國(guó)內(nèi)外純電動(dòng)汽車技術(shù)現(xiàn)狀分析

國(guó)內(nèi)外純電動(dòng)汽車技術(shù)現(xiàn)狀分析一、純電動(dòng)汽車的技術(shù)動(dòng)態(tài)電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)為動(dòng)力蓄電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電子控制技術(shù)。在鋰離子電池技術(shù)、超級(jí)電容技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，許多企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造與集成，研發(fā)了雙電源電動(dòng)汽車、多能源電動(dòng)汽車等，或者進(jìn)行換電站系統(tǒng)建設(shè)試驗(yàn)，開發(fā)超快充電技術(shù)，其目的都是為了克服純電動(dòng)車補(bǔ)充電能困難與續(xù)行里程短的缺陷。1、鋰離子電池技術(shù)在蓄電池技術(shù)領(lǐng)域，具有重量輕、儲(chǔ)能大、功率大、無(wú)污染（也無(wú)二次污染）、壽命長(zhǎng)、自放電系數(shù)小、溫度適應(yīng)范圍寬泛等優(yōu)點(diǎn)的鋰離子電池技術(shù)逐漸取代鉛和鎳氫電池，成為純電動(dòng)汽車中的核心技術(shù)之一。截至2006年10月為止，全球主要國(guó)家已有20余家車廠進(jìn)行鋰離子電池研發(fā)，如富士重工、NEC、東芝、JohnsonControls、DegussaAG/Enax、Sanyo電機(jī)、PanasonicEVEnergy等。我國(guó)在鋰離子電池方面的研究水平，有多項(xiàng)指標(biāo)超過(guò)了USABC提出的2010年長(zhǎng)期指標(biāo)所規(guī)定的目標(biāo)。目前，專家認(rèn)為鋰離子電池技術(shù)還需進(jìn)一步發(fā)展。一方面，各企業(yè)所公布的大部分純電動(dòng)汽車蓄電池實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)，如加速性能、充電時(shí)間、持續(xù)里程數(shù)等，還須在復(fù)雜的外部環(huán)境實(shí)際運(yùn)行下，進(jìn)一步驗(yàn)證其可靠性，以及生產(chǎn)批量化質(zhì)量控制。另一方面，我國(guó)鋰離子電池所需隔膜材料依賴進(jìn)口，成本尚待降低。此外，有專家認(rèn)為，蓄電池使用壽命還不長(zhǎng)，造成高額使用成本，成為其商業(yè)化的一大瓶頸。2、超快充電技術(shù)采用傳統(tǒng)的慢速充電法，純電動(dòng)汽車充滿一次電要好幾個(gè)小時(shí)。這雖然能夠保證相對(duì)較長(zhǎng)的續(xù)駛里程，但由于要安裝許多電池，增加了車輛的重量和成本，對(duì)電池一致性的要求也較高。現(xiàn)在，快速充電電池技術(shù)出現(xiàn)，具有壽命長(zhǎng)（可充電2000次以上）、沒有記憶性、可以大容量充電及放電等特點(diǎn)，在幾分鐘內(nèi)就可充70%～80%的電。前面所述的東芝可急速充電鋰離子技術(shù)，即是快速充電技術(shù)的其中之一，這為純電動(dòng)汽車的商業(yè)化提供了技術(shù)支持。但是也有學(xué)者對(duì)于蓄電池的快速充電提出疑問，認(rèn)為快速充電時(shí)的過(guò)充電和過(guò)放電有可能會(huì)惡化各電池在電池組內(nèi)協(xié)同工作的環(huán)境，造成電池組整體的瓦解崩潰。現(xiàn)在許多企業(yè)在這方面積極進(jìn)行研發(fā)，也有所進(jìn)展。2005年《參考消息》報(bào)導(dǎo)內(nèi)華達(dá)州有企業(yè)研制出納米電池，只需6分鐘就能充滿電，每次充電后的使用時(shí)間能達(dá)到目前充電電池的10倍，使電池充電次數(shù)量高達(dá)到2萬(wàn)次，所提供的電流強(qiáng)度最大能到現(xiàn)在的3倍。這也成為目前純電動(dòng)汽車電池技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向之一。3、電池與電容相結(jié)合技術(shù)超級(jí)電容具有充電快、無(wú)記憶充放電、充放電循環(huán)次數(shù)高、無(wú)二次污染等優(yōu)異特性，但有放電快的缺點(diǎn)；鋰離子電池具有儲(chǔ)電量大、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，但充電時(shí)間比較長(zhǎng)。取兩者之長(zhǎng)，結(jié)合起來(lái)使用在電動(dòng)汽車上，除了可以具有傳統(tǒng)純電動(dòng)汽車的“電代油”和“零排放”主要優(yōu)點(diǎn)外，還具有一次充電行駛距離長(zhǎng)（可達(dá)300公里）、速度快（可達(dá)100公里/小時(shí)）、行使過(guò)程中能量回收效率高等優(yōu)點(diǎn)，代表了純電動(dòng)汽車的最新發(fā)展方向之一。目前已有富士重工和NEC聯(lián)合開發(fā)“鋰離子電容器”，能量密度達(dá)30瓦時(shí)/千克，為先前電容器的4倍，達(dá)到了用于電動(dòng)汽車的實(shí)用水平。中國(guó)有上海瑞華集團(tuán)研制環(huán)保型混合電能超級(jí)電容電動(dòng)汽車，還有國(guó)家電網(wǎng)公司在這方面已經(jīng)完成了3種電池-電容混合型電力工程車輛的改裝和性能測(cè)試，并將開展示范應(yīng)用。4、CTC電車蓄電池和360°聚光太陽(yáng)能電池車載充電技術(shù)CTC電車蓄電池和360°聚光太陽(yáng)能充電技術(shù)通過(guò)在換電站快速更換大容量蓄電池的技術(shù)手段獲取足夠的電能，并通過(guò)360°聚光太陽(yáng)能電池車載充電技術(shù)進(jìn)行能源補(bǔ)充。這種技術(shù)手段簡(jiǎn)單實(shí)用，克服了純電動(dòng)車補(bǔ)充電能困難與續(xù)行里程短的缺陷，可使續(xù)行里程提高至400KM，并能延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。不過(guò)這種技術(shù)尚在試驗(yàn)過(guò)程之中。5、電動(dòng)輪技術(shù)電動(dòng)輪亦稱輪內(nèi)電動(dòng)機(jī)（In-WheelMotor）。目前大部分重型礦用自卸汽車所采用的電動(dòng)輪是直流電動(dòng)機(jī)，而第二代純電動(dòng)汽車所采用的是交流傳動(dòng)系統(tǒng)。其工作原理如下：交流傳動(dòng)系統(tǒng)中的永磁式三相同步伺服交流電動(dòng)機(jī)緊湊地收藏于車輪內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子通過(guò)轉(zhuǎn)子托架與車輪輪轂相聯(lián)，而輪轂支撐于轉(zhuǎn)向節(jié)上，輪胎隨同電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)；而電動(dòng)機(jī)的定子則通過(guò)定子托板、輪轂、轉(zhuǎn)向節(jié)連接于車身上。該電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子為永久磁鐵，當(dāng)向電動(dòng)機(jī)的定子線圈中通以交流電流時(shí)，定子便會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使永磁式轉(zhuǎn)子連同輪胎一起旋轉(zhuǎn)，即整個(gè)車輪旋轉(zhuǎn)起來(lái)。目前已有三菱公司與東洋公司合作開發(fā)了用于藍(lán)瑟（Lancer）四輪驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)轎車的電動(dòng)輪。每個(gè)電動(dòng)輪的最大功率為50千瓦，最大扭矩為518?！っ?，最高轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分，一次充電的行駛里程可達(dá)250公里，最高車速可達(dá)到150公里/小時(shí)。二、電動(dòng)汽車用鋰離子電池技術(shù)的國(guó)內(nèi)外進(jìn)展簡(jiǎn)析1、電動(dòng)汽車電池技術(shù)獲得突破性發(fā)展蓄電池及其管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。在以往幾年中，大部分企業(yè)在電動(dòng)汽車研制中曾遭遇尷尬，主要是因?yàn)椴捎昧算U酸、鎳鎘、鎳氫電池（Ni-MH）等?，F(xiàn)在，經(jīng)過(guò)研制與實(shí)驗(yàn)比較，采用能量密度更高的鋰離子電池取代鉛和鎳氫電池，運(yùn)用于汽車領(lǐng)域正成為一項(xiàng)核心技術(shù)，它具有重量輕、儲(chǔ)能大、功率大、無(wú)污染、也無(wú)二次污染、壽命長(zhǎng)、自放電系數(shù)小、溫度適應(yīng)范圍寬泛，是電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)小轎車、電動(dòng)大貨車等較為理想的車用蓄電池。缺點(diǎn)是價(jià)格較貴、安全性較差。不過(guò)現(xiàn)在已有技術(shù)開發(fā)錳酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸釩鋰等新型材料，大大提高了鋰離子電池的安全性，而且降低了成本。2、鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化動(dòng)態(tài)隨著成本的急劇降低和性能的大幅度提高，已有許多汽車生產(chǎn)廠家開始投入使用鋰離子電池。下表是主要鋰離子電池廠商研發(fā)與生產(chǎn)概要。截至2006年10月為止，全球主要國(guó)家已有20余家車廠進(jìn)行鋰離子電池研發(fā)。如富士重工與NEC合作開發(fā)廉價(jià)的單體（Cell）錳系鋰離子電池（即錳酸鋰電池），具有高安全性、低制造成本特點(diǎn)，在車載環(huán)境下的壽命高達(dá)12年、10萬(wàn)公里，與純電動(dòng)汽車的整車壽命相當(dāng)。東芝開發(fā)的可急速充電鋰離子蓄電池組，除了小型、大容量的特點(diǎn)之外，采用了能使納米級(jí)微粒均一化固定技術(shù)，可使鋰離子均勻地吸附在蓄電池負(fù)極上，能在一分鐘之內(nèi)充電至其容量的80%，再經(jīng)6分鐘便可充滿電。美國(guó)的主要電池廠JohnsonControls針對(duì)電動(dòng)車需求特性的鋰離子電池于2005年9月在威斯康星州Milwaukee設(shè)立研發(fā)地點(diǎn)，2006年1月另出資50%與法國(guó)電池廠Saft共同成立JohnsonControls－SaftAdvancedPowerSolution（JCS）。JCS于2006年8月承接了美國(guó)能源部(DOE)所主導(dǎo)2年USABC(UnitedStatesAdvancedBatteryConsortium)純電動(dòng)車鋰離子電池研發(fā)計(jì)劃合約，另外亦與車廠簽約提供高功率鋰離子電池。我國(guó)在鋰離子電池方面的研究水平，有多項(xiàng)指標(biāo)超過(guò)了USABC提出的2010年長(zhǎng)期指標(biāo)所規(guī)定的目標(biāo)，已能自主開發(fā)出用量在50~80公斤以下，可適用于電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電油混合動(dòng)力車、油電混合動(dòng)力電動(dòng)車，行駛距離在80公里以內(nèi)的小型、輕型供上下班使用的家用電動(dòng)小轎車的鋰離子蓄電池，并有足夠好的安全行駛性能。從1997年開始產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)的蘇州星恒作為國(guó)家鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化示范工程項(xiàng)目基地，其研發(fā)的動(dòng)力電池組已通過(guò)美國(guó)UL和歐盟獨(dú)立組織ExtraEnergy的測(cè)試認(rèn)證，并在蘇州建成第一條動(dòng)力鋰離子電池的生產(chǎn)線并順利試產(chǎn)，目前已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。3、蓄電池技術(shù)還需繼續(xù)進(jìn)一步發(fā)展目前，鋰離子電池應(yīng)用于電動(dòng)車的課題，有電池壽命機(jī)理（高功率電池老化特征、老化電池診斷、老化電池電化學(xué)模型、電池壽命預(yù)測(cè)方法開發(fā)）、電池的低溫性能表現(xiàn)（低溫性能特點(diǎn)、低溫電解質(zhì)模型、低溫性能模擬）、容許偏差、過(guò)熱偏差、過(guò)負(fù)載偏差、檢查診斷與降低電池成本（材料篩選與開發(fā)、低成本制造）等。而長(zhǎng)期探索研究主要集中在系統(tǒng)與材料兩方面。一方面，各企業(yè)所公布的大部分純電動(dòng)汽車蓄電池實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)，如加速性能、充電時(shí)間、持續(xù)里程數(shù)等，還須在復(fù)雜的外部環(huán)境實(shí)際運(yùn)行下，進(jìn)一步驗(yàn)證其可靠性，以及生產(chǎn)批量化質(zhì)量控制。另一方面，在我國(guó)鋰離子電池生產(chǎn)中，鋰離子電池所需隔膜材料未能有實(shí)質(zhì)性的突破，全部依靠進(jìn)口，價(jià)格昂貴，占到動(dòng)力電池成本的30%以上。如果在這一材料上實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)，即可大幅度降低成本。此外，有專家認(rèn)為，從20世紀(jì)90年代初各國(guó)研究成功的電動(dòng)汽車來(lái)看，雖然蓄電池的比能量比現(xiàn)在的新型電池要小，但是各種電動(dòng)汽車測(cè)試達(dá)到的各項(xiàng)性能指標(biāo)，對(duì)一般的使用者來(lái)說(shuō)，也是可以滿足的。當(dāng)時(shí)實(shí)現(xiàn)不了電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化的主要原因，在于蓄電池的使用壽命太短。純電動(dòng)汽車所使用的蓄電池組成本一般要占新車造價(jià)的二分之一，如果需要購(gòu)車人在幾年之內(nèi)即更換蓄電池組，就意味著高額的使用成本?，F(xiàn)在，第二代純電動(dòng)汽車蓄電池比能量已經(jīng)有了很大的提高，生產(chǎn)蓄電池的材料與蓄電池的結(jié)構(gòu)也取得了很大的進(jìn)步，但是其使用壽命并未獲得重大的突破。即使加速性能完全能達(dá)到或超過(guò)今天燃油車的最高水平，蓄電池充一次電的行駛里程能超過(guò)燃油車目前加一箱油的行駛里程，由于蓄電池壽命限制而造成的高額使用成本也將成為其商業(yè)化的一大瓶頸。三、國(guó)內(nèi)外鋰離子動(dòng)力電池的關(guān)鍵技術(shù)及最新動(dòng)態(tài)1、鋰離子動(dòng)力電池待解決的使用技術(shù)問題鋰離子動(dòng)力電池做為一種新型的動(dòng)力技術(shù)，可以使用在任何一種驅(qū)動(dòng)車輛上，如電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)小轎車、電動(dòng)中巴和大巴，以及UPS、移動(dòng)激光電源、移動(dòng)照明電源、移動(dòng)通訊設(shè)備、軍事領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域，其使用面之廣，具有不可估量的市場(chǎng)前景。然而，基于鋰離子動(dòng)力電池的特性，即充電電壓不可超過(guò)4.2V，放電電壓不可低于2.6V。使用鋰動(dòng)力電池的技術(shù)問題已是迫在眉睫，而且是必須盡快解決的問題。鋰動(dòng)力電池的產(chǎn)生，無(wú)疑對(duì)傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)帶來(lái)危機(jī)。而鋰動(dòng)力電池的特性，又決定了必須有高超的使用技術(shù)。才能盡快進(jìn)入使用市場(chǎng)。從目前的鋰電池生產(chǎn)制造技術(shù)看，已經(jīng)達(dá)到了完美的程度，10Ah電池內(nèi)阻達(dá)到10mΩ左右，而50Ah，100Ah的電池內(nèi)阻只有1mΩ左右，這使電池專家都感到驚訝。然而，鋰動(dòng)力電池的突然出現(xiàn)，也讓使用市場(chǎng)感到突然。當(dāng)一個(gè)個(gè)用戶對(duì)高新科技產(chǎn)生興趣，并興致勃勃地試用時(shí)，問題出現(xiàn)了：鋰動(dòng)力電池在使用中做為動(dòng)力，必須要串聯(lián)才能達(dá)到使用電壓的需要，而幾個(gè)幾十個(gè)甚至幾百個(gè)電池的串聯(lián)，使用一段時(shí)間后，必然會(huì)產(chǎn)生電壓的參差不齊，這并不是電池的生產(chǎn)技術(shù)問題，由于電池在生產(chǎn)過(guò)程中，從涂膜開始到成為成品要經(jīng)過(guò)很多道工序。即使經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢測(cè)程序，使每組電源的電壓、電阻、容量一致，但使用一段時(shí)間，也會(huì)產(chǎn)生這樣或那樣的差異。如同一位母親生的雙胞胎，剛生下時(shí)可能長(zhǎng)得一模一樣，做為母親都很難分辨。然而，在兩個(gè)孩子不斷成長(zhǎng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生這樣或那樣的差異鋰動(dòng)力電池也是這樣。使用一段時(shí)間產(chǎn)生差異后，采用整體電壓控制的方式是難以適用于鋰動(dòng)力電池的，如一個(gè)36V的電池堆，必須用10只電池串聯(lián)。整體的充電控制電壓是42V，而放電控制電壓是26V。用整體電壓控制方式，初始使用階段由于電池一致性特別好，也許不會(huì)出現(xiàn)什么問題。在使用一段時(shí)間以后電池內(nèi)阻和電壓產(chǎn)生波動(dòng)，形成不一致的狀態(tài)，（不一致是絕對(duì)的，一致性是相對(duì)的）這種時(shí)候仍然使用整體電壓控制是不能達(dá)到其目的的。例如10只電池放電時(shí)其中兩只電池的電壓在2.8V，四只電池的電壓是3.2V，四只是3.4V，現(xiàn)在的整體電壓是32V，我們讓它繼續(xù)放電一直工作到26V。這樣，那兩只2.8V的電池就低于2.6V處于了過(guò)放狀態(tài)。鋰電池幾次過(guò)放就等于報(bào)廢。反之，用整體電壓控制充電的方式進(jìn)行充電，也會(huì)出現(xiàn)過(guò)充的狀況。比如用上述10只電池當(dāng)時(shí)的電壓狀態(tài)進(jìn)行充電。整體電壓達(dá)到42V時(shí)，那兩只2.8V的電池處于"饑餓"的狀態(tài)，而迅速吸收電量，就會(huì)超過(guò)4.2V，而過(guò)充的超過(guò)4.2V的電池，不僅由于電壓過(guò)高產(chǎn)生報(bào)廢，甚至還會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，這就是鋰動(dòng)力電池的特性。特性的物質(zhì)只有掌握它的特性來(lái)使用，才能給你造福。如同一匹野馬，你只有把它戴上韁繩。才能馴服它。自從人類發(fā)明了鋰電池，其使用技術(shù)一直在不斷提高，如小容量的手機(jī)電池，使用技術(shù)已達(dá)到完美程度。然而，做為大功率大容量的鋰動(dòng)力電池，其使用技術(shù)仍然處于開發(fā)研制階段。人們對(duì)較小容量的10AH電池采取了單體控壓恒流充電方式，在放電時(shí)使用整體電壓控制，在電壓較高時(shí)就使其保護(hù)，停止工作。比如在整體電壓30V時(shí)就控制其停止工作了。這樣，一般在一致性比較好的電池組里，單體電池的電壓也不會(huì)低于2.6V。而充電時(shí)由于采取單體充電，單體控制，就能夠使每只電池的工作效率達(dá)到比較理想的程度。然而這種控制仍然不會(huì)使人們滿足，并沒有使電池達(dá)到100%的工作量，比如廣東的一家電動(dòng)自行車公司，用10AH/36V的電池組充一次電續(xù)駛60k/m，而另一家電動(dòng)自行車公司使用同樣的電池組測(cè)試，可續(xù)駛75km，這不能不說(shuō)鋰動(dòng)力電池的使用技術(shù)是有高低之分的。由于鋰動(dòng)力電池的使用技術(shù)是每個(gè)研發(fā)單位的機(jī)密，他們?cè)谘邪l(fā)過(guò)程中都投入大量的人力物力資源，所以，使用技術(shù)的高低，不能不說(shuō)這是他們開發(fā)市場(chǎng)爭(zhēng)創(chuàng)品牌的資本。鋰動(dòng)力電池理想的管理應(yīng)該是均衡保護(hù)控制。這種控制的要求是幾只幾十只甚至是幾百只的電池組，每只電池不僅能夠管理和保護(hù)，而且在放電時(shí)還要使每只電池的電壓保持均衡一致。如同幾十杯水，在同一個(gè)水平線上平衡一致地往外流。在充電時(shí)，也如幾十杯同一水平線上的水，在同一個(gè)電壓線上，均衡一致地進(jìn)行充電。這種要求似乎刻苛，可鋰勸力電池要想百分之百的被用戶認(rèn)可，只有做到這種程度才行。因?yàn)樵S多用戶，特別是消費(fèi)者，他們不懂如何單獨(dú)檢測(cè)，如何各別處理單體出問題的電池，鋰動(dòng)力電池的管理只有達(dá)到智能化程度，才能徹底開辟出這個(gè)宏大的市場(chǎng)。所以說(shuō)，鋰動(dòng)力電池市場(chǎng)目前亟待解決的是使用技術(shù)問題。2、動(dòng)力電池及系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)2.1EV動(dòng)力電池的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)1）容量(Capacity)。電池的容量是指在一定的放電條件下可以從電池中獲得的電量，有理論容量、實(shí)際容量、額定或公稱容量和額定儲(chǔ)備容量之分。用AH(安時(shí))數(shù)、mAH(毫安時(shí))表示。理論容量：理論容量是假設(shè)電池內(nèi)產(chǎn)生電量的化學(xué)反應(yīng)式左邊的物質(zhì)全部參加反映生成的電量。它是根據(jù)活性物質(zhì)的質(zhì)量按照法拉第定律計(jì)算得到的。實(shí)際容量：實(shí)際容量是指電池在一定的放電條件下電池實(shí)際所能輸出的電量，等于放電電流對(duì)放電時(shí)間的積分。額定容量：額定容量也叫公稱容量，是指設(shè)計(jì)和制造電池時(shí)，按國(guó)家或有關(guān)部門頒布標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或保證電池在一定放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。2）放電速率，簡(jiǎn)稱放電率，常用時(shí)率表示。時(shí)率是以放電時(shí)間表示的放電率，即以某電流放電放完額定容量所經(jīng)歷的時(shí)間。例如電池三小時(shí)額定容量為120Ah(用C/3=120Ah表示)，則電池在充滿電后，以120/3=40A的恒流放電，在其電壓不低于某一規(guī)定值以前，能連續(xù)放電達(dá)到三小時(shí)者為合格。3）能量(Energy)。電池容量是按一定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的放電條件下，電池所能輸出的電能，單位為Wh(瓦時(shí))或kWh(千瓦時(shí))。電池有實(shí)際能量和標(biāo)稱能量之分。實(shí)際能量為電池處于一定的放電條件下的實(shí)際容量與平均工作電壓的乘積。4）比能量(SpecificEnergy)。比能量作為衡量各種電池性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。比能量也稱為能量密度。比能量有重量比能量和體積比能量之分。重量比能量指電池單位質(zhì)量所輸出的電能，單位為Wh/kg(瓦時(shí)/千克)。5）功率(Power)。電池的功率是指在一定放電制度下，單位時(shí)間內(nèi)電池輸出的能量大小，單位為W(瓦)或kW(千瓦)。6）比功率(SpecificPower)。單位質(zhì)量或單位體積的電池所輸出的功率稱為比功率率，單位為W/kg或W。7）循環(huán)使用壽命(CycleLife)。電池充電和放電一次稱為一個(gè)循環(huán)，按一定的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)電池容量下降到某一規(guī)定值以前，電池能承受的充、放電循環(huán)次數(shù)，稱為電池的循環(huán)使用壽命，循環(huán)使用壽命是衡量電池壽命性能的一項(xiàng)重要的指標(biāo)。8）自放電率(Setf-Discharge)。自放電率是指電池在存放期間容量的下降率，即電池?zé)o負(fù)荷時(shí)自身放電使容量損失的速度，自放電率用單位時(shí)間內(nèi)容量下降的百分?jǐn)?shù)表示。9）輸出效率(outputeffective)。電池實(shí)際上是一個(gè)能量存儲(chǔ)器。充電時(shí)將能量轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能存儲(chǔ)器來(lái)，放電是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茚尫懦鰜?lái)。但電池并不能作為理想的儲(chǔ)能器，它在工作過(guò)程中有一定的能量消耗。10）充電率(Charge-Rate，C-rate)。它表示電池充放電時(shí)電流的大小。例如：充電電池的額定容量為1100mAh時(shí)，即表示以100mAh(1C)放電時(shí)間可持續(xù)1小時(shí)、如以200mA(0.2C)放電時(shí)間可持續(xù)5小時(shí)，充電亦如此計(jì)算。11）終止電壓(Off-Cut-Voltage)。指電池放電時(shí)，其電壓下降到電池不允許再繼續(xù)放電的最低工作電壓值。12）開路電壓(Open-Voltage)。電池不放電時(shí)，電池兩極之間的電位差被稱為開路電壓。電池的開路電壓，會(huì)依電池正、負(fù)極與電解液的材料而異，往往會(huì)形成起開路電壓不一樣的情況出現(xiàn)。13）放電深度(DepthofDischarge)。在電池使用過(guò)程中，電池放出的容量占其額定容量的百分比，成為放電深度。14）過(guò)放電(Over-Discharge)。電池在放電過(guò)程中，當(dāng)超過(guò)電池放電的終止電壓值后，還繼續(xù)放電時(shí)就可能會(huì)造成電池內(nèi)部電壓(即電池的開路電壓)升高，正、負(fù)極活性物質(zhì)的可逆型遭到損壞，使電池的容量產(chǎn)生明顯減少。15）過(guò)充電(Over-Charge)。電池在充電時(shí)，在達(dá)到充滿狀態(tài)后，若繼續(xù)充電，可能導(dǎo)致電池內(nèi)部電壓升高、電池變形、漏液等情況發(fā)生，電池的性能也會(huì)顯著降低和損壞。2.2電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力電池的要求一般情況下，電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池進(jìn)行的是頻繁、淺度的充放電循環(huán)。在充放電過(guò)程中，電壓、電流可能有較大變化。針對(duì)這種使用特點(diǎn)，電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)電池有如下幾個(gè)方面的特別要求：(1)大功率充放電的能力。電動(dòng)汽車要求動(dòng)力電池具有更高的比功率。(2)高效的充放電能力。電動(dòng)汽車中動(dòng)力電池的高充放電效率是對(duì)保證整車效率具有至關(guān)重要的作用。(3)相對(duì)穩(wěn)定性。電動(dòng)汽車電池應(yīng)當(dāng)在快速充放電和充放電過(guò)程變工況的條件下保持性能的相對(duì)穩(wěn)定。2.3電動(dòng)汽車對(duì)電池管理系統(tǒng)的要求電池管理系統(tǒng)(BMS)管理的對(duì)象是電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的電池，面對(duì)動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車上工作時(shí)的苛刻的充放電狀況，現(xiàn)代電動(dòng)汽車的BMS有如下幾個(gè)方面的要求：1）基本的管理能力。防止過(guò)充電與過(guò)放充、避免深度放電、SOC和剩余行駛里程的預(yù)測(cè)。2）較強(qiáng)的熱量管理能力。電池在大功率充放電時(shí)，電池組發(fā)熱，在電池箱內(nèi)形成一定的溫度梯度，使得各個(gè)單體電池工作時(shí)的環(huán)境溫度不一致，將會(huì)削弱各單體電池間的均衡性，降低電池組的充放電能力。針對(duì)這樣的情況，BMS必須具備先進(jìn)的熱量管理能力，維持電池模塊間溫度的平衡，并控制電池的工作溫度在合理范圍內(nèi)。3）高壓電安全管理能力。電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池的高達(dá)數(shù)百伏的高壓電，可能危及生命及車輛安全，為了確保電動(dòng)汽車高壓電安全，BMS需要實(shí)時(shí)監(jiān)控高壓電路的電氣狀態(tài)、通斷狀態(tài)及高壓電路的接通過(guò)程，在發(fā)現(xiàn)異常狀況后能立即通過(guò)狀態(tài)線輸出故障狀態(tài)并做出相應(yīng)的動(dòng)作，在危險(xiǎn)的情況下能自動(dòng)切斷高壓電的輸出。4）車載CAN通訊功能。BMS作為電動(dòng)汽車的一個(gè)子系統(tǒng)，在監(jiān)控電池組的同時(shí)，通過(guò)總線，必須實(shí)時(shí)的將電池狀態(tài)告知車載動(dòng)力總成系統(tǒng)和其他相關(guān)分系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享。5）較好電磁兼容（EMC）能力。BMS作為汽車電子部件，需要滿足十分嚴(yán)格的汽車電磁兼容性要求。3、電池管理系統(tǒng)的開發(fā)難點(diǎn)和重點(diǎn)電池作為化學(xué)電源其輸出功率和發(fā)動(dòng)機(jī)有明顯的不同，其充放電反應(yīng)機(jī)理、化學(xué)活性物質(zhì)及其反應(yīng)速度等直接決定了電池提供充放電電流、電壓的能力。為精確預(yù)測(cè)電池SOC，我們必須通過(guò)大量的理論和試驗(yàn)研究電池內(nèi)部電化學(xué)關(guān)系，準(zhǔn)確估計(jì)電池內(nèi)部狀態(tài)。電動(dòng)車電池組一般是由100～300節(jié)單體鎳氫電池或者30～100節(jié)鋰電池串聯(lián)組成，總電壓一般在120～500V之間。電池管理系統(tǒng)需要測(cè)量單體電池電壓、溫度、通過(guò)電流等參數(shù)，同時(shí)如何解決大量信號(hào)的測(cè)量精度和信號(hào)的共地、隔離、抗干擾等問題，將是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。今后電池管理系統(tǒng)的研究重點(diǎn)是：應(yīng)以系統(tǒng)觀念為基礎(chǔ)，根據(jù)電池的內(nèi)部反應(yīng)機(jī)理提高電池SOC預(yù)測(cè)精度、降低電池管理系統(tǒng)的功耗、改善電池的工作狀況和存放環(huán)境。即主動(dòng)地進(jìn)行電池管理，特別是電池的過(guò)度充放電保護(hù)、熱平衡和電池的工作環(huán)境的管理。同時(shí)應(yīng)該充分運(yùn)用優(yōu)化理論，將電池管理系統(tǒng)的能耗與電池的能量進(jìn)行優(yōu)化，以取得在最優(yōu)能耗下獲得最大的電池放電電能。4、控制技術(shù)的現(xiàn)狀分析1．電池管理系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)（1）前言目前,影響電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用的主要因素包括動(dòng)力電池的安全性和使用成本問題,延長(zhǎng)電池的使用壽命是降低使用成本的有效途徑之一。為確保電池性能良好,延長(zhǎng)電池使用壽命,必須對(duì)電池進(jìn)行合理有效的管理和控制,為此,國(guó)內(nèi)外均投入大量的人力物力開展廣泛深入的研究。例如,日本青森工業(yè)研究中心從1997年開始至今,仍在持續(xù)進(jìn)行電池管理系統(tǒng)(BMS)實(shí)際應(yīng)用的研究;美國(guó)Villanova大學(xué)和USNanocorp公司已經(jīng)合作多年對(duì)各種類型的電池SOC進(jìn)行基于模糊邏輯的預(yù)測(cè);豐田、本田以及通用汽車公司等都把BMS納入技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)。我國(guó)在十五期間設(shè)立電動(dòng)汽車重大專門研究項(xiàng)目,經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展之后,在BMS方面取得很大的突破,與國(guó)外水平也較為接近。在國(guó)家863計(jì)劃2005年第一批立項(xiàng)研究課題中,就分別有北京理工大學(xué)承擔(dān)EQ7200HEV混合動(dòng)力轎車用鎳氫動(dòng)力電池組及管理模塊、湖南神舟公司承擔(dān)的EQ6110HEV混合動(dòng)力城市公交車用大功率鎳氫動(dòng)力電池及其管理模塊、蘇州星恒電源有限公司承擔(dān)的燃料電池轎車用高功率型鋰離子動(dòng)力電池組及其管理系統(tǒng)、北京有色金屬總院承擔(dān)的解放牌混合動(dòng)力城市客車用鋰離子電池及管理模塊等課題。此外還有清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等承擔(dān)的多能源動(dòng)力總成控制系統(tǒng)和DC/DC變換器等一大批相關(guān)課題。（2）BMS的基本結(jié)構(gòu)BMS的主要工作原理可簡(jiǎn)單歸納為:數(shù)據(jù)采集電路首先采集電池狀態(tài)信息數(shù)據(jù),再由電子控制單元(ECU)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析,然后根據(jù)分析結(jié)果對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)功能模塊發(fā)出控制指令,并向外界傳遞信息?；谏鲜鲈?美國(guó)托萊多大學(xué)提出一個(gè)典型的BMS基本結(jié)構(gòu)。這個(gè)典型的系統(tǒng)把BMS簡(jiǎn)化劃分為1個(gè)ECU和1個(gè)均衡電池之間電荷水平的均衡器(EQU)兩大部分。其中ECU的任務(wù)主要由4個(gè)功能組成:數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳送和控制。ECU也控制均衡器、車載充電器等電池維護(hù)設(shè)備。韓國(guó)Ajou大學(xué)和先進(jìn)工程研究院開發(fā)的BMS系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及其相互邏輯關(guān)系。該系統(tǒng)在上述結(jié)構(gòu)中進(jìn)行功能擴(kuò)展,即增設(shè)熱管理系統(tǒng)、安全裝置、充電系統(tǒng)以及與PC機(jī)的通信聯(lián)系。另外還增加與電動(dòng)機(jī)控制器的通信聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)能量制動(dòng)反饋和最大功率控制。湖南大學(xué)研發(fā)的電動(dòng)汽車采用的集中式BMS結(jié)構(gòu)。該BMS系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是采用電壓隔離開關(guān)矩陣提高數(shù)據(jù)采集的可靠性和系統(tǒng)的安全性。其內(nèi)部多條隔離的數(shù)字及模擬信號(hào)輸入輸出通道不僅可以根據(jù)要求靈活使用,而且有效增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力?，F(xiàn)在國(guó)外正在開展基于智能電池模塊(SBM)的BMS研究,即在1個(gè)電池模塊中裝入1個(gè)微控制器并集成相關(guān)電路,然后封裝為一個(gè)整體,多個(gè)智能電池模塊再與1個(gè)主控制模塊相連,加以其它輔助設(shè)備,就構(gòu)成1個(gè)基于智能電池的管理系統(tǒng)。該BMS成功實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)電池模塊的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、模塊內(nèi)電池電量均衡和電池保護(hù)等功能。美國(guó)Micron公司開發(fā)的軍用電動(dòng)車輛BMS采用的就是這種結(jié)構(gòu)。（3）BMS功能組成部分概述綜合國(guó)內(nèi)外的研究工作,目前所設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車用BMS通常包含以下功能組成部分:數(shù)據(jù)采集、剩余容量(SOC)的估算、電氣控制(充放電控制、均衡充電等)、熱管理、安全管理和數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)采集在BMS中,采集到的數(shù)據(jù)是對(duì)電池作出合理有效管理和控制的基礎(chǔ)。因此,數(shù)據(jù)的精度、采樣頻率和數(shù)據(jù)過(guò)濾就非常重要。鑒于電壓、電流、溫度的動(dòng)態(tài)變化特征,采樣頻率通常應(yīng)不低于1次/s。鋰離子電池的安全性要求高,對(duì)電壓敏感,所以必須采集每個(gè)單體電池的電壓,監(jiān)測(cè)到每個(gè)電池的溫度。鎳氫電池和鉛酸電池對(duì)電壓和溫度的采集精度要求不像鋰離子電池那樣高,有時(shí)為簡(jiǎn)化BMS的結(jié)構(gòu),對(duì)電壓和溫度成對(duì)或成組采集。SOC的估算電池剩余容量(SOC)的確定是BMS中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。由于電動(dòng)汽車電池在使用過(guò)程中表現(xiàn)的高度非線性,使準(zhǔn)確估計(jì)SOC具有很大難度。傳統(tǒng)的SOC基本估算方法有開路電壓法、內(nèi)阻法和安時(shí)法等。近年來(lái)又相繼研發(fā)出許多對(duì)電池SOC的新型算法,例如模糊邏輯算法模型、自適應(yīng)神經(jīng)模糊推斷模型、卡爾曼濾波估計(jì)模型算法以及新出現(xiàn)的線性模型法和阻抗光譜法等。開路電壓法適用于測(cè)試穩(wěn)定狀態(tài)下的電池SOC,在電動(dòng)汽車行駛過(guò)程中不宜單獨(dú)使用。開路電壓法通常用作其它算法的補(bǔ)充。內(nèi)阻法是根據(jù)蓄電池的內(nèi)阻與SOC之間的聯(lián)系來(lái)預(yù)測(cè)SOC。但電池的內(nèi)阻受多方面的因素影響,測(cè)量結(jié)果易受干擾,可信度不高。再加上這種方法比較復(fù)雜,計(jì)算量大,因此在實(shí)際應(yīng)用中比較困難。安時(shí)法通過(guò)對(duì)電流積分的方法記錄從蓄電池輸出的能量或者輸入蓄電池的能量,再根據(jù)充放電的起始SOC狀態(tài),就可以計(jì)算出蓄電池的SOC。該方法最為直接明顯,而且簡(jiǎn)單易行,在短時(shí)間內(nèi)具有較高精度,但長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)有較大的累積誤差。實(shí)際應(yīng)用中,安時(shí)法是目前最常用的方法,且常與其它方法組合使用,如安時(shí)內(nèi)阻法、安時(shí)2Peukert方程法、安時(shí)開路電壓法。這些組合算法通常比單純使用安時(shí)法精度更高。各種智能算法和新型算法由于還不是很成熟,有些復(fù)雜算法在單片機(jī)系統(tǒng)上難以實(shí)現(xiàn),所以在實(shí)際應(yīng)用中還不多見,但這是未來(lái)發(fā)展的方向。為了更準(zhǔn)確估算SOC,在算法中還需要考慮對(duì)電池的溫度補(bǔ)償、自放電和老化等多方面因素。例如,韓國(guó)Ajou大學(xué)和先進(jìn)工程研究院的研究人員對(duì)鎳氫電池SOC的估算中考慮電池的實(shí)際可用容量(包含了對(duì)溫度的考慮)、自放電率和電池老化對(duì)容量的影響,提出了SOC計(jì)算公式為SOC(%)=100%×(額定容量+容量補(bǔ)償因數(shù)+自放電效應(yīng)+老化效應(yīng)-放電量+充電量)/額定容量其SOC估算精確度在±3%內(nèi)。電氣控制德國(guó)的JossenA等研究人員認(rèn)為電氣控制需要實(shí)現(xiàn)的功能有:控制充電過(guò)程,包括均衡充電;根據(jù)SOC、電池健康狀態(tài)(SOH)和溫度來(lái)限定放電電流。電氣控制中需要結(jié)合所使用的電池技術(shù)和電池類型來(lái)設(shè)定一個(gè)控制充電和放電的算法邏輯,以此作為充放電控制的標(biāo)準(zhǔn)。在BMS中,均衡充電是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。動(dòng)力電池一般由多節(jié)較大容量單體電池串聯(lián)而成。但由于單體電池之間存在不一致性,這會(huì)降低電池組的使用水平,嚴(yán)重影響電動(dòng)汽車的性能,危及電動(dòng)汽車的安全。例如,在湖南大學(xué)研發(fā)的EV23中發(fā)現(xiàn),當(dāng)沒有采用均衡充電時(shí),電池經(jīng)過(guò)多次的充放電之后,10個(gè)單體電池為1組的鎳氫電池組間電壓差最大約為2V。均衡充電的方案有多種,選擇時(shí)首先要考慮電路復(fù)雜程度和均衡效率。美國(guó)托萊多大學(xué)在其BMS中采用一種集中式、非耗散型的選擇性推進(jìn)均衡器。這種方案是通過(guò)控制繼電器網(wǎng)絡(luò)的切換來(lái)對(duì)所選擇的單體電池進(jìn)行均衡充電,硬件設(shè)備比獨(dú)立均衡簡(jiǎn)單,但效率相對(duì)較低。北京理工大學(xué)在其研發(fā)的電動(dòng)客車BFC6100EV上采用一種電池組均衡充電保護(hù)系統(tǒng)方案,實(shí)現(xiàn)均衡充電和電池保護(hù)的綜合運(yùn)用。安全管理和控制電池自身的安全問題,尤其是鋰離子電池在過(guò)充電時(shí)會(huì)著火甚至爆炸,因此電池使用的安全問題是國(guó)內(nèi)外各大汽車公司和科研機(jī)構(gòu)當(dāng)前所面臨和必須解決的難題,它直接影響電動(dòng)汽車是否能夠普及應(yīng)用。BMS在安全方面主要側(cè)重于對(duì)電池的保護(hù),以及防止高電壓和高電流的泄漏,其所必備的功能有:過(guò)電壓和過(guò)電流控制、過(guò)放電控制、防止溫度過(guò)高、在發(fā)生碰撞的情況下關(guān)閉電池。這些功能可以與電氣控制、熱管理系統(tǒng)相結(jié)合來(lái)完成。許多系統(tǒng)都專門增加電池保護(hù)電路和電池保護(hù)芯片。例如文獻(xiàn)中的BMS,其智能電池模塊的電路設(shè)計(jì)還具有單體電池?cái)嘟庸δ?。安全管理系統(tǒng)最重要的是及時(shí)準(zhǔn)確地掌握電池各項(xiàng)狀態(tài)信息,在異常狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)或斷開電路,防止意外事故的發(fā)生。熱管理電池在不同的溫度下會(huì)有不同的工作性能,如鉛酸電池、鋰離子電池和鎳氫電池的最佳工作溫度為25～40℃。溫度的變化會(huì)使電池的SOC、開路電壓、內(nèi)阻和可用能量發(fā)生變化,甚至?xí)绊懙诫姵氐氖褂脡勖?。溫度的差異也是引起電池均衡問題的原因之一。美國(guó)可再生能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的AhmadA.Pesaran指出熱管理系統(tǒng)的主要任務(wù)有:使電池工作在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi);降低各個(gè)電池模塊之間的溫度差異。使用車載空調(diào)器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池溫度的控制,這也是電動(dòng)汽車常用的溫度控制方法。數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信是BMS的重要組成部分之一。在BMS中,目前數(shù)據(jù)通信方式主要采用CAN總線通信方式。在廈門大學(xué)與清華大學(xué)合作開發(fā)的BMS中,其內(nèi)部各模塊之間使用一個(gè)內(nèi)部CAN網(wǎng)絡(luò),在通信與顯示模塊中還有另外一個(gè)CAN通信接口接入到整車CAN通信網(wǎng)絡(luò)中。而在同濟(jì)大學(xué)開發(fā)的一個(gè)試驗(yàn)用于超越二號(hào)燃料電池電動(dòng)汽車上的BMS中,內(nèi)部模塊采用LIN總線通信,與整車的通信則采用CAN總線方式。在采用智能電池模塊時(shí)可以選擇使用無(wú)線通信方式,或者通過(guò)電力載波的方式與主控制器通信。這2種通信方式都可以減少BMS的布線,降低電動(dòng)汽車內(nèi)部的電路復(fù)雜程度,但其可靠性和抗干擾能力不如CAN總線。另外,每個(gè)BMS基本上都留有與計(jì)算機(jī)的通信接口,便于在計(jì)算機(jī)上對(duì)電池?cái)?shù)據(jù)信息進(jìn)行分析。（4）BMS的未來(lái)研究方向和發(fā)展趨勢(shì)與電機(jī)、電機(jī)控制技術(shù)、電池技術(shù)相比,BMS還不是很成熟。BMS作為電動(dòng)汽車最關(guān)鍵的技術(shù)之一,近年來(lái)已經(jīng)有很大的提高,很多方面都已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段,但有些部分仍然不夠完善,尤其是在采集數(shù)據(jù)的可靠性、SOC的估算精度和安全管理等方面都有待進(jìn)一步改進(jìn)和提高。(a)BMS的設(shè)計(jì)主要有如下技術(shù)難點(diǎn):需要采集的數(shù)據(jù)量大,精度要求高;電池狀態(tài)的非線性變化嚴(yán)重制約了SOC的預(yù)測(cè)精度;內(nèi)部電路復(fù)雜,安全性差,抗干擾能力要求高。(b)根據(jù)對(duì)BMS的功能要求和目前研究中的問題可知,如何把握電池內(nèi)部狀態(tài)的變化規(guī)律,用更有效的方式和采用更適當(dāng)?shù)乃惴▉?lái)正確估算SOC,減小SOC的估算誤差,仍將是今后研究的重點(diǎn)。(c)在BMS的安全管理和控制功能模塊設(shè)計(jì)中,如何解決電池自身的安全性問題,例如:實(shí)現(xiàn)電池組均衡充電、避免高電壓和高電流的泄漏、防止對(duì)人體造成傷害,尤其是在沖力作用條件下(發(fā)生碰撞時(shí))對(duì)電池安全性的控制等,還需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究。(d)目前的很多BMS應(yīng)用某一類型的電池時(shí)效果很理想,但卻難以應(yīng)用到其它類型的電池上。因此,研究更具有通用性的BMS已經(jīng)成為目前的發(fā)展方向。四、鋰電動(dòng)力電池組的均衡管理電池組(PACK)有別于單體電池，在目前的鋰電池制造水平下，單體之間的性能差異在其整個(gè)生命周期里不可避免會(huì)存在，組合成多節(jié)串聯(lián)PACK后如不采取技術(shù)措施,單體電池在充放電過(guò)程中的不一致會(huì)導(dǎo)致單體電池由于過(guò)充、過(guò)放而提前失效,要想避免單體電池由于過(guò)充、過(guò)放導(dǎo)致提前失效，使PACK的性能指標(biāo)達(dá)到或者接近單體電池的水平，必須對(duì)電池組中單體電池進(jìn)行均衡控制.電池組均衡的使命是:將多節(jié)串聯(lián)后的PACK內(nèi)部各電池單體充放電性能惡化減到最小或使其消失.避免PACK內(nèi)部各電池單體放電時(shí)產(chǎn)生性能惡化,采用簡(jiǎn)單的控制電路就可做到,但充電時(shí)避免PACK內(nèi)部各電池單體產(chǎn)生性能惡化,卻有較大難度,這使充電均衡成為PACK均衡的一個(gè)主要問題.多節(jié)動(dòng)力電池組的均衡控制有兩種:分為單獨(dú)充電均衡和充放電聯(lián)合均衡,一個(gè)容量及放電功率平衡設(shè)計(jì)良好的系統(tǒng)中,只要充電均衡控制到位,最差單體電池的性能達(dá)到出廠指標(biāo)。事實(shí)上無(wú)需放電均衡，此時(shí)的充電均衡控制到位指:每次充電均衡控制,都可使最差單體電池的電壓回復(fù)到充滿就可,這一均衡方式下的PACK各項(xiàng)性能由最差單體電池的性能決定,最差單體電池的性能如果達(dá)到出廠指標(biāo),PACK各項(xiàng)性能就能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。但是,如果充電均衡控制不能到位,充放電聯(lián)合均衡就變得非常重要,在這一情況下,總均衡量是充放電均衡量相加和,但這種方式對(duì)電池非常不利,因?yàn)?充電時(shí),仍有可能出現(xiàn)過(guò)充。放電均衡的使命是：使PACK放電時(shí)，其放出能量為所有電池能量的平均和。放電均衡決不能解決單體鋰電組合成電池包后性能惡化的主要問題——過(guò)充產(chǎn)生的壽命下降和安全問題。對(duì)于電池組均衡:目前在業(yè)界存在如下三種均衡方式：1、單充電均衡。2、充電均衡加放電均衡。3、動(dòng)態(tài)均衡。事實(shí)上，動(dòng)態(tài)均衡即是在鋰電的使用和閑置全程中進(jìn)行的充放電均衡。它可以通過(guò)延長(zhǎng)均衡的時(shí)間來(lái)掩蓋充放電均衡量不夠所產(chǎn)生的問題。在動(dòng)態(tài)均衡下，因?yàn)殡姵孛繒r(shí)每刻都在細(xì)微均衡，故在充電和放電時(shí)所需要的均衡量大幅下降。但是如果PACK使用頻度很高衡量不夠所產(chǎn)生的問題就不可避免會(huì)發(fā)生,最終表現(xiàn)就是均衡失敗.不管充電均衡，還是放電均衡，還是動(dòng)態(tài)均衡，均衡效率才是最重要的。當(dāng)均衡效率足夠時(shí)，可以采用很大的均衡量，就可以實(shí)現(xiàn)一次均衡到位,而不產(chǎn)生后果.舉例來(lái)講，一個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)為14串26AH的PACK，正常設(shè)計(jì)下，會(huì)采用26AH功率鋰電14顆串組成1個(gè)PACK。假定設(shè)計(jì)循環(huán)壽命為500次，則所選擇的26AH單體電池循環(huán)壽命一定會(huì)選擇在500次或更多。如果每次充電，充電均衡電路能夠在合適的充電電流下確保每節(jié)電池都充到4.2伏的標(biāo)稱值。放電時(shí)，能夠確保每節(jié)電池都不放到放電截止電壓以下（大部分在2.75V~3.0V間），則充電均衡電路就可充分保障所串組成的PACK循環(huán)壽命大于500次，放電容量不低于26AH。此例可輕易看出，在3種均衡系統(tǒng)中，充電均衡系統(tǒng)只要工作到位，均衡使命已經(jīng)完成。如果此時(shí)加入放電均衡，則可使PACK放出容量略大于26AH，故放電均衡只能錦上添花。但如果充電均衡、放電均衡或動(dòng)態(tài)均衡電路效率較低，就無(wú)法提供短時(shí)間內(nèi)足夠的均衡量，低效電路都必須通過(guò)延長(zhǎng)均衡時(shí)間來(lái)將所消耗的能量轉(zhuǎn)化成熱量慢慢發(fā)散，以保證PACK內(nèi)部不會(huì)過(guò)熱。如果硬加大均衡量，則PACK短期內(nèi)會(huì)發(fā)出高熱，導(dǎo)致安全及其它問題。故可以認(rèn)為動(dòng)態(tài)均衡是充電均衡、放電均衡電路效率較低時(shí)可以考慮的選擇。高效率的充放電均衡電路結(jié)合在一起，是最為理想的均衡方式。但其成本可能較高。在低成本運(yùn)用環(huán)境下，做精,做好充電均衡，是最具備實(shí)用性的方案。這一方式下所構(gòu)成的PACK，其循環(huán)壽命等同于設(shè)計(jì)壽命（所選鋰電單體規(guī)格書中規(guī)定的壽命）。所能放電的最大容量,一定是所選鋰電單體規(guī)格書中的容量。這種情況,恰好符合通常的設(shè)計(jì)理念。五、電池管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本電池管理系統(tǒng)的軟件主要包括三個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集與控制部分、中央處理單元的管理部分、整個(gè)系統(tǒng)的CAN通訊部分。從軟件載體上分為：控制器程序和與之相配套的監(jiān)視軟件。5.1數(shù)據(jù)采集與控制部分5.1.1數(shù)據(jù)采集程序數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在硬件上由片外獨(dú)立A/D（TLC2543）和S12片內(nèi)A/D模塊組成，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序需要分兩塊處理。數(shù)據(jù)采集的頻率是每10ms一次刷新一次數(shù)據(jù)。1）片外獨(dú)立A/D（TLC2543）采集程序。該部分負(fù)責(zé)對(duì)電流、電壓模擬量的轉(zhuǎn)換，考慮到硬件上采用浮地技術(shù)，故需要I/O口控制電子開關(guān)矩陣，以配合TLC2543的通道選擇，完成電流、電壓數(shù)據(jù)的采集。2）S12片內(nèi)A/D模塊采集程序。該部分負(fù)責(zé)對(duì)溫度模擬量的轉(zhuǎn)換，由于溫度模擬量物理信號(hào)直接與S12的端口連接，程序上只需要對(duì)A/D模塊的相關(guān)寄存器配置好(如位數(shù)、時(shí)鐘頻率、數(shù)據(jù)對(duì)齊方式等)，便完成初始化，隨后啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位，即可完成一次A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。5.1.2熱量管理控制程序由于充、放電過(guò)程中，電池本身會(huì)產(chǎn)生一定熱量，從而導(dǎo)致溫度的上升。溫度會(huì)影響電池的很多特性參數(shù)，故對(duì)電池組進(jìn)行熱量管理是非常重要的。采用并行通風(fēng)散熱方式，可以獲得均勻的電池箱內(nèi)的溫度場(chǎng)分布，從而保證電池組各單體電池的溫度平衡。熱量管理的方式是通過(guò)分析采集的溫度數(shù)據(jù)，采用一定的控制策略，控制冷卻風(fēng)扇控制的開啟，維持電池工作的最佳環(huán)境溫度。5.2中央處理單元的管理部分中央處理單元主要執(zhí)行以下工作：電壓、電流與溫度測(cè)量數(shù)據(jù)濾波；計(jì)算電池SOC；計(jì)算電池放電深度DOD；計(jì)算最大允許放電電流；計(jì)算最大允許充電電流；預(yù)測(cè)蓄電池壽命指數(shù)和SOH；故障診斷。5.2.1電池狀態(tài)參數(shù)計(jì)算流程電池狀態(tài)參數(shù)計(jì)算包括測(cè)量和計(jì)算部分：濾波電壓、電流與溫度測(cè)量數(shù)據(jù)；計(jì)算電池SOC；計(jì)算電池放電深度DOD；計(jì)算最大允許放電電流；計(jì)算最大允許充電電流；預(yù)測(cè)蓄電池壽命指數(shù)和SOH；故障診斷；5.2.2電池狀態(tài)故障診斷故障診斷功能是BMS的重要組成部分，本課題故障診斷可以在動(dòng)力電池組工作過(guò)程中，實(shí)時(shí)掌握電池的各種狀態(tài)，甚至在停機(jī)狀態(tài)下也能將電池故障信息定位到動(dòng)力電池系統(tǒng)的各個(gè)部分（包括電池模塊）。故障級(jí)別分為：一般故障、警告故障和嚴(yán)重故障。BMS根據(jù)故障的級(jí)別將將電池狀態(tài)歸納成盡快維修、立即維修和電池壽命警告等三類信息傳遞到儀表板以警示駕駛者。從而保護(hù)電池不被過(guò)分使用。1）BMS的重要診斷內(nèi)容如下：(1)啟動(dòng)過(guò)程的BMS硬件故障診斷；(2)啟動(dòng)過(guò)程的傳感器信號(hào)的合理性診斷；(3)啟動(dòng)過(guò)程的電池組電壓信號(hào)合理性診斷；(4)啟動(dòng)過(guò)程電池模塊電壓的合理性診斷；(5)啟動(dòng)過(guò)程電流信號(hào)的合理性診斷；(6)啟動(dòng)過(guò)程溫度信號(hào)的合理性診斷；(7)電壓波動(dòng)診斷；(8)無(wú)模塊電壓診斷；(9)無(wú)電池組電壓診斷；(10)無(wú)溫度信號(hào)診斷；(11)電流故障診斷；(12)流量傳感器故障診斷；(13)模塊電壓一致性故障診斷；(14)過(guò)流故障診斷；(15)通訊系統(tǒng)故障診斷；(16)通風(fēng)機(jī)故障診斷；(17)高壓電控制故障診斷；(18)模塊電壓的過(guò)充診斷；(19)電池組電壓的過(guò)充診斷；(20)模塊電壓變化率的過(guò)充診斷；(21)電池組電壓變化率的過(guò)充診斷；(22)SOC的過(guò)充診斷；(23)傳感器溫度的過(guò)充診斷；(24)平均溫度的過(guò)充診斷；(25)傳感器溫度變化率的過(guò)充診斷；(26)平均溫度變化率的過(guò)充診斷；(27)模塊電壓的過(guò)放診斷；(28)電池組電壓的過(guò)放診斷；(29)模塊電壓變化率的過(guò)放診斷；(30)電池組電壓變化率的過(guò)放診斷；(31)SOC的過(guò)放診斷；(32)傳感器溫度的過(guò)放診斷；(33)平均溫度的過(guò)放診斷；(34)傳感器溫度變化率的過(guò)放診斷；(35)平均溫度變化率的過(guò)放診斷。2）BMS的上述診斷內(nèi)容分充電過(guò)程、放電過(guò)程進(jìn)行，診斷策略與失效處理的基本策略是：(1)根據(jù)各故障原因，對(duì)各種故障診斷分別設(shè)置了診斷程序的進(jìn)入與退出條件；(2)采用分時(shí)診斷流程，節(jié)約CPU時(shí)間資源；(3)根據(jù)電池充電倍率，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)充電診斷過(guò)程參數(shù)；(4)根據(jù)電池放電倍率，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)放電診斷過(guò)程參數(shù)；(5)故障診斷分三種不同級(jí)別進(jìn)行（報(bào)警、故障與危險(xiǎn)）；(6)故障診斷結(jié)果通過(guò)CAN總線送至VMS；(7)故障診斷結(jié)果參與電池實(shí)際工作電流的控制；(8)故障診斷結(jié)果參與高壓電控制。5.3CAN通訊系統(tǒng)部分5.3.1CAN的底層驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)底層軟件的CAN編程主要針對(duì)MC9S12DP512的msCAN模塊進(jìn)行。msCAN的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)分為發(fā)送和接收緩沖區(qū)，兩者分開定義，占用不同的地址空間。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)可以定義成標(biāo)準(zhǔn)楨格式也可以定義成擴(kuò)展楨格式，區(qū)別主要在ID標(biāo)識(shí)符寄存器內(nèi)容的設(shè)定上。相同之處在于：若RTR=0則為數(shù)據(jù)楨；若RTR=1則為遠(yuǎn)程楨。本系統(tǒng)根據(jù)需要，只使用了擴(kuò)展楨格式。每個(gè)緩沖區(qū)在數(shù)據(jù)成功地傳送完成后都可以產(chǎn)生中斷。這里接收時(shí)使用了中斷，每次成功地接收了一組數(shù)據(jù)后，將接收到的數(shù)據(jù)復(fù)制到指定的全局變量中。1）初始化。初始化過(guò)程只有在msCAN進(jìn)入初始化模式（設(shè)置CANCTL0和查詢CANCTL1）才能進(jìn)行，初始化主要包括工作方式的設(shè)置(CANCTL1)、波特率的設(shè)置（CANBTR0和CANBTR1）、接收濾波方式的設(shè)置（CANIDAC）、接收代碼寄存器(CANIDAR)和接收屏蔽寄存器(CANIDMR)的設(shè)置，之后退出初始化模式（設(shè)置CANCTL0和查詢CANCTL1）。1）報(bào)文接收。接收的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在一個(gè)5級(jí)的輸入FIFO中，背景緩沖RxBG始終與msCAN相連，前景緩沖RxFG始終與CPU相連，這種處理方便了應(yīng)用軟件。接收緩沖滿RXF標(biāo)志表示了RxFG的狀態(tài)，當(dāng)正確接收且通過(guò)標(biāo)識(shí)符驗(yàn)收的數(shù)據(jù)到達(dá)RxFG時(shí)，RXF置位，接收子程序可以通過(guò)查詢或中斷的方式來(lái)接收數(shù)據(jù)。接收時(shí)每幀信息都要接受標(biāo)識(shí)符驗(yàn)收濾波，其原理是把標(biāo)識(shí)符驗(yàn)收寄存器的每一位與接收到的標(biāo)識(shí)符對(duì)應(yīng)的位異或取反后再與標(biāo)識(shí)符屏蔽寄存器的對(duì)應(yīng)位取或，最后所有結(jié)果進(jìn)行與運(yùn)算得出驗(yàn)收結(jié)果。本電池管理程序采用中斷方式接受報(bào)文，可減輕CPU負(fù)載，提高實(shí)時(shí)性。2）報(bào)文發(fā)送。本系統(tǒng)CAN模塊的發(fā)送采用定時(shí)方式來(lái)控制，按照整車CAN應(yīng)用層協(xié)議同其他車載控制器交換信息，同時(shí)具備事件觸發(fā)控制功能，以滿足電池管理系統(tǒng)標(biāo)定接口的要求。這里最好把CAN中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)為高優(yōu)先級(jí)。發(fā)送時(shí)，CPU檢查CAN模塊的發(fā)送緩沖區(qū)，若有發(fā)送緩沖器處于“釋放”狀態(tài),標(biāo)志(TXE[2:0])置位，則CPU將發(fā)送的信息傳送到該發(fā)送緩沖器，然后將該標(biāo)志(TXE[2:0])清零，啟動(dòng)發(fā)送，發(fā)送期間，TXE[2:0]處于“鎖定”狀態(tài)，此時(shí)CPU不能訪問發(fā)送緩沖器。發(fā)送成功結(jié)束時(shí)，TXE[2:0]處于“釋放”狀態(tài)，這時(shí)CPU就可以訪問發(fā)送緩沖器，進(jìn)行下一次發(fā)送操作。5.3.2基于CAN的監(jiān)視軟件設(shè)計(jì)基于CAN的監(jiān)視軟件的是針對(duì)USBCAN開發(fā)的，PC通過(guò)USBCAN可與車載CAN網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池管理系統(tǒng)的在線實(shí)時(shí)訪問，完全滿足車載動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。USBCAN針對(duì)不同的應(yīng)用提供了其開發(fā)接口文件ControlCAN.h、ControlCAN.lib、ControlCAN.dll。對(duì)于本系統(tǒng)，需要將ControlCAN.h、ControlCAN.lib添加到工程，同時(shí)將ControlCAN.dll拷貝到系統(tǒng)目錄。這里涉及到數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。數(shù)據(jù)發(fā)送調(diào)用接口里面的VCI_Transmit函數(shù)便可。數(shù)據(jù)接收是通過(guò)回調(diào)函數(shù)進(jìn)行的。只要定義了接收隊(duì)列，而且準(zhǔn)備USBCAN時(shí)，則在隊(duì)列接收到報(bào)文時(shí)，回調(diào)函數(shù)會(huì)自動(dòng)被調(diào)用。只需在回調(diào)函數(shù)中把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到特定的緩沖區(qū)便可。監(jiān)視軟件實(shí)現(xiàn)的功能有：(1)監(jiān)測(cè)動(dòng)力蓄電池的單體或模塊電壓；(2)監(jiān)測(cè)動(dòng)力蓄電池組總電壓；(3)監(jiān)測(cè)電流；(4)電池組SOC；(5)電池組工作平均溫度；(6)模塊電壓極大值；(7)模塊電壓極小值；(8)溫度傳感器極大值；(9)溫度傳感器極小值；(10)監(jiān)測(cè)最大允許充電電流和最大允許放電電流；（11）監(jiān)測(cè)蓄電池組故障碼狀態(tài)；(12)顯示工況運(yùn)行時(shí)間；(13)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，采用office軟件進(jìn)行后處理分析。六、電池管理系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)電池管理系統(tǒng)最基本的作用是監(jiān)控電池的工作狀態(tài)：電池的電壓、電流和溫度，預(yù)測(cè)電池組的荷電狀態(tài)SOC和相應(yīng)和剩余行駛里程，管理電池的工作情況，避免出現(xiàn)過(guò)放電、過(guò)充、過(guò)熱，對(duì)出現(xiàn)的故障應(yīng)能及時(shí)報(bào)警，以便最大限度地利用電池的存儲(chǔ)能力和循環(huán)壽命。為了實(shí)現(xiàn)這些任務(wù)，本系統(tǒng)對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行了劃分，形成各智能測(cè)量與控制節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)又統(tǒng)一由一個(gè)基于MC9S12DP512的中央控制單元(CCU)進(jìn)行控制管理，整個(gè)系統(tǒng)與整車各控制器間用基于CAN(ControllerAreaNetwork)的總線來(lái)進(jìn)行通訊。CAN總線的應(yīng)用，可以完全滿足現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中通訊的高可靠性和快速性要求。CAN通訊的采用可以使整個(gè)管理系統(tǒng)與整車的管理系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)整車管理系統(tǒng)的優(yōu)化。同時(shí)為了便于以后對(duì)電池模型的研究，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基于USBCAN的PC機(jī)端CAN通訊接口，實(shí)現(xiàn)了PC對(duì)BMS的快速訪問，以便用PC強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能來(lái)處理所采集到的數(shù)據(jù)。6.1電池管理系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)6.1.1BMS硬件功能硬件的設(shè)計(jì)必須要實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池組的合理管理，首先必須保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；其次是可靠穩(wěn)定的系統(tǒng)通信；最后非常重要的是抗干擾性。在具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求決定需要采集動(dòng)力電池組的數(shù)據(jù)類型；根據(jù)采集量以及精度要求決定前向通道的設(shè)計(jì)；根據(jù)抗干擾性要求設(shè)計(jì)合理的通訊接口電路。1）電池組管理系統(tǒng)的硬件電路為管理軟件提供了工作平臺(tái)，該硬件的主要功能與基本特點(diǎn)如下：(1)設(shè)計(jì)有掉電保護(hù)RAM，用于存儲(chǔ)故障診斷結(jié)果、自學(xué)習(xí)結(jié)果、電池歷史使用情況等參數(shù)。由于研制階段的BMS的備用電源隨時(shí)可能掉電，使用過(guò)程中的備用電源也可能在車輛維護(hù)過(guò)程中拆除，因此須在這些情況下保持?jǐn)?shù)據(jù)不丟失。(2)具有BMS的自學(xué)習(xí)策略。(3)BMS的EMC能力強(qiáng)。(4)實(shí)現(xiàn)BMS的模塊化設(shè)計(jì)，特別是可靠的獨(dú)立的CPU板設(shè)計(jì)，降低開發(fā)成本、提高開發(fā)效率。(5)實(shí)現(xiàn)對(duì)BMS動(dòng)態(tài)程序下載與程序燒寫，具備了動(dòng)態(tài)標(biāo)定能力。(6)具有外部ADM。2）BMS硬件開發(fā)要點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述BMS功能，必須依賴系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)。因此，BMS硬件開發(fā)過(guò)程中需首先考慮的事項(xiàng)有：(1)開發(fā)系統(tǒng)支持的編程語(yǔ)言。(2)開發(fā)系統(tǒng)使用的開發(fā)平臺(tái)。(3)開發(fā)系統(tǒng)的功能。(4)確定控制單元輸入/輸出管腳的數(shù)量和性質(zhì)。(5)友好的集成開發(fā)環(huán)境。(6)選擇各種芯片和元器件，應(yīng)特別慎重地選擇控制單元的CPU芯片。3）硬件系統(tǒng)的搭建，包括以下內(nèi)容：(1)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。(2)I/O電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試和標(biāo)定。(3)輔助電路設(shè)計(jì)。(4)CPU電控單元的設(shè)計(jì)和調(diào)試。(5)通訊電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試。(6)底層匯編程序的編制和調(diào)試。6.1.2BMS主CPU及其開發(fā)系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)CAN總線通訊和為BMS系統(tǒng)留足夠的富裕擴(kuò)展能力，在原有工作基礎(chǔ)上，重新對(duì)目前在汽車電子產(chǎn)品上的ECU進(jìn)行了評(píng)估。目前，世界汽車電子產(chǎn)品用的主流單片機(jī)有freescale系列、siemens系列、Philips系列，其中美國(guó)產(chǎn)品大多采用了freescale系列單片機(jī)。6.2系統(tǒng)硬件電路實(shí)現(xiàn)6.2.1硬件電路實(shí)現(xiàn)遵循的原則1）模塊化：為了設(shè)計(jì)、調(diào)試、維護(hù)的方便，電路的設(shè)計(jì)一般都要遵循模塊化的原則。因此需要對(duì)硬件電路的要求進(jìn)行模塊的劃分，然后再分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試。2）集成化：硬件電路中用到的元件越多，造成故障的可能性就增大了很多，設(shè)計(jì)調(diào)試和維護(hù)都變得困難。因此在設(shè)計(jì)中盡量采用集成化較高的元件。3）簡(jiǎn)單化：設(shè)計(jì)中可以用簡(jiǎn)單方式實(shí)現(xiàn)的功能就不采用復(fù)雜的方式。4）最優(yōu)化：在可能的基礎(chǔ)上，需要對(duì)各種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行篩選，找到相對(duì)最佳的方案。5）可靠性，耐久性：作為汽車用的系統(tǒng)，可靠性和耐久性一直是最重要的指標(biāo)之一。為了達(dá)到系統(tǒng)的要求，需要從設(shè)計(jì)方案的篩選、元器件的選擇、EMC設(shè)計(jì)等多方面進(jìn)行考慮。基于以上考慮BMS核心主CPU的選取顯得尤為重要,綜合各方面因素，最終選取HCS12家族16位嵌入式單片機(jī)MC912DP512的作為BMS核心主CPU。6.2.2MC912DP512介紹MC912DP512是一個(gè)高度集成的16位微處理器，是HCS12家族16位嵌入式單片機(jī)系列產(chǎn)品。它采用了高密度互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體HCMOS工藝，使得MCU的基本功耗降低，同時(shí)可以通過(guò)CPU16指令集的低功耗指令（LPSTOP）使得MCU的功耗進(jìn)一步降低，特別適合用作汽車電子控制。MC912DP512是一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，其內(nèi)部采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要有中央處理器CPU16、可配制定時(shí)中斷的時(shí)鐘與復(fù)位發(fā)生器(CRG)、系統(tǒng)端口集成模塊PIM、周期性中斷定時(shí)器模塊（PIT）、帶外部觸發(fā)轉(zhuǎn)換的10位的隊(duì)列A/D轉(zhuǎn)換器（ATD）、增強(qiáng)型捕獲定時(shí)器（ECT）、可提供硬件觸發(fā)源的脈寬調(diào)制模塊（PWM）、512KB的片上程序存儲(chǔ)器（FLASH）及14KB的片上存儲(chǔ)器RAM和4KB的片上存儲(chǔ)器EEPROM、串行外部口模塊（SPI）和異步串行口模塊（SCI）及I2總線模塊（IIC），同時(shí)MC912DP512還有一個(gè)支持CAN2.0B協(xié)議的（msCAN）模塊，可以實(shí)現(xiàn)CAN通訊。他們被設(shè)計(jì)在一個(gè)芯片內(nèi)，形成一個(gè)方扁平形的集成塊。這里特別強(qiáng)調(diào)一下時(shí)鐘與復(fù)位發(fā)生器(CRG)的RTI單元，它可脫離CPU而單獨(dú)工作，專門處理與定時(shí)有關(guān)的事件，減輕CPU的負(fù)擔(dān)，提高M(jìn)CU的執(zhí)行速度和效率。1）中央處理器CPU16(HCS12)。CPU16(HCS12)管理著MC9S12DP512和外部設(shè)備的全部活動(dòng)。它通過(guò)內(nèi)部總線與其內(nèi)部的各個(gè)模塊通訊，同時(shí)還通過(guò)外部擴(kuò)展總線與外部芯片或外部設(shè)備連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。CPU16(HCS12)指令集與MC68HC11系列基本指令系統(tǒng)向上兼容，支持原有的指令和擴(kuò)展功能，具有強(qiáng)有力的尋址方式，其內(nèi)部數(shù)據(jù)和地址處理能力達(dá)16位，且具有2個(gè)多功能的8位數(shù)據(jù)累加寄存器、2個(gè)16位的變址寄存器、16位的程序計(jì)數(shù)器PC、16位棧指針SP，和幾個(gè)專用控制寄存器，其中地址寄存器和程序計(jì)數(shù)器及棧指針均可作為變址寄存器使用，而數(shù)據(jù)寄存器作為累加器、緩沖寄存器和暫存器使用。CPU16(HCS12)外部有23根地址總線和16根數(shù)據(jù)總線以及控制總線分別連接到MC9S12DP512的內(nèi)部總線上，如此可選擇的每個(gè)實(shí)地址空間為8M，并可進(jìn)行位、字節(jié)、字和長(zhǎng)字的傳送。CPU16(HCS12)豐富的指令系統(tǒng)不僅具有MC68HC11基本指令系統(tǒng)的特性，還支持高級(jí)語(yǔ)言并可增加高級(jí)語(yǔ)言編輯器的效率，可使用戶開發(fā)復(fù)雜算法，并增加了查表和插值、低功耗STOP等控制指令；CPU16(HCS12)還增加了跟蹤和陷阱功能，使程序易于檢查和診斷。流水線結(jié)構(gòu)使指令在CPU內(nèi)部并發(fā)地工作，在執(zhí)行指令的同時(shí)，可進(jìn)行不同階段的譯碼和指令預(yù)取。這樣CPU在執(zhí)行一連串指令時(shí)，總的執(zhí)行時(shí)間大大減少，甚至在兩個(gè)時(shí)鐘周期左右就可執(zhí)行完一條指令。2）系統(tǒng)端口集成模塊PIM。系統(tǒng)集成模塊PIM(PortIntegrationModule)建立了片內(nèi)模塊單元，其中包括非復(fù)用外部總線接口模塊(S12_EBI)和I/O引腳的接口，是片內(nèi)外通訊的橋梁。它控制著I/O引腳上的電器特性以及引腳上信號(hào)的使用優(yōu)先級(jí)和引腳上信號(hào)的復(fù)用性。I/O引腳若作為普通端口使用，不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，還可以設(shè)定驅(qū)動(dòng)能力大小，實(shí)現(xiàn)上拉與下拉功能。同時(shí)部分引腳還具備觸發(fā)中斷能力，增強(qiáng)了CPU與外設(shè)的接口功能。3）時(shí)鐘與復(fù)位發(fā)生器CRG。時(shí)鐘與復(fù)位發(fā)生器CRG(ClocksandResetGenerator)由以下五個(gè)控制系統(tǒng)工作的子模塊組成，即鎖相環(huán)倍頻器、系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器、看門狗定時(shí)器、系統(tǒng)復(fù)位處理模塊、實(shí)時(shí)中斷模塊。它們控制著MC9S12DP512微處理器的啟動(dòng)、初始化、設(shè)置和與外部設(shè)備的連接。系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器可與外部晶振或外部振蕩電路相連接，產(chǎn)生片CPU16內(nèi)核系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)、片內(nèi)總線時(shí)鐘信號(hào)其他模塊和外部設(shè)備所用的時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)還具有時(shí)鐘信號(hào)品質(zhì)進(jìn)檢測(cè)功能，為頻率信號(hào)丟失復(fù)位提供了硬件基礎(chǔ)。系統(tǒng)復(fù)位處理模塊可以使MC9S12DP512具備上電復(fù)位、低電壓復(fù)位、非法地址侵入復(fù)位、看門狗復(fù)位、頻率信號(hào)丟失復(fù)位和外部部引腳復(fù)位功能。實(shí)時(shí)中斷模塊RTI(Real-timeinterrupt)的可脫離CPU而單獨(dú)工作，專門處理與定時(shí)有關(guān)的事件，可減輕CPU負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性.。同時(shí)其中斷時(shí)間確定上引入的十進(jìn)制分頻手段，使得中斷時(shí)間高度精確。4）周期性中斷定時(shí)器模塊PIT。周期性中斷定時(shí)器模塊(PeriodicInterruptTimer)是一組24位的定時(shí)器，其時(shí)鐘基準(zhǔn)由系統(tǒng)總線時(shí)鐘提供，可以為片內(nèi)其他模塊提供硬件觸發(fā)源，同時(shí)還可產(chǎn)生周期性定時(shí)中斷。該模塊由四個(gè)定時(shí)器組成一組，每個(gè)定時(shí)器獨(dú)立計(jì)數(shù)，實(shí)行遞減計(jì)數(shù)機(jī)制，可以獨(dú)立產(chǎn)生定時(shí)中斷，獨(dú)立生成一個(gè)上升沿的硬件觸發(fā)信號(hào)（可以作為ATD進(jìn)行轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)），并能進(jìn)行控制寄存器的寫操作及狀態(tài)位和中斷邏輯的讀操作，能夠計(jì)數(shù)達(dá)16M個(gè)總線時(shí)鐘周期。5）可提供硬件觸發(fā)源的脈寬調(diào)制模塊PWM。脈寬調(diào)制PWM(Pulse-WidthModulators)的定義是基于對(duì)HC11的PWM模塊的定義。它包含了HC11的PWM模塊的一些基本特征，并曾強(qiáng)了中間對(duì)其模式，每通道具有四個(gè)時(shí)鐘源，形成HC11的增強(qiáng)型版本HC12的PWM。該模塊有八個(gè)通道，每個(gè)通道的模式可獨(dú)立設(shè)定為左對(duì)齊模式和中間對(duì)齊模式，并帶專用的計(jì)數(shù)器，周期與占空比可獨(dú)立設(shè)定，占空比可在0~100%編程設(shè)定，除此之外，8位8通道的PWM可提供16位4通道的解決方案，拓寬了周期選擇的范圍。整個(gè)模塊還提供一個(gè)中斷，在模塊緊急關(guān)停時(shí)產(chǎn)生，但不會(huì)產(chǎn)生中斷服務(wù)，從而提供了一種硬件保護(hù)機(jī)制。6）帶外部觸發(fā)轉(zhuǎn)換的10位的隊(duì)列A/D轉(zhuǎn)換器ATD。隊(duì)列A/D轉(zhuǎn)換器(Analog-to-DigitalConverter)是一個(gè)10位的A/D轉(zhuǎn)換模塊，包含2個(gè)8通道的模塊，直接輸入時(shí)有16路采樣通道，多路復(fù)用時(shí)可以達(dá)到34路采樣通道，轉(zhuǎn)換時(shí)間在7us左右。MC912DP512的ATD模塊的特別之處是它的隊(duì)列采樣機(jī)制。ATD可以設(shè)置兩個(gè)采樣隊(duì)列，每次采樣完畢之后，CPU16(HCS12)無(wú)需干預(yù)，最長(zhǎng)可達(dá)32個(gè)命令字的采樣隊(duì)列結(jié)束后，可以將采樣結(jié)果存放到對(duì)應(yīng)的結(jié)果寄存器當(dāng)中。ATD支持單循環(huán)采樣及多循環(huán)采樣，同時(shí)支持軟件觸發(fā)及外部硬件觸發(fā)（上升沿、下降沿觸發(fā)或高電平、低電平觸發(fā)）。ATD可以靈活設(shè)置其采樣頻率。ATD有4個(gè)中斷源，其中常用的是當(dāng)每一個(gè)隊(duì)列采樣結(jié)束時(shí)所產(chǎn)生的中斷。7）通訊部分包括串行外部口模塊SPI(SerialPeripheralInterface)和異步串行口模塊SCI(SerialCommunicationInterface)及I2總線模塊IIC(Inter-IntegratedCircuit)。SPI是MCU與外部設(shè)備和其它MCU進(jìn)行同步通訊的全雙工串行接口。SPI通過(guò)3條全雙工、同步的串行通信線：數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出和串行時(shí)鐘來(lái)擴(kuò)展系統(tǒng)或進(jìn)行微處理器間的通信。確定串行傳送時(shí)序和協(xié)議的參數(shù)均可編程控制。因?yàn)镾PI能在主機(jī)和從機(jī)兩種方式下工作，所以串行通信線為雙向傳送信號(hào)線。初始化程序必須確定工作方式并設(shè)置信號(hào)線方向。SPI還包括一個(gè)組織成隊(duì)列的存儲(chǔ)區(qū)。該隊(duì)列是命令和與串行外圍接口有關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)（可編程隊(duì)列和可編程隊(duì)列指針）。這就使SPI被初始化后，可處理16個(gè)8~16位的串行傳送或連續(xù)發(fā)送多達(dá)256位長(zhǎng)的數(shù)據(jù)流，而無(wú)須CPU介入；SCI用于MC9S12DP512和一個(gè)操作者終端或類似裝置之間的異步串行數(shù)據(jù)傳送（全雙工或半雙工）。它作為一個(gè)通用異步接受/發(fā)送器（UART），可將數(shù)據(jù)字節(jié)轉(zhuǎn)換成為串行數(shù)據(jù)流或相反。字長(zhǎng)可由軟件選擇為8位或9位。13位通過(guò)編程波特率模量計(jì)數(shù)器允許用戶更加靈活地選擇系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，收發(fā)可單獨(dú)使能。在系統(tǒng)時(shí)鐘為16.78MHz時(shí)，可提供64~512K波特的波特率。數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受有奇偶校驗(yàn)和檢測(cè)功能，并具有兩種空閑線檢測(cè)功能。它的高級(jí)出錯(cuò)檢測(cè)電路可發(fā)現(xiàn)持續(xù)時(shí)間為1/16位的噪聲；IIC總線是一個(gè)兩線，雙向串行總線，它設(shè)備間數(shù)據(jù)通訊，提供了一種簡(jiǎn)便，有效的解決方案。作為兩線裝置，IIC總線可以實(shí)現(xiàn)需要大量設(shè)備之間的連線數(shù)量小化，無(wú)需使用地址譯碼器便可直聯(lián)。它特別適合應(yīng)用在需要進(jìn)行間或和短距離通訊的場(chǎng)合。它還提供了靈活性，允許更多的設(shè)備將連接至總線。進(jìn)一步擴(kuò)大和系統(tǒng)的開發(fā)。此外MC9S12DP512內(nèi)置CAN控制器模塊，該控制器模塊為msCAN(MotorolaScaleableCAN)，服從CAN2.0A/B協(xié)議，集成了除收發(fā)器外CAN總線控制器的所有功能。8）片上存儲(chǔ)器部分包括512KB的片上程序存儲(chǔ)器（FLASH）及14KB的片上存儲(chǔ)器RAM和4KB的片上存儲(chǔ)器EEPROM。MC9S12DP512帶有字節(jié)的片上高速全靜態(tài)互補(bǔ)金屬半導(dǎo)體RAM，它們可通過(guò)編程映像到地址空間的任意儲(chǔ)區(qū)內(nèi)。CPU可對(duì)它們進(jìn)行字節(jié)、字和長(zhǎng)字的讀和寫，并進(jìn)行兩個(gè)時(shí)鐘周期的高速存取，故它們特別適合用作程序控制堆棧或經(jīng)常修改的數(shù)據(jù)變量的存儲(chǔ)區(qū)。系統(tǒng)管理程序和大量數(shù)據(jù)表放在512KB的Flash上，無(wú)需擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，使得基于MC9S12DP512的系統(tǒng)板的電磁兼容性和穩(wěn)定性有了顯著提高，非易失性EEPROM可存放歷史數(shù)據(jù)。另外此外，正常工作時(shí)，它由系統(tǒng)電源VDD供電；在系統(tǒng)電源掉電或失效時(shí)，可自動(dòng)切換到后備電源VSTBY，該后備電源供電時(shí)，電壓可降到+3.0V，后備電流也降到最低值。9）增強(qiáng)型捕獲定時(shí)器（ECT）。增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器模塊ECT(EnhancedCaptureTimer)是帶附加功能的HCS12標(biāo)準(zhǔn)捕獲定時(shí)器模塊的增強(qiáng)型版本，它擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，特別是用于汽車ABS的應(yīng)用。基本定時(shí)器的位數(shù)為16位，共8個(gè)通道，每通道計(jì)數(shù)器可獨(dú)立由軟件編程驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)。此計(jì)時(shí)器可作多種用途，包括輸入波形測(cè)量并可同時(shí)產(chǎn)生輸出波形。脈沖寬度可從微秒級(jí)到秒級(jí)變化。以上特點(diǎn)表明，MC912DP512是功能強(qiáng)大的微處理器，它具有卓越的數(shù)據(jù)處理能力和功能很強(qiáng)的外圍子系統(tǒng)，運(yùn)行速度快，處理信息容量大，完全能夠完成BMS硬件系統(tǒng)需要完成的信號(hào)采集、信號(hào)產(chǎn)生及I/O輸出等功能。6.2.3電源電路的設(shè)計(jì)在汽車電子化設(shè)計(jì)過(guò)程中，電源的設(shè)計(jì)是非常重要的。目前汽車的電壓主要為12VDC/24VDC，電壓波動(dòng)為8~36V。車載電源在工作環(huán)境、效率和抗干擾能力等方面均比其它電源要求高，所以車載電源設(shè)計(jì)必須滿足下列條件。(1)寬電壓范圍下工作，不受瞬間電壓下降的影響。由于運(yùn)用在汽車上，汽車點(diǎn)火與加速時(shí)均可能引起電池電壓的短暫下降與丟失，這種瞬間的電壓下降不應(yīng)影響電源的工作。(2)抗干擾能力強(qiáng)。汽車上電子設(shè)備多，EMI干擾比較大，車載電源要能在高干擾的條件下運(yùn)行。(3)效率問題。在汽車狹小的空間里，散熱將是一個(gè)主要的問題，只有電源的效率高，才能從根本上解決散熱的問題。(4)適用溫度范圍寬。汽車在戶外啟動(dòng)時(shí)，電源周邊溫度較低。運(yùn)行一段時(shí)間后，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作會(huì)造成車載電源周邊溫度較高，因此要求車載智能電源的適用溫度范圍要寬。為實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)并保障設(shè)計(jì)的年可靠性，選用已有的集成穩(wěn)壓芯片作為穩(wěn)壓電源模塊。穩(wěn)壓電源包括線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源通過(guò)改變調(diào)整管兩端的電壓降，使輸出電壓穩(wěn)定在一定的范圍，由于調(diào)整管是連續(xù)地工作在線性放大狀態(tài)，所以稱為線性穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便、輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)及紋波電壓小等優(yōu)點(diǎn)，但是調(diào)整管自身要消耗很大的功率、效率低，特別在負(fù)載電流較大且輸出電壓較低時(shí)更明顯。開關(guān)電源通過(guò)調(diào)整管斷續(xù)的工作在飽和和截止?fàn)顟B(tài)的時(shí)間，對(duì)電感進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存，進(jìn)而控制輸出電壓值的范圍，也就是它是工作在開關(guān)狀態(tài)的，因此而得名。開關(guān)電源的調(diào)整管要么工作在截至狀態(tài)要么工作在飽和狀態(tài)。工作在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電流很??；工作在飽和狀態(tài)時(shí)，管壓降很小，故管耗都很小。本系統(tǒng)中分別采用了線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。系統(tǒng)的MCU工作在5V的工作環(huán)境下，故要一個(gè)5V的直流電源；系統(tǒng)的A/D需要一個(gè)穩(wěn)定度很高的5V基準(zhǔn)電壓。6.2.4時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)MC9S12DP512的系統(tǒng)時(shí)鐘可由兩種方式產(chǎn)生：一是通過(guò)MCU內(nèi)部的時(shí)鐘合成器（主要包括帶有壓控振蕩器（VCO）的鎖相環(huán)路（PLL））產(chǎn)生高速時(shí)鐘；二是通過(guò)外部時(shí)鐘提供。該功能由系統(tǒng)復(fù)位期間XCLKS引腳的狀態(tài)來(lái)決定，復(fù)位期間XCLKS引腳為高電平時(shí)，系統(tǒng)時(shí)鐘由內(nèi)部電路提供；XCLKS引腳為低電平時(shí)，使用外部時(shí)鐘。本文采用外部有源時(shí)鐘，此時(shí)XTAL懸空，XFC引腳通過(guò)電阻和電容電路與VDDPLL引腳相連，EXTAL引腳接外部時(shí)鐘信號(hào)，VCC為時(shí)鐘電路單獨(dú)提供穩(wěn)定、可有效抑制噪聲干擾的電源。6.2.5實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)BMS的硬件系統(tǒng)必須具備實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)。在主電源系統(tǒng)斷電的情況下，能否隨時(shí)提供準(zhǔn)確的當(dāng)前時(shí)間數(shù)據(jù)，直接影響軟件算法的精度大小，尤其是開機(jī)過(guò)程的初始SOC的確定精度大小。DS1302是眾多時(shí)鐘芯片中一款性價(jià)比較高的產(chǎn)品，它是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能的低功耗，帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)。且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá)2.5~5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。在使用DS1302制作電子時(shí)鐘時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些難點(diǎn)問題，主要表現(xiàn)在電源供電方案的設(shè)計(jì)上，DS1302與CPU的連接僅需要三條線，即SCLK，I/O，RST。Vcc1在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源并提供低率的電池備份。Vcc2在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn)方式下Vcc1連接到備份電源，以便在沒有主電源的情況下保存時(shí)間信息以及數(shù)據(jù)。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電，當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。6.2.6I/O信號(hào)輸出電路采集到電池的狀態(tài)參數(shù)后，經(jīng)過(guò)相關(guān)控制策略的處理后，BMS送出的相應(yīng)I/O信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的高低電平給動(dòng)力總成控制器（HCU）是電池管理系統(tǒng)的又一功能。動(dòng)力總成控制器（HCU）所需的I/O信號(hào)包括診斷請(qǐng)求、ADM喚醒、ADM控制等。電池管理系統(tǒng)只需將控制策略釋放出的數(shù)字I/O信號(hào)從MC9S12DP5612的T口輸出相應(yīng)的高低電平，便可控制熱量管理單元的冷卻風(fēng)扇的啟停。I/O輸出電路的接口比較簡(jiǎn)單，不需要太多信號(hào)處理的問題，只需考慮信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力。6.2.7電壓采集單元的設(shè)計(jì)目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的電池模塊電壓采集上，多采多采用分布式的數(shù)據(jù)檢測(cè)，即每個(gè)電池單體或每個(gè)電池模塊(一般為幾十個(gè)模塊)配備一個(gè)采樣模塊，通過(guò)隔離的串行總線集中到總控制模塊。電池管理系統(tǒng)是一個(gè)車載系統(tǒng)，采用圖4-9所示的分布式檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)，不利于對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)。該種方案雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于系統(tǒng)有多個(gè)測(cè)量模塊，成本較高，而且此分布式采集系統(tǒng)會(huì)附帶數(shù)據(jù)采集的不一致性，同時(shí)由于數(shù)據(jù)由串行總線傳輸，系統(tǒng)巡回檢測(cè)的速度受限制，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性不高。由此，我們考慮第二種方案，即：采用集中式測(cè)量方案。集中式測(cè)量方案對(duì)參數(shù)的測(cè)量速度較快，實(shí)時(shí)性更好，數(shù)據(jù)采集的一致性更好、成本較低，但需要解決串聯(lián)電池的電壓測(cè)量中共地隔離、測(cè)量精度等問題，技術(shù)難度大。本電池管理系統(tǒng)BMS電池組單體電池?cái)?shù)達(dá)260個(gè)，分成26個(gè)模塊。電池組標(biāo)稱電壓312V，以模塊單位進(jìn)行電壓測(cè)量。模塊電壓測(cè)量采用分壓式方案，采用浮地技術(shù)，以掃描方式快速完成各模塊電壓及總電壓的數(shù)據(jù)采集，從而實(shí)現(xiàn)硬件部分分時(shí)復(fù)用，降低了成本。利用儀表放大器極高輸入阻抗、優(yōu)良的共模抑制、線性度、溫度穩(wěn)定性、可靠性特點(diǎn)，調(diào)理分壓后的信號(hào)電壓，以便A/D模塊處理。儀表放大器前接入一組電子開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)模塊電壓的正負(fù)交替。在電子開關(guān)的設(shè)計(jì)上，選取了高速光隔固態(tài)繼電器AQW214，該繼電器隔離電壓為1500V，靈敏度高，無(wú)需專門驅(qū)動(dòng)電路，并且響應(yīng)速度快，導(dǎo)通電阻穩(wěn)定，開路漏電電流極低。6.2.8電流采集單元電流的采樣是估計(jì)電池剩余容量(SOC)的主要依據(jù)，因此對(duì)其采樣的精度，抗干擾能力，零飄、溫飄和線性度誤差的要求都很高。和電池組模塊電壓測(cè)量相比，電流的測(cè)量則比較復(fù)雜，首先電動(dòng)汽車上電機(jī)采用PWM控制，電流是脈動(dòng)的，其次在助力和能量回饋兩種模式間的切換時(shí)電流正負(fù)數(shù)值從幾安到數(shù)百安培，且變化率較大。因此必須選用響應(yīng)速度快，具有優(yōu)良線性度的高