电动汽车电池管理系统方案设计(编辑修改稿)

电动汽车电池管理系统方案设计(编辑修改稿)内容摘要：

在 放电过程结束后给 它内部的 化学物质一个恢复过程， 这个时候需要 以 某种中程度上相对来说较 小的电流 来给电池 充电， 在它的 端电压 增达到某一数值后 ，然后用恒压恒流充电方 法采用 大电流 来给电池 充电， 即为 涓流充电。 涓流充电 的时候能使 电流 恒定而 且 数值 比较小，随着电池状态恢复，整流器 的 电压 会随着电池状态而 升高， 因此涓流充电实际上 是 跟 恒流充电 非常相似的充电 方 法。 一般比较多用的 充电方法有 是 二阶 跟 三阶段充电 的方 法。 二阶段 充电 法 是一种很快的充电方法，它把恒定的电压值跟恒定的电流值 结合 起来一起充电 ，如图 3． 3所示。 起始阶段 ，电流 值保持不变对电池进行 充电 一直充电到设定好 的电压值， 过了此阶段后换成以 恒 定 电压 值充完电池内剩下的空间。 下一 阶段的恒 值 电压 就是通常情况下 转换电压 ，这就是二阶段充电法。 三阶段充电法 是充电过程中有三个阶段充电，第一阶段和第三阶段充电电流恒定 ， 第二段采用的是 用恒 定 电压 值 充电，如图 3． 4所示。 在 电流 减小至默认 值的 时 候 ， 充电过程从 第二阶段 很快转换至下一阶段即 第三阶段。 分阶段充电方法能够把排气量将之至低状态 ， 由于它是 快速充电， 所以该法的使用会有一些限制。 U , It恒 流恒 压充 电 电 流充 电 电 压0U , IT 1T 2U 2I 1I 2I 3 快速充电方法 有的时候因为情况比较急需要在最短的时间内为电池充满电量同时呢也是为了最大限度 利用 蓄电池 充电时候 的化学反应速度， 减少 电池 充满电的时间，而且还要避免充电时电池两极出现的 极化现象， 延长 蓄电池 的 使用 寿命。 (1)脉冲充电法 脉冲充电方式 利用的是电池隔一段时间脉冲电流充电隔一段时间停止的充电方法 ， 就这样不停地 循环，如图 3． 5所示。 在 充电脉冲 时间内 蓄电池 可以 充电直到充满为止 ， 蓄电池在非充电阶段 化学反应 阶段出现的 的氧气和氢气 在这段时间内 重新 反应 ， 这样就会顺其自然解决 浓差和欧姆极化 问题 ， 这样也 就缓解了 蓄电池 里面的压强 ， 这样就会使下一个周期的恒值电流 充电 可以更加容易 ， 这样电池就能储存更多的电量。 这种充电方法使电池的充电更加合理电池有足够的时间发生内部的化学反应 ， 内部气体产生量大大减少 ， 同时也增大了电池对电流的认可度。 这种间歇式充电方法是电池在充电方面的一项新技术 ， 改变电池充电的时候以往的充电曲线的约束。 it0T (2) 间歇变电流 充电法 该充电方法利用的是将脉冲 阶段 与恒流充电 阶段 相结合的 一种 方法 ， 它的充电方法是将一段间隔恒值电流段变换成限制电压段 变化电流值。 刚开始阶段 的 每段 实行 电流 不恒定的阶段性 充电 策略 ， 在这种情况下力求把给电池 充电 的 电流 值高一些 ， 目的就是在有限的时间之内给电池冲进去更多的电量。 在最后的充电阶段选择 恒压的方法给电池供给能量 ， 在电池的电量过度充满后 ， 把它的状态最大限度的回到状态经过间断式充电，在休息时间内它内部的产生的气体反应而消耗掉，从而解决了气体在其内部过度积攒而导致压强增大的问题，这样也同时保护了电池健康状态，延长了电池的使用寿命。 通过间歇停充，使蓄电池经化学反应 产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然 而然地得到消除，从而减轻了蓄电池 里面的 的 气体 压 强 ，使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量。 变电流间歇充电法电流电压曲线如图。 i / Au / Vtui0 (3)间歇 变电压 充电法 在继上一种方法出现后科学家和工程师们 又 ０ 想出另一种类似的方法了这就是电压出现变化的间隔充电法 (如图 3． 7)。 这种充电模式与上一种模式区别在于起始充电的时候恒值电流变成了恒值电压。 此充电模式大大提高了充电的效率越来越逼近了质量最好效率最高的模式。 恒值电压充电的时候 因为是电压不变的情况所以就会有电池依据一定的曲线减小，这种充电模式符合我们正常充电方法，而且还有利于电池的健康状态，利于延长电池的寿命，同时也顺应了自然规律，在健康状态下一定的时间内给电池补充最多的电量。 i / Au / Vuit 3。 3快速充电控制技术 通常情况下镍氢电池要经过这么几个充电阶段 ， 首先在电流值比较小的情况下给电池然后再跳到比较大的电流 在最短时间内补充能量 ． 最后再在恒值电压条件下将电池内剩余容量补充满。 如果电池的电压比较小，没有达到默认的预设值 的时候 ， 在这种情 形下我们就要采取小电流恒 值 充电一直到两端的电压值超过预设值后再转换到 快速充电。 如果电池的充好进去的电量接近 85％左右时，这个时候就要切换一下充电方法，把电池从迅速的充电状态切换到恒值电压补充能量的阶段，需要提醒的是再给电池充电的时候，要控制好充电流程，设计好充电过程中需要的设计数据，特别是在这个分阶段充电电流一定的时候，如果说在这一阶段相 关 充电 数据超过预先设定的数据后，就要设计好程序去做出相应的控制处理好发生的变动， 关闭充电仪器的电源，间隔一段时间让电池恢复到正常状态后再继续进行充电的后续阶段。 因此 ， 我们利 用 控制 电池充电的相关 参数 去 控制 充电过程以达到短时间内迅速 充 满 电。 所以在 控制 充电的 时 候要准确利用 电压 、时间 、电流 和 温度 等各项数据 ， 根据这些数据做 出合适的充电策略，将各个充电阶段有效合理的组合起来，下面是几种 常用的控制方法。 3． 3． 1时间控制 设计好以某一恒流电流进行充电到某一阶段所需要的时间，利用定时仪器在达到相应的时间后控制充电设备的开关，执行是否要关闭当前充电的阶段，进入下一状态充电阶段，利用时间来控制设备仪器比较容易而且也很方便，但是事物都有两面性，有利的时候也就会有不利的时候，电池在充电过程中如果他 的状态发生变化这时候预先设定的数据可能就不准确了，不能有效控制电池的充电状态 ，不能随着电池的变化而做出相应的调整，很多不定因素的影响都会使时间控制出现问题，因此在恒流 控制等有些情况下这个 控制法不适合。 3． 3． 2温度控制 在可接受的恒值电流充电阶段电池的内部温度会升高，在升高到程序里预先设定好的 数据 时，程序就会控制外部设备的开关，将其关闭以 作 保护处理，在起始充电阶段采用温度的数据控制能够是 可以 和所有阶段停止的时候的相关控制联系的，但是它的准确度和延迟的性质会导致电池过度 的 充电，所以不能仅仅把温度作为控制的量。 把它关闭以 作 保护处理，在起始充电阶段采用温度的数据控制能够是可以和所有阶段停止的时候的相关控制联系的，但是它的准确度和延迟的性质会导致电池过度 的 充电，所以不能仅仅把温度作为控制的量。 3． 3． 3电压控制 在可接受的恒值电流充电阶段电池的电压，在超过这个预先设定好的电压值之后，在电池管理系统程序的 控制 管理下 电压超过之后，在 DSP主控制芯片作用下关闭外部充电设备结束这一阶段的充电。 这种电压 控制 法可以再程序控制下顺应电池的荷电状态以及在这个充电方法中电流会出现的变化， 此 控制方法很容易，当然在控制中也会有问题， 就是在电池的某些特性出现 故障 变化时 ，预先设置好的电压就不再适合相应的控制了，可能会因为预先设定的参数值太大而导致电池在充电过重。 3． 4智能 系统 充电方法 智能系统 充电 的特点是它的充电速度非常快 ， 它的研究重点是怎么样才能使电池在最少的时间内快速稳定地恢复。 再给电池充电过程中的要求是确保以大电流迅速地给电池补充电量，在短时间内 充满多少电量就要提供至少多大的电流，这就是要重点研究的问题，要充分考虑到电池的承受电流，不能超过这一数值，否则电池就会出现危险，不利于安全充电，按照镍氢电池的相关数据做好充电的相关策略， 在安全充电的情况下大电流给电池迅速充电。 电池极化是困扰 着 电池 地 快速充电的 一大难题 ， 镍氢 电池充电 如果 时间过长，会 产生 充电 的 监测 很慢 ， 而且会损耗很多电 ，电池内部 如果发生 极化 的问题 ，就会把电池的寿命严重折损 ， 既不安全又浪费了电池，给环境带来大的污染，同时这样也违背了 智能充电 相关标准。 根据蓄电池可接受充电电流定律以及马斯三定律，可知在充电过程中，当充电电流接近蓄电池固有充电曲线时，适时地对蓄电池进行反向电流放电，可以提高蓄电池的充电接受能力，也就是说通过反向大电流放电，可以提高蓄电池的充电速度，缩短充电时间。 因此，我们制定了多段段恒流充电与脉冲放电相结合的充电策略，如图 3． 8所示。 多段段恒流充电的每段恒流充电电流波形由一组脉冲波形组成，整个波形逼近蓄电池可接受充电电流曲线。 所以，智能充电系统在初期根据电池组状态确定是否需要涓流充电；在快速充电上采用多阶段恒流充电与脉冲充电相结合的充电方法，通过负脉冲反向放电，并在快速充电过程中短时间的停止充电，从而防止电池组出现过充，并能够消除或减少极化现象，这与马斯三定律是符合的；在充电后期采用定电压对电池组迸行补足充电直至电池组电量达到额定电量。 这种策略能够保证电池组充电 的快速性，提高充电效率，同时很好地解决普通快速充电所导致的硫化问题，保证了电池组的循环使用寿命，因此这种方案是合理的 ti / A0理 想 充 电 曲 线充电电流充 电 时 间均衡充电 因为 均衡充电 电路的 设计 很不简单 ， 涉计很多方面比较深的知识，所以本设计在这里只做一下关于理论方面的 研究介绍。 因为本电池管理系统中要串联很多电池（３８４节） ， 所以这么多的电池之间出现不一致的现象很容易出现，因此在给这么多的电池串联充电的时候要考虑到均衡 ， 这对电池的充电特别重要，关系到电池的寿命和安全状态。 在给蓄电池充电过程中对于 那些容量较低的电池要用 去硫化的充电模式，使这些电池回到原先健康状态，至于那些快要充满的要继续冲直 到充 满为止，所以这一过程中的各项状态都要达到 相关标准。 (1)启动 在电池的不一致显现出来的数据，经检验我们可以从两个方面来决定要不要 启动这种充电模式，第一个是电池组将要充满电的时候根据各单体电压之间的差距来判断是否需要 均充，第二个是在充满电的时候电池的电压和电流是不是都达到规定值。 (2电流大小 这种方法充电的时候那些容量很小的电池还在继续全部充电，但是由于这些电池里面的化学反应问题，这些电池接收的电流不会变大 了一般比较小，这个时候如果加大电流，化学反应中会产生很多气泡反而会阻碍电池回到原容量，的析气反应而影响其恢复容量。 (3)终止 在用均 衡 充充电时 的 时间要把握好，不能太长 （浪费电能） 也不能太短 （达不到这样做的目的） ， 而且这样对电池的损害也是很大的。 依照电池中最高电压值充电到最大值所维持需要的时间来决断是不是要终止。 容量预测（ SOC） 计算电池 的 荷电状态是电池管理系统 一大 重 点和 难 点，由于电池的工作环境比较难预测，电动车的工作过程 又 是一个 变化很多 的过程，电池的自身状态同时还要受到它的寿命 影响，现在有很 多关于 SOC 的估算方法，下文介绍几种方法。 计量法 估计 SOC 的最常用方法是 Ah 计量法，假如充电的 最初 状态是 SOC0,则 SOC的 现在的 状 态是：  tC IdtSO CSO C N 010  其中 I 是电池电流， NC 是额定容量；  是充电效率， 它是一个变量 ； I 是 镍氢 电池 的充电 电流。 在 Ah 计量法 中会遇到的 问题： 量取的 电流值 误差大不精确 ，会导致 SOC的 计算 值 出现 偏差 ，而且 误差 会 随 着不停地积累 使 误差变得 越来越大，电流波动较大 和温 度特高的 状态下 都会使 误差 变得 很大 很大， 可以利用 高性能电流传感器实现电流测量， 不过这种方法花钱要多一些 ，通过大量 的 实验 数据测量电池的充电 的 效率， 这样就可以找出电池有关它的充 电效率的 实用 公式。 各种各样的 电动汽车都可 以 采用这个方法，如果电流测量值 数据精 确 ， 并且有 相当多数据来的估计其起始的 状态，这是估计 SOC 的一种 既简单又 可靠 实用 的 好 方法。 电池 的电 阻有 两种即交流 与直流内阻 ， 这两个电阻跟 SOC 数量关系很近，所谓的交流阻抗是一个复数的变量，指电池的单体电压 同他的电流之比值 ，表示的是电池反抗交流电的一种能力，可以 通过 交流阻抗仪器去测量它的电阻值 ，温度对交流阻抗的影响很大。 所谓电池内阻是指电池反抗直流电的能力，它是指在同一时刻电压的变化量同电流的变化量之比，实际中把电池在开路状态以恒定的数量值放电或者充电，在同一时间里负载的电压减去开路的电压然后用这个差值与电流作比值就得到了直流内阻，在放电的后期镍氢电池 ，很显然直流内阻会变大，这样就可以用来估量电池的 SOC 值了。 时间段会影响直流电阻的数值，如果时间段不到 10 毫秒，那么这个时候仅能使用欧姆电阻才可以检测到；如 果时间段很长内阻的测量。