准确可靠地获得电池SOC是电池管理系统中最基本和最首要的任务，在此基础上才能对电动汽车的用电进行管理，特别是防止电池的过充电及过放电。蓄电池的荷电状态是不能直接得到的，只能通过电池特性电压、电流、电池内阻、温度等参数来推断。注：电池的荷电状态SOC反映电池的剩余容量状况，即在一定的放电倍率下，当前电池的剩余容量与总的可用容量的比值。其数学表达式如
2、下：SOC= 0 100%式中： 为蓄电池在计算时刻的剩余电量； 0 为蓄电池的总量。,一、电池管理系统的功能,电池管理系统是电动汽车的关键组成模块，电池要配备电池管理系统才能正常工作。电池管理系统的功能主要包括以下几项。1、实时采集电池系统运行状态参数实时采集电动汽车蓄电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流以及电池组总电压等。由于电池组中的的每块电池在使用中的性能和状态不一致，因而对每块电池的电压、电流和温度数据都要进行监测。2、确定电池的SOC（电池荷电状态）准确估测动力电池组的SOC，从而随时预报电动汽车储能电池还剩余多少能量或储能电池的SOC，使电池的SOC值控制在30一70。,
3、(1) Ah积分法通过计算一段时间内电流和充放电时间的积分，计算变化电量的百分比，进而求出初始 0 和变化的SOC之间的差，即为剩余容量SOC，那么当前的SOC状态计算公式为：式中： 为额定容量；为电池电流；为充放电效率。(2) 开路电压法由于电池在长时间静置的条件下，其端电压与SOC有相对固定的函数关系，所以可以根据开路电压估计SOC。开路电压法实施起来简单易行，在电池静置足够长的时间后测量精度比较高。(3)线性模型法其原理是基于SOC的变化量、电流、电压和上一个时间点SOC值，建立的线性模型，具体表达式为：,式中：SOC(i)为当前时刻的SOC值；SOC(i)为SOC的变化量；U和I为当前
4、时刻的电压与电流； 0 、 1 、 2 、 3 为利用参考数据，是通过最小二乘法得到的系数。(4) 卡尔曼滤波将电池看成动力系统，电池模型的一般数学形式如下所示，SOC是系统的一个内部状态。系统的输入向量为 ，通常包含电池电流、温度、剩余容量和内阻等变量，系统的输出 通常为电池的工作电压，电池SOC包含在系统的状态量 中。状态方程：观测方程：,3、故障诊断与报警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的使用寿命；当电池组的温度过高，非正常工作时，及时报警，以保证蓄电池正常工作。4、电池组的热平衡管理电池热平衡管理系统是电池管理系统的有机组成部分，其功能是通过风扇等
5、冷却系统和热电阻加热装置使电池温度处于正常工作温度范围内。5、一致性补偿当电池之间有差异时，有一定措施进行补偿，保证电池组性能良好，并有一定的手段来显示性能不良的电池位置，以便修理替换。一般采用充电补偿功能。设计有旁路分流电路，以保证每个单体都可以充满电，这样可以减缓电池老化的进度，延长电池的使用寿命。,6、通过总线实现各检测模块和中央处理单元的通信在电动汽车上实现电池管理的难点和关键在于如何根据采集的每块电池的电压、温度和充放电电流的历史数据，建立确定每块电池剩余能量的较精确的数学模型，即准确估计电动汽车蓄电池的SOC。,二、电池管理系统的硬件实现,硬件的设计取决于管理系统实现的功能。基本要
6、实现对动力 电池组的合理管理，即保证采集数据的准确性、可靠稳定的系统通信、抗干扰性。在具体实现过程中，根据设计要求确定需要采集动力电池组的数据类型；根据采集量以及精度要求确定前向通道的设计；根据通信数据量以及整车的要求选用合理的总线。电池管理系统的结构如下图所示：,1、电压的采样的实现电压是判断电池组好坏的重要依据，系统要求能得到电池组在同一时刻的电压值的变化和各电池组的值，通过算法来找出有问题的电池组，因此电压的采样精度要求比较高。电压采样是对电动汽车电池组的电压进行采样，每个电池组由10个单体电池构成。本系统中一共有14个电池组组成电动汽车的动力电池。原理框图如下图所示，每个电池为一个电池
7、组。ATMEGA8L单片机通过逻辑控制单元，控制高压开关阵列的通断来采样电池组电压，电压信号在经过线性隔离器件，再经放大后输入到ATMEGA8L单片机的A/D。,2、电流采样的实现电流的采样是估计电池SOC的主要依据，因此对其采样的精度，抗干扰能力，零飘、温飘和线性度误差的要求都很高，这里采用电流传感器LT308 即LEM。其测量电路图如下图所示。LEM的输入电流经过可调电阻R2转换为电压信号，可调电阻用于调节将电流与其对应的电压之间的比例关系。由于从LEM过来的电流是双向的，因此其转换得到的电压是以地(GND)为中心变化的一个正负电压，而选用的模数转换器是单向的，因此必须将其电压提高至0V以
8、上。为此，设计一个加法器(前端的运算放大器)，它的功能是将以0V为中心的正负电压提升至以2.5V为中心的正电压。后端的运算放大器为一个反相器，将由加法器得到地负电压转换为正电压，同时起到功率放大的作用。通过两级运放，最终将信号变为05V的标准信号进入A/D转换器。,3、温度采样的实现电池的温度是判断电池能否正常使用的关键性参数，如果电池的温度超过一定值，有可能造成电池的不可恢复性破坏。电池组之间的温度差异造成电池组的单体之间的不均衡，从而会造成电池寿命的降低。系统中温度采样单元，是通过总线数字化温度传感器完成，温度采样精度可达到0.5。温度采集电路如下图所示度检测系统采用直接电源供电方式。温度
9、传感器采用增强型单总线数字温度传感器DSl8B20，它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等性能方面较为出色。,4、车载CAN通信设计实现电池管理系统是混合电动车车载电气系统的一部分。它与整车控制系统的通信联系是通过CAN通信来实现的。在电池管理系统中，CAN通信的实现是由外围设置CAN的控制器和接收器组成的通信模块完成的，其设计原理图如下图所示。电路主要由4部分构成：微处理器ATMEGA8L、CAN的控制器SAJl000、CAN总线驱动器82C250和高速光电耦合器6N137。,三、电池管理系统的软件实现,电池管理系统的软件主要包括3个部分：中央处理单元的管理部分、各ECU的测量与控制部分
10、、整个系统的通信部分。电池管理系统的主要任务是检查电池的电压、电流和温度。通过对测量参数的分析，估计电池的剩余容量并做出各种错误报警。系统软件是基于ATMEGA8L的C语言实现的，主要有以下几部分：1、系统初始化2、参数检测及滤波电压、电流的检测都是通过AD中断采集的。在中断服务程序中，采集多组数据，剔除两端极值，然后对数据进行平均滤波。在温度数据采集中也同样经过滤波处理。,3、剩余容量估计剩余容量估计在系统软件中分3部分：开机参数初始化，数据采集及电流积分，根据估计模型计算。4、CAN通信CAN通信是电池管理系统与整车控制单元进行通信的中介，电池管理系统把电池的SOC、温度及相关报警信息发送到CAN总线上，中央控制单元接收到数据后对数据进行处理，进行对整车的控制。5、数据诊断报警在电油管理系统中，对电池组相关的数据分析处理是关键，也是电池管理系统的核心所在，这中间涉及温度的诊断、电压高低的诊断、电池组好坏的诊断等，并且要在危险情况下做出紧急处理和报警。如在温度诊断中，利用总线式温度传感器对电池温度进行检测，当温度高于设定的上下限后，要断开电池组的充电电路。电压高低也要做相应诊断，以免电动汽车电池组出现过充电或坏电池现象，对于电池组中出现坏电池现象，也在程序中提出了相应的算法，以发现坏电池所在电池组，并显示在液晶屏中，方便人们换电池组。,
